DE102007025432B4

DE102007025432B4 - Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102007025432B4
Application number: DE102007025432A
Authority: DE
Inventors: Hideki Hagari
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-12-04
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2012-05-24
Anticipated expiration: 2027-06-01
Also published as: JP4335249B2; JP2008138630A; US20080127938A1; US7441544B2; DE102007025432A1

Abstract

Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die Folgendes aufweist:
eine Drosselklappe (6), die in einem Einlassrohr (3) des Verbrennungsmotors (1) vorgesehen ist;
eine Einlassluftstrommengen-Steuereinrichtung (24) zum Steuern eines Drosselöffnungsausmaßes der Drosselklappe (6), um einen Öffnungsbereich des Einlassrohrs (3) zu ändern und somit eine aktuelle Motoreinlassluftstrommenge variabel zu steuern, die eine Strömungsmenge von Luft ist, die aktuell durch den Verbrennungsmotor (1) angesaugt wird;
eine Betriebszustands-Erfassungseinrichtung (7, 14) zum Erfassen von Betriebszuständen, einschließlich wenigstens einer Drehzahl des Verbrennungsmotors (1);
eine Einlassluftstrommengen-Erfassungseinrichtung (4), die stromauf von der Drosselklappe (6) im Einlassrohr (3) vorgesehen ist, zum Erfassen der aktuellen Motoreinlassluftstrommenge, die die Strömungsmenge von Luft ist, die aktuell durch den Verbrennungsmotor (1) angesaugt wird;
eine Einlassrohrinnendruck-Erfassungseinrichtung (9) zum Erfassen eines Drucks stromab von der Drosselklappe (6) im Einlassrohr (3) als Einlassrohrinnendruck;
eine Berechnungseinrichtung (21) für eine aktuelle Zylindereinlassluftstrommenge zum Berechnen einer aktuellen Zylindereinlassluftstrommenge, die eine Strömungsmenge von Luft ist, die...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die eine Funktion zum Berechnen einer Soll-Motoreinlassluftstrommenge in der Nähe einer Drosselklappe hat, so dass eine Soll-Zylindereinlassluftstrommenge mit gutem Ansprechverhälten erhalten wird, um ein Drosselöffnungsausmaß basierend auf der Soll-Motoreinlassluftstrommenge bzw. -größe zu steuern.
In den letzten Jahren ist eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor vorgeschlagen worden, die ein physikalische Größe, die direkt auf die Steuerung eines Kraftfahrzeugs einwirkt, nämlich ein Ausgangswellendrehmoment des Verbrennungsmotors (Motors) als erforderlichen Wert einer Antriebskraft von einem Fahrer oder der Kraftfahrzeugseite verwendet und Motorsteuerungsausmaße, nämlich ein Luftausmaß, ein Kraftstoffausmaß und eine Zündzeitgabe, bestimmt, während das Ausgangswellendrehmoment als Motorausgangs-Sollwert angenommen wird, um eine gute Fahrleistungsfähigkeit zu erhalten.
Es ist allgemein bekannt, dass ein Luftausmaß den größten Einfluss auf ein Ausgangswellendrehmoment eines Motors unter Motorsteuerausmaßen bzw. Motorsteuergrößen hat. Daher ist auch eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor vorgeschlagen worden, die ein Luftausmaß bzw. eine Luftmenge mit hoher Genauigkeit steuert.
Im Allgemeinen ist ein Einlasssystem eines Verbrennungsmotors physikalisch als Verzögerungssystem erster Ordnung (Verzögerungsfilter erster Ordnung) modelliert. Während eines eingeschwungenen Betriebs werden ein Einlassluftausmaß des Verbrennungsmotors (eine aktuelle Motoreinlassluftstrommenge bzw. -größe) und ein Ausmaß an Luft, die durch Zylinder des Verbrennungsmotors angesaugt wird (eine aktuelle Zylindereinlassluftstrommenge bzw. -größe) derart angesehen, dass sie im Wesentlichen miteinander übereinstimmen. Jedoch stimmen während eines Übergangsbetriebs das Einlassluftausmaß des Verbrennungsmotors und das Ausmaß an Luft, das durch Zylinder des Verbrennungsmotors angesaugt wird, nicht miteinander überein (siehe z. B. JP 1993-38143 A ).
Eine herkömmliche Kraftstoff-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die in JP 1993-38143 A offenbart ist, ist mit einer AN-Erfassungseinheit zum Erfassen einer Einlassluftmenge des Verbrennungsmotors mittels eines Einlassluftmengensensors ausgestattet, der stromauf von einer Drosselklappe angeordnet ist, um eine Ausgabe als Ergebnis dieser Erfassung innerhalb eines Intervalls eines vorbestimmten Kurbelwinkels zu erfassen, einer AN-Berechnungseinheit zum Berechnen einer Menge an Luft, die durch den Verbrennungsmotor angesaugt wird, und einer Steuereinheit zum Steuern einer Menge an Kraftstoff, der zu dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, basierend auf der durch die AN-Berechnungseinheit berechneten Luftmenge. Die AN-Berechnungseinheit berechnet die Menge an durch den Verbrennungsmotor angesaugter Luft unter Verwendung einer Menge an durch den Verbrennungsmotor angesaugter Luft während eines vorangehenden Hubs und eines Verzögerungsfilters erster Ordnung.
Jedoch berücksichtigt die in JP 05-38143 A offenbarte herkömmliche Vorrichtung nicht einen äquivalenten Wert für eine Volumeneffizienz an in Zylinder von einem Einlassrohr angesaugter Luft, welcher die Einflüsse an Einlassventilen und Auslassventilen des Motors enthält.
Daher gibt es bei einem Motor mit beispielsweise einem Mechanismus zum variablen Steuern von Einlassventilen und Auslassventilen ein derartiges Problem, dass ein großer Fehler zwischen einer Strömungsgröße an Einlassluft, die tatsächlich in die Zylinder angesaugt wird, und einer Luftmenge, die durch die AN-Berechnungseinheit berechnet wird, in einem bestimmten Betriebsbereich während eines Übergangsbetriebs auftritt.
Um das oben angegebene Problem zu lösen, ist eine andere herkömmliche Steuervorrichtung für einen Motor ausgestattet mit einer Frischluftmengen-Erfassungseinheit zum Ausgeben eines erfassten Werts einer Menge an Frischluft, die durch einen Einlassdurchgang läuft (einer aktuellen Motoreinlassluftstromgröße), einer Effizienz-Berechnungseinheit zum Berechnen eines äquivalenten Werts für eine volumenmäßige Effizienz und einer Frischluftmengen-Schätzeinheit zum Schätzen eines vorhergesagten Werts einer Menge an Frischluft, die in Verbrennungskammern fließt (einer aktuellen Zylindereinlassluftstromgröße). Die Frischluftmengen-Schätzeinheit schätzt den vorhergesagten Wert der Menge an Frischluft basierend auf dem erfassten Wert der Menge an Frischluft und einer Änderung bezüglich des äquivalenten Werts für eine volumenmäßige Effizienz (siehe z. B. JP 2005-54657 A ).
Jedoch berücksichtigt die in JP 2005-54657 A offenbarte herkömmliche Vorrichtung nicht ein Verfahren zum Steuern von Reaktions- bzw. Ansprechcharakteristiken während eines Übergangsbetriebs.
Daher wird eine lange Ansprechverzögerung von Luft für eine Änderung bezüglich eines Drosselöffnungsausmaßes in beispielsweise einem Bereich einer niedrigen Last beobachtet. Somit gibt es ein derartiges Problem, dass die Drehzahl des Motors aufgrund einer erhöhten Diskrepanz zwischen einer Soll-Motoreinlassluftmengengröße entsprechend einem Soll-Drehmoment des Motors und dem erfassten Wert der Menge an Frischluft, die durch den Einlassdurchgang läuft (einer aktuellen Motoreinlassluftstromgröße) temporär abfällt.
Um das oben angegebene Problem zu lösen, berechnet eine andere herkömmliche Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor eine Menge an im Zylinder des Motors angesaugte Luft (eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße) und ein Soll-Drosselöffnungsausmaß jeweils unter Verwendung eines normativen Modells, das in einem gesamten Bereich für eine Soll-Einlassluftmenge realisierbar ist, die aus einem Soll-Drehmoment durch Umwandlung erhalten wird (eine Soll-Motoreinlassluftmengengröße), und eines inversen Modells eines Reaktionsmodells einer Einlassluftmenge für eine Änderung bezüglich eines Soll-Drosselöffnungsausmaßes, um dadurch eine Steuerung durchzuführen, um im Wesentlichen ein konstantes Ansprechverhalten bzw. Reaktionsvermögen eines aktuell gemessenen Drehmoments oder eines geschätzten Drehmoments für das Soll-Drehmoment sicherzustellen.
Diese Steuervorrichtung korrigiert auch das Soll-Drosselöffnungsausmaß auf eine Rückkoppelweise, so dass eine Differenz zwischen einer Ausgabe des normativen Modells und einer Menge an Luft, die tatsächlich durch den Motor angesaugt wird, kleiner wird, um dadurch zu veranlassen, dass die Ausgabe des normativen Modells und die Menge an Luft, die tatsächlich durch den Motor angesaugt wird, miteinander übereinstimmen (siehe z. B. JP 2006-70701 A ).
Die herkömmliche Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor, die in JP 2006-70701 A offenbart ist, beinhaltet komplizierte arithmetische Ausdrücke und somit eine große Anzahl von anzupassenden Konstanten. Daher gibt es ein derartiges Problem, dass eine Erhöhung bezüglich der Anzahl von Mannstunden zum Anpassen, eine Erhöhung bezüglich der Anzahl von Mannstunden zur Prüfung und zur Bewertung und eine Verlängerung an Rechenzeit verursacht werden.
US 5 706 782 A beschreibt ein Motorsteuergerät, welches ansprechend auf eine Soll- und Ist-Einlassluftmenge einen Drosselöffnungsgrad berechnet. Die Berechnung wird basierend auf einem sog. „reverse chamber model” durchgeführt.
DE 100 51 389 A1 beschreibt ein Verfahren, um eine Zylinderluftladung durch Koordination einer Einlass- und Auslasseinrichtung schneller zu steuern.
US 5 635 634 A beschreibt ein Verfahren zum dynamischen Berechnen einer Luftladung eines Zylinders eines Motors. Zu diesem Zweck wird bei der Berechnung der Einfluss der Variation der Ladungszyklussteuerung berechnet.
EP 1 074 716 A2 beschreibt ein Gerät und ein Verfahren zum Berechnen einer Zylindereinlass-Luftmenge, bei welchem ein berechnetes Zylindervolumen auf Basis einer Ventilschließzeit eines Einlassventils korrigiert wird.
Die Publikation „A Throttle Control Algorithm for Improving Engine Response Based an the Characteristics of Electronic-Throttle-Control Actuator,” von T. Aono et al., The 27^th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, beschreibt das Antwortverhalten eines Saugrohrdrucks.
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die oben angegebenen Probleme zu lösen, und es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor zur Verfügung zu stellen, die mit hoher Genauigkeit eine Soll-Motoreinlassluftstromgröße in der Nähe eines Drosselventils bzw. einer Drosselklappe mit einer reduzierten Anzahl von Mannstunden und in einer kürzeren Berechnungszeit berechnen kann, so dass eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße selbst während eines Übergangsbetriebs schnell zu einer Soll-Zylindereinlassluftstromgröße konvergiert, und ein Drosselöffnungsausmaß gemäß der Soll-Motoreinlassluftstromgröße steuern kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor zur Verfügung gestellt, die Folgendes enthält: eine Drosselklappe, die in einem Einlassrohr des Verbrennungsmotors vorgesehen ist; eine Einlassluftstrommengen-Steuereinrichtung zum Steuern eines Drosselöffnungsausmaßes der Drosselklappe, um einen Öffnungsbereich des Einlassrohrs zu ändern, und um somit eine aktuelle Motoreinlassluftstrommenge, die eine Strömungsmenge an Luft ist, die tatsächlich durch den Verbrennungsmotor angesaugt wird, variabel zu steuern; eine Betriebszustands-Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Betriebszuständen mit wenigstens einer Drehzahl des Verbrennungsmotors; eine Einlassluftstrommengen-Erfassungseinrichtung, die stromauf von der Drosselklappe im Einlassrohr vorgesehen ist, zum Erfassen der aktuellen Motoreinlassluftstrommenge, die die Strömungsmenge an Luft ist, die tatsächlich durch den Verbrennungsmotor angesaugt wird; eine Einlassrohrinnendruck-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Drucks stromab von der Drosselklappe im Einlassrohr als Einlassrohrinnendruck; eine Berechnungseinrichtung für eine aktuelle Zylindereinlassluftstrommenge zum Berechnen einer aktuellen Zylindereinlassluftstrommenge, die eine Strömungsmenge an Luft ist, die tatsächlich in Zylinder des Verbrennungsmotors angesaugt wird; eine Berechnungseinrichtung für eine Soll-Zylindereinlassluftstrommenge zum Berechnen einer Soll-Zylindereinlassluftstrommenge basierend auf den Betriebszuständen; und eine Berechnungseinrichtung für eine Soll-Motoreinlassluftstrommenge zum Durchführen einer Korrektur äquivalent zu einer Phasenvoreilkompensation für die Soll-Zylindereinlassluftstrommenge, um eine Soll-Motoreinlassluftstrommenge zu berechnen, wobei: die Berechnungseinrichtung für eine aktuelle Zylindereinlassluftstrommenge Folgendes berechnet: einen äquivalenten Wert für eine volumenmäßige Effizienz an Luft, di ein die Zylinder von dem Einlassrohr angesaugt wird, basierend auf der Drehzahl und dem Einlassrohrinnendruck; ein Reaktionsverzögerungsmodell für ein Einlasssystem basierend auf dem äquivalenten Wert für eine volumenmäßige Effizienz, ein Einlassrohrvolumen von einer stromabwärtigen Seite der Drosselklappe zu Einlässen der Zylinder und einen Hubraum jedes der Zylinder; und der aktuellen Zylindereinlassluftstrommenge basierend auf der aktuellen Motoreinlassluftstrommenge und dem Reaktionsverzögerungsmodell; und die Einlassluftstrommengen-Steuereinrichtung das Drosselöffnungsausmaß basierend auf der Soll-Motoreinlassluftstrommenge so steuert, dass die aktuelle Zylindereinlassluftstrommenge zu der Soll-Zylindereinlassluftstrommenge konvergiert wobei die Berechnungseinrichtung (23) für eine Soll-Motoreinlassluftstrommenge eine Einrichtung (25) für eine Nacheilkompensation erster Ordnung zum Durchführen einer Kompensation äquivalent zu einem Nacheilelement erster Ordnung für die Soll-Zylindereinlassluftstrommenge, und eine Einrichtung (26) für eine Voreilkompensation erster Ordnung zum Durchführen einer Kompensation äquivalent zu einem Voreilelement erster Ordnung für die Soll-Zylindereinlassluftstrommenge umfasst, die durch die Einrichtung (25) für eine Nacheilkompensation erster Ordnung kompensiert ist; wobei die Einrichtung (25) für eine Nacheilkompensation erster Ordnung darin eine Zeitkonstante eingestellt hat, die kleiner als eine Zeitkonstante des Reaktionsverzögerungsmodells ist; und die Einrichtung (26) für eine Voreilkompensation erster Ordnung darin eine Zeitkonstante eingestellt hat, die gleich der Zeitkonstanten des Reaktionsverzögerungsmodells ist.
Bei der Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung berechnet die Berechnungseinheit für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße basierend auf einer aktuellen Motoreinlassluftstromgröße, die durch die Einlassluftstromgrößen-Erfassungseinheit erfasst ist, und dem Reaktionsverzögerungsmodell für das Einlasssystem.
Es ist daher möglich, die aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße mit hoher Genauigkeit unter Verwendung einfacher Operationsausdrücke zu berechnen, die aus einem physikalischen Modell für das Einlasssystem abgeleitet sind.
Die Berechnungseinheit für eine Soll-Motoreinlassluftstromgröße führt eine Korrektur äquivalent zu einer Phasenvoreilkompensation für eine aus einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors berechnete Soll-Zylindereinlassluftstromgröße durch, um dadurch eine Soll-Motoreinlassluftstromgröße zu berechnen.
Es ist daher möglich, mit hoher Genauigkeit die Soll-Motoreinlassluftstromgröße in der Nähe der Drosselklappe mit einer reduzierten Anzahl von Mannstunden und in einer kürzeren Berechnungszeit zu berechnen, so dass die aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße selbst während eines Übergangsbetriebs schnell zu der Soll-Zylindereinlassluftstromgröße konvergiert, indem die einfachen Operationsausdrücke verwendet werden, die aus dem physikalischen Modell für das Einlasssystem abgeleitet sind, und das Drosselöffnungsausmaß gemäß der Soll-Motoreinlassluftstromgröße zu steuern.
Es folgt eine kurze Beschreibung der Zeichnungen, wobei:
1 ein schematisches Diagramm ist, das grob eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein Blockdiagramm ist, das grob einen Aufbau eines Motorsteuerbereichs der Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ein Ablaufdiagramm ist, das den Betrieb einer Berechnungseinheit für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ein Blockdiagramm ist, das einen Einlassluftverarbeitungsbereich von einer Soll-Motoreinlassluftmenge zu einer aktuellen Zylindereinlassluftmenge in einem Fall zeigt, in welchem eine Soll-Zylindereinlassluftmenge als die Soll-Motoreinlassluftmenge angenommen ist;
5 ein erklärendes Diagramm ist, das Reaktionscharakteristiken des in 4 gezeigten Einlassluftverarbeitungsbereichs zeigt;
6 ein Blockdiagramm ist, das einen Einlassluftverarbeitungsbereich von der Soll-Zylindereinlassluftmenge zu der aktuellen Zylindereinlassluftmenge gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ein Blockdiagramm ist, das einen weiteren Einlassluftverarbeitungsbereich von der Soll-Zylindereinlassluftmenge zu der aktuellen Zylindereinlassluftmenge gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ein erklärendes Diagramm ist, das Reaktionscharakteristiken des in 4 gezeigten Einlassluftverarbeitungsbereichs zeigt;
9 ein Blockdiagramm ist, das grob den Aufbau eines Motorsteuerbereichs einer Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ein Blockdiagramm ist, das einen Einlassluftverarbeitungsbereich von einer Soll-Zylindereinlassluftmenge zu einer aktuellen Zylindereinlassluftmenge gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
11 ein erklärendes Diagramm ist, das Reaktionscharakteristiken des in 10 gezeigten Einlassluftverarbeitungsbereichs zeigt.
Es folgt eine detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele.
Die jeweiligen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden hierin nachfolgend basierend auf den Zeichnungen beschrieben werden. In der folgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen zum Bezeichnen gleicher Elemente oder Bereiche oder entsprechender Elemente oder Bereiche in den jeweiligen Zeichnungen verwendet.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 ist ein schematisches Diagramm, das grob eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist ein Blockdiagramm, das grob einen Aufbau eines Motorsteuerbereichs der Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Obwohl der Verbrennungsmotor allgemein mit einer Vielzahl von Zylindern 2 versehen ist, wird bei den folgenden Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung einer der Zylinder 2 beschrieben werden.
Nimmt man Bezug auf 1, sind stromauf von einem Einlassrohr 3, das ein Einlasssystem eines Motors 1 (eines Verbrennungsmotors) bildet, ein Luftstromsensor 4 (eine Einlassluftstromgrößen-Erfassungseinheit) zum Messen einer Strömungsgröße Qar an Luft, die aktuell durch den Motor 1 angesaugt wird (die hierin nachfolgend als ”die aktuelle Motoreinlassluftmenge Qar” abgekürzt wird) und ein Einlasslufttemperatursensor 5 zum Messen einer Temperatur To von Einlassluft (die hierin nachfolgend als ”die Einlasslufttemperatur To” abgekürzt wird) vorgesehen.
Es ist optional, ob der Einlasslufttemperatursensor 5 integriert mit dem Luftstromsensor 4 oder separat vom Luftstromsensor 4 aufgebaut ist. Weiterhin kann eine Einheit zum Schätzen der Einlasslufttemperatur To aus Information, die von einem anderen Sensor erhalten wird, anstelle des Einlasslufttemperatursensors 5 zum direkten Messen der Einlasslufttemperatur To verwendet werden.
Im Einlassrohr 3 ist eine Drosselklappe 6, die derart entwickelt ist, um auf eine Öffnung/Schließ-Weise zum Einstellen der aktuellen Motoreinlassluftmenge Qar elektrisch gesteuert zu werden, auf der Seite des Motors 1 stromab von dem Luftstromsensor 4 vorgesehen.
Die Drosselkappe 6 ist mit einem Drosselpositionssensor 7 (Betriebszustands-Erfassungseinheit) zum Messen eines Drosselöffnungsausmaßes TP (eines Betriebszustands) versehen.
Ein Feder- bzw. Druckspeicher 8 zum Homogenisieren eines Drucks innerhalb des Einlassrohrs 3 und ein Einlassverteilerdrucksensor 9 (Einlassrohrinnendruck-Erfassungseinheit) zum Messen eines Drucks innerhalb des Druckspeichers 8 als Einlassverteilerdruck sind auf der Seite des Motors 1 stromab von der Drosselklappe 6 vorgesehen.
Zusätzlich ist ein EGR-Ventil 11 zum Öffnen/Schließen eines EGR-Rohrs in Kommunikationsverbindung mit einem Auslassrohr 10 des Motors 1 an dem Druckspeicher 8 angeschlossen.
Eine Einheit zum Schätzen des Einlassverteilerdrucks Pim aus Information, die von einem anderen Sensor erhalten wird, kann anstelle des Einlassverteilerdrucksensors 9 zum direkten Messen des Einlassverteilerdrucks Pim verwendet werden.
Die aktuelle Motoreinlassluftmenge Qar vom Luftstromsensor 4, die Einlasslufttemperatur To vom Einlasslufttemperatursensor 5 (Temperatur der Drosselklappe 6 auf der Atmosphärenseite), das Drosselöffnungsausmaß TP vom Drosselpositionssensor 7 und der Einlassverteilerdruck Pim vom Einlassverteilerdrucksensor 9 sowie Messsignale von anderen Sensoren (nicht gezeigt) werden zu einer elektronischen Steuereinheit 12 (die hierin nachfolgend ”die ECU 12” genannt wird) eingegeben.
Gemäß einem Berechnungsergebnis basierend auf den Messsignalen von den vorgenannten jeweiligen Sensoren steuert die ECU 12 das Drosselöffnungsausmaß TP der Drosselklappe 6, um die aktuelle Motoreinlassluftmenge Qar einzustellen, führt sie eine Antriebssteuerung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung (nicht gezeigt) und einer Zündvorrichtung (nicht gezeigt) des Motors 1 jeweils bei erforderlichen Zeitgaben durch und führt sie eine Öffnungs/Schließ-Steuerung des EGR-Ventils 11 durch, um einen Verbrennungszustand des Motors 1 zu verbessern.
Nimmt man Bezug auf 2, sind verschiedene Sensoren 30 mit der ECU 12 verbunden. Die Sensoren 30 enthalten einen Atmosphärendrucksensor 13 zum Messen eines Drucks, der auf der Atmosphärenseite auf die Drosselklappe 6 ausgeübt wird, als Atmosphärendruck Po, einen Drehzahlsensor 14 (eine Betriebszustands-Erfassungseinheit), der auf einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Motors 1 vorgesehen ist, um eine Drehzahl Ne des Motors 1 zu messen, und ähnliches, sowie eine Gruppe der vorbenannten Sensoren 4, 5, 7 und 9.
Eine Einheit zum Schätzen des Atmosphärendrucks Po aus Information, die von einem anderen Sensor erhalten wird, kann anstelle des Atmosphärendrucksensors 13 zum direkten Messen des Atmosphärendrucks Po verwendet werden.
Die ECU 12 enthält eine Berechnungseinheit 21 für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße, eine Berechnungseinheit 22 für eine Soll-Zylindereinlassluftstromgröße, eine Berechnungseinheit 23 für eine Soll-Motoreinlassluftstromgröße und eine Steuereinheit 24 für eine Einlassluftstromgröße.
Die ECU 12 ist gebildet durch einen Mikroprozessor (nicht gezeigt) mit einer CPU und einem Speicher, in welchem Programme gespeichert sind. Jeweilige Blöcke, die die ECU 12 bilden, sind im Speicher als Stücke von Software gespeichert.
Die Berechnungseinheit 21 für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße berechnet eine Strömungsgröße Qcr an Luft, die aktuell in die Zylinder 2 des Motors 1 angesaugt wird (die hierin nachfolgend als ”die aktuelle Zylindereinlassluftmenge Qcr” abgekürzt wird.
Zu diesem Zweck berechnet die Berechnungseinheit 21 für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße zuerst einen äquivalenten Wert Kv für eine volumenmäßige Effizienz von Luft, die in die Zylinder 2 von dem Einlassrohr 3 angesaugt wird (der hierin nachfolgend ”der Korrekturkoeffizient Kv für eine volumenmäßige Effizienz” bezeichnet wird), basierend auf der Drehzahl Ne des Motors 1 und dem Einlassverteilerdruck Pim.
Dann berechnet die Berechnungseinheit 21 für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße ein Reaktionsverzögerungsmodell für das Einlasssystem basierend auf dem Korrekturkoeffizienten Kv für eine volumenmäßige Effizienz, einem Einlass hoher Volumen Vs von der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe 6 zu Einlässen der Zylinder 2 und einem Versatz Vc von jedem der Zylinder 2.
Darauf folgend berechnet die Berechnungseinheit 21 für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße die aktuelle Zylindereinlassluftmenge Qcr basierend auf der vom Luftstromsensor 4 erhaltenen aktuellen Motoreinlassluftmenge Qar und dem Reaktionsverzögerungsmodell für das Einlasssystem.
Die Berechnungseinheit 22 für eine Soll-Zylindereinlassluftstromgröße berechnet ein Soll-Drehmoment des Motors 1 basierend auf Betriebszuständen, wie beispielsweise der Drehzahl des Motors 1 und einem von einem Beschleunigungs-Öffnungsausmaßsensor (nicht gezeigt) eingegebenen Beschleunigungs-Öffnungsausmaß und berechnet dann eine Soll-Zylindereinlassluftstromgröße Qct zum Erreichen des Soll-Drehmoments (die hierin nachfolgend als ”die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qct” abgekürzt wird).
Die Berechnungseinheit 23 für eine Soll-Motoreinlassluftstromgröße führt eine Korrektur äquivalent zu einer Phasenvoreilkompensation für die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qct durch, um eine Soll-Motoreinlassluftstrorngröße Qat (die hierin nachfolgend als ”die Soll-Motoreinlassluftmenge Qat” abgekürzt wird) zu berechnen.
Die Einlassluftstromgrößen-Steuereinheit 24 berechnet einen effektiven Soll-Öffnungsbereich der Drosselklappe 6 basierend auf der Soll-Motoreinlassluftstromgröße Qat und steuert das Drosselöffnungsausmaß Tp so, dass die aktuelle Zylindereinlassluftmenge Qcr zu der Soll-Zylindereinlassluftmenge Qct konvergiert, um dadurch die aktuelle Motoreinlassluftmenge Qar einzustellen.
Steuersignale, die auf einem Berechnungsergebnis in der ECU 12 basieren, werden jeweils zu verschiedenen Stellgliedern bzw. Aktuatoren 40 ausgegeben, die mit der ECU 12 verbunden sind. Die Stellglieder 40 enthalten die Drosselklappe 6, das EGR-Ventil 11, einen Injektor (nicht gezeigt), der Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die in jeder von Verbrennungskammern des Motors 1 vorgesehen ist, eine Zündspule (nicht gezeigt) der Zündvorrichtung und ähnliches.
Als Nächstes wird wieder unter Bezugnahme auf das schematische Diagramm der 1 das Reaktionsverzögerungsmodell für das Einlasssystem, das zulässt, dass die Berechnungseinheit 21 für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße die aktuelle Zylindereinlassluftmenge Qcr aus der durch den Luftstromsensor 4 gemessenen aktuellen Motoreinlassluftmenge Qar berechnet, detailliert beschrieben werden.
Beim ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Vereinfachung halber angenommen, dass eine Reaktionsverzögerung der Drosselklappe 6, eine Reaktionsverzögerung von echter bzw. natürlicher Luft, eine Reaktionsverzögerung des Luftstromsensors 4 und ähnliches vernachlässigbar sind.
Zuallererst wird dann, wenn das Massenerhaltungsgesetz auf frische Luft in einem Bereich angewendet wird, der durch das Einlassrohrvolumen Vs [cm³] von der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe 6 zu den Einlässen der Zylinder 2 angezeigt ist, die folgende Gleichung (1) gebildet.
Es sollte in der Gleichung (1) beachtet werden, dass n eine beliebige Hubzahl bezeichnet, dass Qar(n) [g/s] einen Durchschnittswert pro Hub der aktuellen Motoreinlassluftmenge Qar bezeichnet, die durch den Luftstromsensor 4 gemessen ist, as Qcr(n) [g/s] einen Durchschnittswert pro Hub der aktuellen Zylindereinlassluftmenge Qcr bezeichnet, dass T(n) [s] eine Zeit pro Hub bezeichnet (z. B. 180°CA (Kurbelwinkel) im Fall eines Vierzylindermotors), und das ρa(n) [g/cm³] einen Durchschnittswert pro Hub der Dichte an Frischluft innerhalb des Einlassrohrs 3 bezeichnet. Qar(n)T(n) – Qcr(n)T(n) = {ρa(n) – ρa(n – 1)}·Vs (1)
Unter der Voraussetzung, dass Kv(n) einen Korrekturkoeffizienten für eine volumenmäßige Effizienz von Luft bezeichnet, die in die Zylinder 2 von dem Einlassrohr 3 beim Hub n angesaugt wird, wird eine aktuelle Zylindereinlassluftmenge Qcr(n)T(n) [g] pro Hub durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt, indem der Versatz (Hubraum) Vc [cm³] jedes der Zylinder 2 verwendet wird. Qcr(n)T(n) = Kv(n)·ρa(n)·Vc (2)
Dann wird die folgende Gleichung (3) durch Eliminieren der Dichte ρa(n) an Frischluft pro Hub durch eine Substitution einer Lösung für ρa(n) (d. h. Qcr(n)T(n)/Kv(n)·Vc) in der Gleichung (2) für ρa(n) in der Gleichung (1) erhalten, um eine Lösung für die aktuelle Zylindereinlassluftmenge Qcr(n)T(n) pro Hub zu finden.
Es sollte in der Gleichung (3) beachtet werden, dass Kf eine Filterkonstante bezeichnet.
Die folgende Gleichung (4) wird durch eine weitere Transformation der Gleichung (3) erhalten. Qcr(n)T(n) / Kv(n) = Kf· Qcr ( n – 1 ) T ( n – 1) / Kv(n – 1)·+(1 – Kf)· Qar(n)T(n) / Kv(n) (4)
Es ist hierin offensichtlich, dass die Gleichung (4) einen arithmetischen Ausdruck eines digitalen Tiefpassfilters bei einer Unterbrechungshandhabung darstellt, die synchron zu einer Drehung des Motors 1 beispielsweise in Intervallen eines vorbestimmten Kurbelwinkels der Kurbelwelle durchgeführt wird. Anders ausgedrückt ist es offensichtlich, dass das Einlasssystem des Motors 1 ein Verzögerungselement erster Ordnung ist.
Nachfolgend wird der Betrieb der Berechnungseinheit 21 für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm der 3 sowie auf die 1 und 2 beschrieben werden.
Der in diesem Ablaufdiagramm gezeigte Betrieb wird als Unterbrechungshandhabung in Intervallen eines vorbestimmten Kurbelwinkels der Kurbelwelle durchgeführt.
Zuallererst wird die aktuelle Motoreinlassluftmenge Qar(n)T(n) [g] pro Hub, welche durch den Luftstromsensor 4 gemessen wird, erfasst und in den Speicher gespeichert (Schritt S51).
In einem Fall, in welchem der Luftstromsensor 4 ein Massendurchflussmessgerät ist, wird eine Ausgangsspannung des Luftstromsensors 4 integriert, während sie in Intervallen von beispielsweise 1,25 Millisekunden abgetastet wird. Basierend auf einem integrierten Wert von einer Unterbrechungshandhabe in einem vorangehenden Hub (Hub n – 1) zu einer aktuellen Unterbrechungshandhabung kann die aktuelle Motoreinlassluftmenge Qar(n)T(n) pro Hub berechnet werden.
In einem Fall, in welchem das Luftflussmessgerät 4 ein Volumenflussmessgerät ist, kann die aktuelle Motoreinlassluftmenge Qar(n)T(n) pro Hub durch eine Umwandlung eines Volumens in eine Masse basierend auf einer standardmäßigen atmosphärischen Dichte, dem durch den Atmosphärendrucksensor 13 gemessenen Atmosphärendruck Po und der durch den Einlasslufttemperatursensor 5 gemessenen Einlasslufttemperatur To berechnet werden.
Dann wird ein Korrekturkoeffizient Kv(n) für eine volumenmäßige Effizienz im Hub n basierend auf der Drehzahl Ne des Motors 1 und dem Einlassverteilerdruck Pim berechnet und in den Speicher gespeichert (Schritt S52).
Es sollte hierin beachtet werden, dass eine Beziehung zwischen der Drehzahl Ne und dem Einlassverteilerdruck Pim einerseits und dem Korrekturkoeffizienten Kv für eine volumenmäßige Effizienz andererseits im Motor 1 im Voraus gemessen wird und im Speicher als eine Abbildung gespeichert wird.
Die Berechnungseinheit 21 für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße kann den Korrekturkoeffizienten Kv(n) für eine volumenmäßige Effizienz im Hub n durch Abbilden zu einer Zeitgabe der Unterbrechungshandhabe mit der Verwendung der Drehzahl Ne und des Einlassverteilerdrucks Pim bei einem aktuellen Hub (Hub n) berechnen.
Darauffolgend wird die Filterkonstante Kf gemäß einer Berechnungsformel in der vorgenannten Gleichung (3) berechnet (Schritt S53).
Dann wird die aktuelle Zylindereinlassluftmenge Qcr(n)T(n) pro Hub gemäß der Filterberechnungsformel in der vorgenannten Gleichung (3) berechnet (Reaktionsverzögerungsmodell für ein Einlasssystem) (Schritt S54) und wird in den Speicher gespeichert (S55).
Beim Berechnen der aktuellen Zylindereinlassluftmenge Qcr(n)T(n) pro Hub im Schritt S54 werden ein Korrekturkoeffizient Kv(n – 1) für eine volumenmäßige Effizienz und eine aktuelle Zylindereinlassluftmenge Qcr(n – 1)T(n) pro Hub, die bei der Unterbrechungshandhabung im vorangehenden Hub (Hub n – 1) in den Speicher gespeichert wurden, zusätzlich zu den in den Schritten S51 bis S53 erhaltenen jeweiligen Werten verwendet.
Wie es oben beschrieben ist, berechnet die Berechnungseinheit 21 für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße die aktuelle Zylindereinlassluftmenge Qcr(n)T(n) pro Hub basierend auf der aktuellen Motoreinlassluftmenge Qar(n)T(n) pro Hub und dem Reaktionsverzögerungsmodell für das Einlasssystem, ausgedrückt durch die Filterberechnungsformel in der vorgenannten Gleichung (3).
Es ist daher möglich, mit hoher Genauigkeit die aktuelle Menge Qcr(n)T(n) an Einlassluft zu berechnen, die in die Zylinder 2 des Motors 1 pro Hub angesaugt wird, und zwar aus der aktuellen Motoreinlassluftmenge Qar(n)T(n) pro Hub in der Nähe der Drosselklappe 6, indem der von dem physikalischen Modell für das Einlasssystem abgeleitete einfache arithmetische Ausdruck verwendet wird.
Dann wird unter Bezugnahme auf die 4 bis 8 sowie die 1 bis 3 detailliert beschrieben werden, wie die Berechnungseinheit 23 für eine Soll-Motoreinlassluftstromgröße eine Verarbeitung zum Durchführen einer Korrektur äquivalent zu einer Phasenvoreilkompensation für die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qct, die durch die Berechnungseinheit 22 für eine Soll-Zylindereinlassluftstromgröße berechnet ist, durchführt, um die Soll-Motoreinlassluftmenge Qat zu berechnen.
Zuallererst wird eine Beschreibung in Bezug auf einen Fall angegeben werden, in welchem die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qct direkt als die Soll-Motoreinlassluftmenge Qat in der Nähe der Drosselklappe 6 verwendet wird, ohne irgendeine Korrektur mittels der Berechnungseinheit 23 für eine Soll-Motoreinlassluftstromgröße durchzuführen.
4 ist ein Blockdiagramm, das einen Einlassluftverarbeitungsbereich von der Soll-Motoreinlassluftmenge Qat zu der aktuellen Zylindereinlassluftmenge Qcr in einem Fall zeigt, in welchem die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qct als die Soll-Motoreinlassluftmenge Qat angenommen ist.
Nimmt man Bezug auf 4, enthält dieser Einlassluftverarbeitungsbereich die Einlassluftstromgrößen-Steuereinheit 24 und die Berechnungseinheit 21 für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße. Eine Zeitkonstante τ1, die in der Berechnungseinheit 21 für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße eingestellt ist, ist ein Wert, der bei dem Reaktionsverzögerungsmodell für das Einlasssystem verwendet wird, das durch die vorgenannte Gleichung (3) ausgedrückt wird.
In dem Fall, in welchem die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qct direkt als die Soll-Motoreinlassluftmenge Qat verwendet wird, erfüllt die aktuelle Motoreinlassluftmenge Qar, die durch die Einlassluftstromgrößen-Steuereinheit 24 basierend auf der Soll-Motoreinlassluftmenge Qat gesteuert wird, eine Beziehung, die durch die folgende Gleichung (5) ausgedruckt wird. Qct = Qat ≈ Qar (5)
Die aktuelle Zylindereinlassluftmenge Qcr, die durch die Berechnungseinheit 21 für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße basierend auf der aktuellen Motoreinlassluftmenge Qar berechnet wird, ist ein Verzögerungssystem erster Ordnung, wie es durch das Reaktionsverzögerungsmodell für das Einlasssystem in der vorgenannten Gleichung (3) angezeigt ist. Reaktionscharakteristiken, wie sie in 5 gezeigt sind, werden im Einlassluftverarbeitungsbereich von der Soll-Motoreinlassluftmenge Qat zu der aktuellen Zylindereinlassluftmenge Qcr erhalten.
Anders ausgedrückt kann die aktuelle Zylindereinlassluftmenge Qcr nicht in Bezug auf die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qct in dem Einlassluftverarbeitungsbereich manipuliert werden, so dass eine Verzögerung im Einlasssystem einen direkten Einfluss darauf hat.
Daher wird das Konzept zum Durchführen einer Korrektur äquivalent zu einer Phasenvoreilkompensation für die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qct, um die Soll-Motoreinlassluftmenge Qat so zu berechnen, dass die Einlassluftstromgrößen-Steuereinheit 24 das Drosselöffnungsausmaß TP basierend auf der Soll-Motoreinlassluftmenge Qat steuert, berücksichtigt.
6 ist ein Blockdiagramm, das einen Einlassluftverarbeitungsbereich von der Soll-Zylindereinlassluftmenge Qct zu der aktuellen Zylindereinlassluftmenge Qcr gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Nimmt man Bezug auf 6, enthält dieser Einlassluftverarbeitungsbereich die Berechnungseinheit 23 für eine Soll-Motoreinlassluftstromgröße, die Einlassluftstromgrößen-Steuereinheit 24 und die Berechnungseinheit 21 für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße.
Wie es oben beschrieben ist, führt die Berechnungseinheit 23 für eine Soll-Motoreinlassluftstromgröße die Korrektur äquivalent zu einer Phasenvoreilkompensation für die durch die Berechnungseinheit 22 für eine Soll-Zylindereinlassluftstromgröße berechnete Soll-Zylindereinlassluftmenge durch, um die Soll-Motoreinlassluftmenge Qat zu berechnen.
Die Zeitkonstante τ1 des Reaktionsverzögerungsmodells für das Einlasssystem wird als Zeitkonstante eines Voreilelements erster Ordnung entsprechend einem Zähler einer Phasenvoreilkompensation verwendet, die durch die Berechnungseinheit 23 für eine Soll-Motoreinlassluftstromgröße durchgeführt wird, und eine Zeitkonstante τ2, die kleiner als die Zeitkonstante τ1 ist, wird als Zeitkonstante eines Verzögerungselements erster Ordnung entsprechend einem Nenner einer Phasenvoreilkompensation verwendet, so dass eine Phasenvoreilkompensation realisiert werden kann.
Wenn dies in Bezug auf den gesamten Einlassluftverarbeitungsbereich berücksichtigt wird, der in 6 gezeigt ist, können das Voreilelement erster Ordnung der Berechnungseinheit 23 für eine Soll-Motoreinlassluftstromgröße und das Verzögerungselement erster Ordnung der Berechnungseinheit 21 für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße unter der Annahme reduziert werden, dass die Reaktionsverzögerung der Drosselklappe 6, die Reaktionsverzögerung des Luftstromsensors 4 und ähnliches vernachlässigbar sind.
Es ist somit offensichtlich, dass die Reaktionscharakteristiken des Einlassluftverarbeitungsbereichs mit den Reaktionscharakteristiken des Verzögerungselements erster Ordnung entsprechend dem Nenner einer Phasenvoreilkompensation übereinstimmen, die durch die Berechnungseinheit 23 für eine Soll-Motoreinlassluftstromgröße durchgeführt wird.
Um die Berechnungseinheit 23 für eine Soll-Motoreinlassluftstromgröße an der aktuellen ECU 12 anzubringen, muss die vorgenannte Phasenvoreilkompensation in das Verzögerungselement erster Ordnung und das Voreilelement erster Ordnung aufgeteilt werden.
7 ist ein Blockdiagramm, das einen weiteren Einlassluftverarbeitungsbereich von der Soll-Zylindereinlassluftmenge Qct zu der aktuellen Zylindereinlassluftmenge Qcr gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Nimmt man Bezug auf 7, enthält dieser Einlassluftverarbeitungsbereich die Berechnungseinheit 23 für eine Soll-Motoreinlassluftstromgröße, die Einlassluftstromgrößen-Steuereinheit 24 und die Berechnungseinheit 21 für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße. Die Berechnungseinheit 23 für eine Soll-Motoreinlassluftstromgröße enthält eine Verzögerungskompensationseinheit 25 erster Ordnung und eine Voreilkompensationseinheit 26 erster Ordnung.
Die Nacheil- bzw. Verzögerungskompensationseinheit 25 erster Ordnung führt eine Kompensation äquivalent zu dem vorgenannten Verzögerungs- bzw. Nacheilelement erster Ordnung (die hierin nachfolgend ”Soll-Verzögerungskompensation bzw. Soll-Nacheilkompensation erster Ordnung” genannt wird) für die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qct durch, um eine Soll-Zylindereinlassluftmenge Qcf (Soll-Zylindereinlassluftstromgröße, die durch eine Einheit für eine Verzögerungskompensation erster Ordnung kompensiert ist) (die hierin nachfolgend als ”Soll-Zylindereinlassluftmenge Qcf nach einer Kompensation” abgekürzt wird) nach einer Soll-Verzögerungskompensation erster Ordnung zu berechnen.
Die Voreilkompensationseinheit 26 erster Ordnung führt eine Kompensation äquivalent zu dem Voreilelement erster Ordnung (die hierin nachfolgend ”Voreilkompensation erster Ordnung äquivalent zum Einlasssystem” genannt wird) für die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qcf nach einer Kompensation durch, um die Soll-Motoreinlassluftmenge Qat zu berechnen.
Die Einlassluftstromgrößen-Steuereinheit 24 steuert das Drosselöffnungsausmaß TP basierend auf der durch die Einheit 26 für eine Voreilkompensation erster Ordnung berechneten Soll-Motoreinlassluftmenge Qat, so dass die aktuelle Motoreinlassluftmenge Qar erhalten wird. Die Berechnungseinheit 21 für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße berechnet die aktuelle Zylindereinlassluftmenge Qcr basierend auf der aktuellen Motoreinlassluftmenge Qar und dem Reaktionsverzögerungsmodell für das Einlasssystem in der vorgenannten Gleichung (3).
Reaktionscharakteristiken, wie sie in 8 gezeigt sind, werden in dem in 7 gezeigten Einlassluftverarbeitungsbereich erhalten.
Nimmt man Bezug auf 8, ist es offensichtlich, dass die Soll-Motoreinlassluftmenge Qat und die aktuelle Motoreinlassluftmenge Qar im Wesentlichen miteinander übereinstimmen und dass die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qcf nach einer Kompensation und die aktuelle Zylindereinlassluftmenge Qcr ebenso im Wesentlichen miteinander übereinstimmen.
Wie es oben beschrieben ist, wird die Zeitkonstante τ2, die kleiner als die Zeitkonstante τ1 ist, als Zeitkonstante einer Soll-Verzögerungskompensation erster Ordnung verwendet, die durch die Einheit 25 für eine Verzögerungskompensation erster Ordnung durchgeführt wird, und wird die Zeitkonstante τ1 des Reaktionsverzögerungsmodells für das Einlasssystem als Zeitkonstante einer Voreilkompensation erster Ordnung äquivalent zum Einlasssystem verwendet, die durch die Einheit 26 für eine Voreilkompensation erster Ordnung durchgeführt wird, so dass eine Phasenvoreilkompensation realisiert werden kann. Als Ergebnis können die Reaktionscharakteristiken des Einlassluftverarbeitungsbereichs manipuliert werden.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 7 detailliert beschrieben werden, wie die Einheit 25 für eine Verzögerungskompensation erster Ordnung eine Soll-Verzögerungskompensation erster Ordnung für die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qct durchführt, um die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qcf nach einer Kompensation zu berechnen.
Zuallererst wird die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qcf nach einer Kompensation durch die folgende Gleichung (6) durch eine Berechnung gleich derjenigen der vorgenannten Gleichung (3) ausgedrückt.
Es sollte bei der Gleichung (6) beachtet werden, dass Qcf(n) [g/s] einen Durchschnittswert pro Hub der Soll-Zylindereinlassluftmenge Qcf nach einer Kompensation bezeichnet und das Qct(n) [g/s] einen Durchschnittswert pro Hub der Soll-Zylindereinlassmenge Qct bezeichnet.
In der Gleichung (6) kann eine Beziehung Kv(n)/Kv(n – 1) = 1 unter der Annahme anerkannt bzw. zugestanden werden, dass der Korrekturkoeffizient Kv(n) für eine volumenmäßige Effizienz und der Korrekturkoeffizient Kv(n – 1) für eine volumenmäßige Effizienz im Wesentlichen gleich zueinander sind.
Die Zeitkonstante τ2 einer Soll-Verzögerungskompensation erster Ordnung ist kleiner als die Zeitkonstante τ1 des Reaktionsverzögerungsmodells für das Einlasssystem, so dass eine Filterkonstante Kf2, die aus der Zeitkonstanten τ2 einer Soll-Verzögerungskompensation erster Ordnung berechnet ist, kleiner als die Filterkonstante Kf ist, die aus der Zeitkonstanten τ1 des Reaktionsverzögerungsmodells für das Einlasssystem berechnet ist.
In diesem Fall kann die Filterkonstante Kf2 unter Verwendung eines simulieren Einlassrohrvolumens Vs1 berechnet werden, das kleiner als das Einlassrohrvolumen Vs ist, wie es durch eine Berechnungsformel in der vorgenannten Gleichung (6) angezeigt ist, anstelle eines Verwendens des Einlassrohrvolumens Vs, das in der Berechnungsformel in der vorgenannten Gleichung (3) gezeigt ist. Alternativ dazu kann ein vorbestimmter Wert, der kleiner als die Filterkonstante Kf ist, welcher aus der Berechnungsformel in der vorgenannten Gleichung (3) berechnet wird, als Soll-Filterkonstante verwendet werden.
Um eine Soll-Verzögerungskompensation erster Ordnung ungültig zu machen, ist es geeignet, zu veranlassen, dass die Zeitkonstante τ2 einer Soll-Verzögerungskompensation erster Ordnung, die durch die Einheit 25 für eine Verzögerungskompensation erster Ordnung durchgeführt wird, und die Zeitkonstante τ1 einer Voreilkompensation erster Ordnung äquivalent zu einem Einlasssystem, die durch die Einheit 26 für eine Voreilkompensation erster Ordnung durchgeführt wird, miteinander übereinstimmen.
Es ist auch geeignet, eine Umschaltung zwischen einem Gültigmachen und einem Ungültigmachen einer Soll-Verzögerungskompensation erster Ordnung durchzuführen oder die Zeitkonstante τ2 einer Soll-Verzögerungskompensation erster Ordnung zu ändern oder das simulierte Einlassrohrvolumen Vs1, basierend auf beispielsweise Betriebszuständen während eines Leerlaufbetriebs und anderen Typen von Operations- und Betriebszuständen, wie beispielsweise Betriebsbereichen, die gemäß der Drehzahl Ne des Motors 1 und der Fülleffizienz davon aufgeteilt sind.
Somit können die optimalen Reaktionscharakteristiken während einer Übergangsreaktion für jeden der Betriebszustände erhalten werden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 7 detailliert beschrieben werden, wie die Einheit 26 für eine Voreilkompensation erster Ordnung die Verarbeitung zum Durchführen einer Voreilkompensation erster Ordnung äquivalent zum Einlasssystem für die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qcf nach einer Kompensation durchführt, um die Soll-Motoreinlassluftmenge Qat zu berechnen.
Zuallererst wird die Soll-Motoreinlassluftmenge Qat durch die folgende Gleichung (7) durch eine rückwärts gerichtete Berechnung einer arithmetischen Operation gleich derjenigen der vorgenannten Gleichung (3) ausgedrückt.
Es sollte in der Gleichung (7) beachtet werden, dass Qat(n) [g/s] einen Durchschnittswert pro Hub der Soll-Motoreinlassluftmenge Qat bezeichnet.
In der Gleichung (7) kann eine Beziehung Kv(n)/Kv(n – 1) = 1 unter der Annahme anerkannt werden, dass Kv(n) und Kv(n – 1) im Wesentlichen gleich zueinander sind.
Die Zeitkonstante τ1 einer Voreilkompensation erster Ordnung äquivalent zum Einlasssystem ist gleich der Zeitkonstanten τ1 des Reaktionsverzögerungsmodells für das Einlasssystem, so dass die Filterkonstante Kf1, die aus der Zeitkonstanten τ1 einer Voreilkompensation erster Ordnung äquivalent zum Einlasssystem berechnet ist, gleich der Filterkonstanten Kf ist, die aus der Zeitkonstanten τ1 des Reaktionsverzögerungsmodells für das Einlasssystem berechnet ist.
Demgemäß kann eine Phasenvoreilkompensation für die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qct durch eine Berechnung der Soll-Zylindereinlassluftmenge Qcf nach einer Kompensation und der Soll-Motoreinlassluftmenge Qat mit der Verwendung der vorgenannten Gleichung (6) und (7) realisiert werden.
Bei der Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung führt die Einheit 25 für eine Verzögerungskompensation erster Ordnung der Berechnungseinheit 23 für eine Soll-Motoreinlassluftstromgröße eine Soll-Verzögerungskompensation erster Ordnung für die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qct durch, um die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qcf nach einer Kompensation zu berechnen. Die Einheit 26 für eine Voreilkompensation erster Ordnung der Berechnungseinheit 23 für eine Soll-Motoreinlassluftstromgröße führt eine Voreilkompensation erster Ordnung äquivalent zum Einlasssystem für die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qcf nah einer Kompensation durch, um die Soll-Motoreinlassluftmenge Qat zu berechnen.
Es ist daher möglich, mit hoher Genauigkeit die Soll-Motoreinlassluftmenge Qat in der Nähe der Drosselklappe 6 mit einer reduzierten Anzahl von Mannstunden und in einer kürzeren Berechnungszeit zu berechnen, so dass die aktuelle Zylindereinlassluftmenge Qcr selbst während eines Übergangsbetriebs schnell zu der Soll-Zylindereinlassluftmenge Qct konvergiert, indem die einfachen Operationsausdrücke verwendet werden, die aus dem physikalischen Modell für das Einlasssystem abgeleitet sind, und das Drosselöffnungsausmaß TP gemäß der Soll-Motoreinlassluftmenge Qat zu steuern.
Zweites Ausführungsbeispiel
9 ist ein Blockdiagramm, das grob den Aufbau eines Motorsteuerbereichs einer Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Nimmt man Bezug auf 9, enthält eine ECU 12A weiterhin eine Steuereinheit 27 für einen variablen Ventilmechanismus zum variablen Steuern eines Aktivierungszustands von wenigstens entweder Einlassventilen (nicht gezeigt) oder Auslassventilen (nicht gezeigt) des Motors 1. Die ECU 12A enthält eine Berechnungseinheit 21A für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße anstelle der in 2 gezeigten Berechnungseinheit 21 für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße.
Es sollte hierin beachtet werden, dass eine Beziehung zwischen der Drehzahl Ne und dem Einlassverteilerdruck Pim einerseits und dem Korrekturkoeffizienten Kv für eine volumenmäßige Effizienz andererseits im Motor 1 im Voraus für jeden von Aktivierungszuständen, wie beispielsweise von einem Anhebe- und Phasenwinkel der Einlassventile oder der Auslassventile, gemessen wird und im Speicher als Abbildung gespeichert wird.
Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist bezüglich anderer konfigurationsmäßiger Details identisch zum ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, so dass ihre Beschreibung weggelassen werden wird.
Der Betrieb der Berechnungseinheit 21 für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird hierin nachfolgend unter Bezugnahme auf 9 beschrieben werden.
Die Operationsdetails, die identisch zu denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung sind, werden nachfolgend nicht beschrieben werden.
Zuallererst bildet die Berechnungseinheit 21A für eine aktuelle Zylindereinlassstromgröße jede Abbildung unter Verwendung der Drehzahl Ne und des Einlassverteilerdrucks Pim ab.
Dann interpoliert die Berechnungseinheit 21A für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße abgebildete Werte basierend auf dem letzten Aktivierungszustand der Einlassventile oder der Auslassventile, um den Korrekturkoeffizienten Kv für eine volumenmäßige Effizienz zu berechnen.
Sei der Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung interpoliert die Berechnungseinheit 21A für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße die von der Drehzahl Ne und dem Einlassverteilerdruck Pim abgebildeten Werte basierend auf dem letzten Aktivierungszustand der Einlassventile oder der Auslassventile, um dadurch den Korrekturkoeffizienten Kv für eine volumenmäßige Effizienz zu berechnen.
Es ist daher möglich, mit hoher Genauigkeit die aktuelle Zylindereinlassluftmenge Qcr durch einfache Operationen selbst in dem Fall zu berechnen, in welchem der Motor 1 die Steuereinheit 27 für einen variablen Ventilmechanismus zum variablen Steuern des Aktivierungszustands von wenigstens entweder den Einlassventilen oder den Auslassventilen hat.
Beim vorangehenden zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Beziehung zwischen der Drehzahl Ne und dem Einlassverteilerdruck Pim einerseits und dem Korrekturkoeffizienten Kv für eine volumenmäßige Effizienz andererseits im Speicher im Voraus als Abbildung für jeden der Aktivierungszustände, wie beispielsweise ein Anhebeausmaß und einen Phasenwinkel der Einlassventile oder der Auslassventile, gespeichert. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
Als einfacheres Verfahren ist es auch geeignet, dass eine Beziehung zwischen der Drehzahl Ne und dem Einlassverteilerdruck Pim einerseits und dem Korrekturkoeffizienten Kv für eine volumenmäßige Effizienz andererseits im Speicher im Voraus als Abbildung in Bezug auf jedes von zwei Mustern gespeichert wird, nämlich ein Muster während eines aktivierten Zustands der Einlassventile oder der Auslassventile und ein Muster während eines nicht aktivierten Zustands davon, und dass die Berechnungseinheit 21A für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße den Korrekturkoeffizienten Kv für eine volumenmäßige Effizienz unter Verwendung einer Abbildung zur Aktivierung während des aktivierten Zustands der Einlassventile oder der Auslassventile und einer Abbildung für eine Nichtaktivierung während des nicht aktivierten Zustands davon berechnet.
In diesem Fall kann ebenso ein Effekt gleich demjenigen des vorangehenden zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
Weiterhin ist es auch geeignet, dass ein Korrekturkoeffizient für eine volumenmäßige Effizienz, der als Referenz während eines aktivierten Zustands der Einlassventile oder der Auslassventile dient, im Speicher als Referenz-Volumeneffizienz gespeichert wird, das ein Korrekturausmaß entsprechend einer Abweichung von der Referenz-Volumeneffizienz im Speicher als Abbildung gespeichert wird und dass die Berechnungseinheit 21A für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße das Korrekturausmaß basierend auf dem letzten aktivierten Zustand der Einlassventile oder der Auslassventile abbildet und die Referenz-Volumeneffizienz korrigiert, um den Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten Kv zu berechnen.
In diesem Fall kann ebenso ein Effekt gleich demjenigen des vorangehenden zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
Drittes Ausführungsbeispiel
In einem Fall, in welchem ein aktuelles Motorsteuersystem berücksichtigt wird, obwohl es beim vorangehenden ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nicht angegeben ist, können eine vorbestimmte Todzeit und eine vorbestimmte Reaktionsverzögerung auftreten, bis die aktuelle Motoreinlassluftmenge Qar, die durch den Luftstromsensor 4 gemessen wird, zu der ECU 12 eingegeben wird, nachdem die Berechnungseinheit 23 für eine Soll-Motoreinlassluftstromgröße die Soll-Motoreinlassluftmenge Qat berechnet.
In diesem Fall werden die folgenden jeweiligen Prozeduren ausgeführt, bis die aktuelle Motoreinlassluftmenge Qar eingegeben wird, nachdem die Soll-Motoreinlassluftmenge Qat berechnet ist. Das bedeutet, dass die Einlassluftstromgrößensteuereinheit 24 das Drosselöffnungsausmaß TP basierend auf der Soll-Motoreinlassluftmenge Qat steuert, Luft in der Nähe der Drosselklappe 6 darauf reagiert, um einen Einfluss auf Luft in der Nähe des Luftstromsensors 4 auszuüben, und der Luftstromsensor 4 die aktuelle Motoreinlassluftmenge Qar misst.
Das bedeutet, dass, obwohl die Soll-Motoreinlassluftmenge Qat und die aktuelle Motoreinlassluftmenge Qar im Wesentlichen miteinander übereinstimmen und die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qcf nach einer Kompensation und die aktuelle Zylindereinlassluftmenge Qcr ebenso im Wesentlichen miteinander übereinstimmen, gemäß der vorangehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf 8, eine bestimmte Todzeit und eine bestimmte Reaktionsverzögerung aktuell zwischen der Soll-Motoreinlassluftmenge Qat und der aktuellen Motoreinlassluftmenge Qar beobachtet werden.
In dem Fall eines Durchführens einer Steuerung ohne Berücksichtigung der Todzeit oder der Reaktionsverzögerung kann der Effekt, der aus einer Phasenvoreilkompensation resultiert, wie sie beim ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, nicht ausreichend erreicht werden.
Wenn die Todzeit und die Reaktionsverzögerung physikalisch modelliert werden können, um in der ECU 12 berechnet zu werden, können ihre Einflüsse eliminiert werden.
Jedoch werden die Todzeit und die Reaktionsverzögerung derart angesehen, dass sie sich in Abhängigkeit von den Betriebszuständen oder von ähnlichem und auch von individuellen Unterschieden und ähnlichem in der Drosselklappe 6 ändern, welche auf eine Öffnungs/Schließ-Weise elektronisch gesteuert wird, und beim Luftstromsensor 4. In Wirklichkeit wird das Konzept eines physikalischen Modellierens der Todzeit und der Reaktionsverzögerung daher als schwierig angesehen.
Somit wird das Konzept eines Strukturierens eines Rückkoppelsystems einfach durch eine Berechnung zum Veranlassen, dass die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qcf nach einer Kompensation und die aktuelle Zylindereinlassluftmenge Qcr miteinander übereinstimmen, um die Einflüsse der Todzeit und der Reaktionsverzögerung zu reduzieren, geplant bzw. ausgedacht.
10 ist ein Blockdiagramm, das einen Einlassluftverarbeitungsbereich von der Soll-Zylindereinlassluftmenge Qct zu der aktuellen Zylindereinlassluftmenge Qcr gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Nimmt man Bezug auf 10, enthält dieser Einlassluftverarbeitungsbereich eine Berechnungseinheit 23B für eine Soll-Motoreinlassluftstromgröße, die Einlassluftstromgrößen-Steuereinheit 24 und die Berechnungseinheit 21 für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße. Die Berechnungseinheit 23B für eine Soll-Motoreinlassluftstromgröße enthält eine Einheit 25B für eine Verzögerungskompensation erster Ordnung und eine Einheit 26B für eine Voreilkompensation erster Ordnung. Die aktuelle Zylindereinlassluftmenge Ccr, die von der Berechnungseinheit 21 für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße ausgegeben ist, wird zu der Einheit 25B für eine Verzögerungskompensation erster Ordnung und der Einheit 26B für eine Voreilkompensation erster Ordnung eingegeben.
Die Einheit 25B für eine Nacheil- bzw. Verzögerungskompensation erster Ordnung führt eine Soll-Nacheilkompensation bzw. -Verzögerungskompensation erster Ordnung für die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qct unter Verwendung der von der Berechnungseinheit 21 für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße ausgegebenen aktuellen Zylindereinlassluftmenge Qcr durch, um dadurch die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qcf nach einer Kompensation zu berechnen.
Die Einheit 26B für eine Voreilkompensation erster Ordnung führt eine Voreilkompensation erster Ordnung für ein äquivalentes Einlasssystem für die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qcf nach einer Korrektur unter Verwendung der von der Berechnungseinheit 21 für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße ausgegebenen aktuellen Zylindereinlassluftmenge Qcr durch, um dadurch die Soll-Motoreinlassluftmenge Qat zu berechnen.
Das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist bezüglich anderer konfigurationsmäßiger Details identisch zu dem vorangehenden ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, so dass ihre Beschreibung weggelassen werden wird.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 10 detailliert beschrieben werden, wie die Einheit 25B für eine Verzögerungskompensation erster Ordnung eine Soll-Verzögerungskompensation erster Ordnung für die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qct unter Verwendung der aktuellen Zylindereinlassluftmenge Qcr durchführt, um die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qcf nach einer Kompensation zu berechnen.
Die betriebsmäßigen Details, die identisch zu denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung sind, werden nachfolgend nicht beschrieben werden.
Zuallererst wird die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qcf nach einer Kompensation durch die folgende Gleichung (8) ausgedrückt, indem die aktuelle Zylindereinlassluftmenge Qcr(n)T(n) pro Hub und der Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizient Kv(n) im letzten Hub (aktuellen Hub n) in der vorgenannten Gleichung (6) verwendet wird, anstelle eines Verwendens der Soll-Zylindereinlassluftmenge Qcf(n – 1)T(n – 1) nach einer Kompensation und des Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten Kv(n – 1) im vorangehenden Hub (Hub n – 1).
Die Zeitkonstante τ2 der Soll-Verzögerungskompensation erster Ordnung ist kleiner als die Zeitkonstante τ1 des Reaktionsverzögerungsmodells für das Einlasssystem, so dass die Filterkonstante Kf2, die aus der Zeitkonstanten τ2 einer Soll-Verzögerungskompensation erster Ordnung berechnet ist, kleiner als die Filterkonstante Kf ist, die aus der Zeitkonstanten τ1 des Reaktionsverzögerungsmodells für das Einlasssystem berechnet ist.
In diesem Fall kann die Filterkonstante Kf2 unter Verwendung des simulierten Einlassrohrvolumens Vs1 berechnet werden, das kleiner als das Einlassrohrvolumen Vs ist, wie es durch eine Berechnungsformel in der vorgenannten Gleichung (8) angezeigt ist, anstelle eines Verwendens des Einlassrohrvolumens Vs, das in der Berechnungsformel in der vorgenannten Gleichung (3 gezeigt ist. Alternativ dazu kann ein vorbestimmter Wert, der kleiner als die Filterkonstante Kf ist, welche aus der Berechnungsformel in der vorgenannten Gleichung (3) berechnet wird, als eine Soll-Filterkonstante verwendet werden.
Um eine Soll-Verzögerungskompensation erster Ordnung ungültig zu machen, ist es geeignet, zu veranlassen, dass die Zeitkonstante τ2 einer durch die Einheit 25B für eine Verzögerungskompensation erster Ordnung durchgeführte Soll-Verzögerungskompensation erster Ordnung und die Zeitkonstante τ1 einer durch die Einheit 26B für eine Voreilkompensation erster Ordnung durchgeführte Voreilkompensation erster Ordnung äquivalent zum Einlasssystem miteinander übereinstimmen.
Es ist auch geeignet, ein Umschalten zwischen einem Gültigmachen und einem Ungültigmachen einer Soll-Verzögerungskompensation erster Ordnung durchzuführen oder die Zeitkonstante τ2 einer Soll-Verzögerungskompensation erster Ordnung oder das simulierte Einlassrohrvolumen Vs1 basierend auf beispielsweise Betriebszuständen während eines Leerlaufbetriebs und anderen Typen von Operations- und Betriebszuständen zu ändern, wie beispielsweise Betriebsbereichen, die gemäß der Drehzahl Ne des Motors 1 und der Fülleffizienz davon aufgeteilt sind.
Somit können die optimalen Reaktionscharakteristiken während einer Übergangsreaktion für jeden der Betriebszustände erhalten werden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 10 detailliert beschrieben werden, wie die Einheit 26B eine Voreilkompensation erster Ordnung die Verarbeitung zum Durchführen einer Voreilkompensation erster Ordnung äquivalent zum Einlasssystem für die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qcf nach einer Kompensation unter Verwendung der aktuellen Zylindereinlassluftmenge Qcr durchführt, um die Soll-Motoreinlassluftmenge Qat zu berechnen.
Zuallererst wird die Soll-Motoreinlassluftmenge Qat durch die folgende Gleichung (9) durch eine Transformation der vorgenannten Gleichung (7) auf eine Weise gleich derjenigen der vorgenannten Gleichung (8) ausgedrückt.
Die Zeitkonstante τ1 einer Voreilkompensation erster Ordnung äquivalent zum Einlasssystem ist gleich der Zeitkonstanten τ1 des Reaktionsverzögerungsmodells für das Einlasssystem, so dass die Filterkonstante Kf1, die aus der Zeitkonstanten τ1 einer Voreilkompensation erster Ordnung äquivalent zum Einlasssystem berechnet ist, gleich der Filterkonstanten Kf ist, die aus der Zeitkonstanten τ1 des Reaktionsverzögerungsmodells für das Einlasssystem berechnet ist.
Reaktionscharakteristiken, wie sie in 11 gezeigt sind, werden in dem in 10 gezeigten Einlassluftverarbeitungsbereich erhalten.
Nimmt man Bezug auf 11, ist es offensichtlich, dass, obwohl die Soll-Motoreinlassluftmenge Qat und die aktuelle Motoreinlassluftmenge Qar aufgrund der Einflüsse der Todzeit und der Reaktionsverzögerung, wie sie oben angegeben sind, nicht miteinander übereinstimmen, die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qcf nach einer Kompensation und die aktuelle Zylindereinlassluftmenge Qcr im Wesentlichen miteinander übereinstimmen.
Die folgende Gleichung (10) wird durch eine Substitution von Kf2·Qcr(n) + (1 – Kf2)·Qct (n) in der Gleichung (8) für Qcf (n) in der Gleichung (9) erhalten. Die Gleichung (10) zeigt eine proportionale Steuerung an. Es ist aus der Gleichung (10) offensichtlich, dass die Soll-Motoreinlassluftmenge Qat berechnet wird, um zu veranlassen, dass die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qct und die aktuelle Zylindereinlassluftmenge Qcr miteinander übereinstimmend sind.
Wie es oben beschrieben ist, ist es selbst dann, wenn eine bestimmte Todzeit und eine bestimmte Reaktionsverzögerung zwischen der Soll-Motoreinlassluftmenge Qat und der aktuellen Motoreinlassluftmenge Qar existieren, möglich, eine Phasenvoreilkompensation zu realisieren und die Reaktionscharakteristiken des Einlassluftverarbeitungsbereichs durch die Verwendung der Zeitkonstanten τ2, die kleiner als die Zeitkonstante τ1 ist, als die Zeitkonstante einer durch die Einheit 25B für eine Verzögerungskompensation erster Ordnung durchgeführten Soll-Verzögerungskompensation erster Ordnung und die Verwendung der Zeitkonstanten τ1 des Reaktionsverzögerungsmodells für das Einlasssystem als die Zeitkonstante einer durch die Einheit 26B für eine Voreilkompensation erster Ordnung durchgeführten Voreilkompensation erster Ordnung äquivalent zum Einlasssystem zu manipulieren.
Es ist daher möglich, eine Steuerung so durchzuführen, dass die von der Berechnungseinheit 21 für eine aktuelle Zylindereinlassluftstromgröße ausgegebene aktuelle Zylindereinlassluftmenge Qcr und die Soll-Zylindereinlassluftmenge Ccf nach einer Kompensation im Wesentlichen miteinander übereinstimmen, selbst wenn eine bestimmte Todzeit und eine bestimmte Reaktionsverzögerung zwischen der Soll-Motoreinlassluftmenge Qat und der aktuellen Motoreinlassluftmenge Qar existieren, und zwar durch eine Berechnung der Soll-Zylindereinlassluftmenge Qcf nach einer Kompensation und der Soll-Motoreinlassluftmenge Qat mit der Verwendung der vorgenannten Gleichungen (8) und (9).
Bei der Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung führt die Einheit 25B für eine Nacheil- bzw. Verzögerungskompensation erster Ordnung eine Soll-Verzögerungskompensation erster Ordnung für die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qct unter Verwendung der letzten aktuellen Zylindereinlassluftmenge Qcr durch, um dadurch die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qcf nach einer Kompensation zu berechnen. Die Einheit 26B für eine Voreilkompensation erster Ordnung führt eine Voreilkompensation erster Ordnung äquivalent zum Einlasssystem für die Soll-Zylindereinlassluftmenge Qcf nach einer Kompensation unter Verwendung der letzten aktuellen Zylindereinlassluftmenge Qcr durch, um dadurch die Soll-Motoreinlassluftmenge Qat zu berechnen.
Es ist daher möglich, mit höherer Genauigkeit, die Soll-Motoreinlassluftmenge Qat in der Nähe der Drosselklappe 6 mit einer reduzieren Anzahl von Mannstunden und in einer kürzeren Berechnungszeit zu berechnen, so dass die aktuelle Zylindereinlassluftmenge Qcr selbst während eines Übergangsbetriebs schnell zu der Soll-Zylindereinlassluftmenge Qct konvergiert, indem die einfachen Operationsausdrücke verwendet werden, die aus dem physikalischen Modell für das Einlassmodell abgeleitet sind und das Drosselöffnungsausmaß TP gemäß der Soll-Motoreinlassluftmenge Qat zu steuern.

Claims

Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die Folgendes aufweist: eine Drosselklappe (6), die in einem Einlassrohr (3) des Verbrennungsmotors (1) vorgesehen ist; eine Einlassluftstrommengen-Steuereinrichtung (24) zum Steuern eines Drosselöffnungsausmaßes der Drosselklappe (6), um einen Öffnungsbereich des Einlassrohrs (3) zu ändern und somit eine aktuelle Motoreinlassluftstrommenge variabel zu steuern, die eine Strömungsmenge von Luft ist, die aktuell durch den Verbrennungsmotor (1) angesaugt wird; eine Betriebszustands-Erfassungseinrichtung (7, 14) zum Erfassen von Betriebszuständen, einschließlich wenigstens einer Drehzahl des Verbrennungsmotors (1); eine Einlassluftstrommengen-Erfassungseinrichtung (4), die stromauf von der Drosselklappe (6) im Einlassrohr (3) vorgesehen ist, zum Erfassen der aktuellen Motoreinlassluftstrommenge, die die Strömungsmenge von Luft ist, die aktuell durch den Verbrennungsmotor (1) angesaugt wird; eine Einlassrohrinnendruck-Erfassungseinrichtung (9) zum Erfassen eines Drucks stromab von der Drosselklappe (6) im Einlassrohr (3) als Einlassrohrinnendruck; eine Berechnungseinrichtung (21) für eine aktuelle Zylindereinlassluftstrommenge zum Berechnen einer aktuellen Zylindereinlassluftstrommenge, die eine Strömungsmenge von Luft ist, die aktuell im Zylinder (2) des Verbrennungsmotors (1) angesaugt wird; eine Berechnungseinrichtung (22) für eine Soll-Zylindereinlassluftstrommenge zum Berechnen einer Soll-Zylindereinlassluftstrommenge basierend auf den Betriebszuständen; und eine Berechnungseinrichtung (23) für eine Soll-Motoreinlassluftstrommenge zum Durchführen einer Korrektur äquivalent zu einer Phasenvoreilkompensation für die Soll-Zylindereinlassluftstrommenge, um eine Soll-Motoreinlassluftstrommenge zu berechnen, wobei: die Berechnungseinrichtung (21) für eine aktuelle Zylindereinlassluftstrommenge Folgendes berechnet: einen Volumeneffizienz-Äquivalentwert von Luft, die in die Zylinder (2) von dem Einlassrohr (3) angesaugt wird, basierend auf der Drehzahl und dem Einlassrohrinnendruck; ein Reaktionsverzögerungsmodell für ein Einlasssystem basierend auf dem Volumeneffizienz-Äquivalentwert, einem Einlassrohrvolumen von einer stromabwärtigen Seite der Drosselklappe (6) zu Einlässen der Zylinder (2) und einem Hubraum von jedem der Zylinder (2); und die aktuelle Zylindereinlassluftstrommenge basierend auf der aktuellen Motoreinlassluftstrommenge und dem Reaktionsverzögerungsmodell; und die Einlassluftstrommengen-Steuereinrichtung (24) das Drosselöffnungsausmaß basierend auf der Soll-Motoreinlassluftstrommenge so steuert, dass die aktuelle Zylindereinlassluftstrommenge zu der Soll-Zylindereinlassluftstrommenge konvergiert; wobeidie Berechnungseinrichtung (23) für eine Soll-Motoreinlassluftstrommenge umfasst: eine Einrichtung (25) für eine Nacheilkompensation erster Ordnung zum Durchführen einer Kompensation äquivalent zu einem Nacheilelement erster Ordnung für die Soll-Zylindereinlassluftstrommenge, und eine Einrichtung (26) für eine Voreilkompensation erster Ordnung zum Durchführen einer Kompensation äquivalent zu einem Voreilelement erster Ordnung für die Soll-Zylindereinlassluftstrommenge, die durch die Einrichtung (25) für eine Nacheilkompensation erster Ordnung kompensiert ist; die Einrichtung (25) für eine Nacheilkompensation erster Ordnung darin eine Zeitkonstante eingestellt hat, die kleiner als eine Zeitkonstante des Reaktionsverzögerungsmodells ist; und die Einrichtung (26) für eine Voreilkompensation erster Ordnung darin eine Zeitkonstante eingestellt hat, die gleich der Zeitkonstanten des Reaktionsverzögerungsmodells ist.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, die weiterhin eine variable Ventilmechanismus-Steuereinrichtung (27) zum variablen Steuern eines Aktivierungszustands von wenigstens einem von Einlassventilen und Auslassventilen des Verbrennungsmotors (1) enthält, wobei die Berechnungseinrichtung für eine aktuelle Zylindereinlassluftstrommenge (21) den Volumeneffizienz-Äquivalentwert von Luft, die in die Zylinder (2) von dem Einlassrohr (3) angesaugt wird, basierend auf dem Aktivierungszustand von einem der Einlassventile und der Auslassventile berechnet.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die Einrichtung (25) für eine Nacheilkompensation erster Ordnung ein simuliertes Reaktionsverzögerungsmodell basierend auf dem Volumeneffizienz-Äquivalentwert, einem simulierten Einlassrohrvolumen, das kleiner als das Einlassrohrvolumen ist, und dem Hubraum berechnet und eine Kompensation äquivalent zu dem Nacheilelement erster Ordnung unter Verwendung des simulierten Reaktionsverzögerungsmodells durchführt; und die Einrichtung (26) für eine Voreilkompensation erster Ordnung eine Kompensation äquivalent zu dem Voreilelement erster Ordnung unter Verwendung eines inversen Modells des Reaktionsverzögerungsmodells durchführt.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, wobei die Einrichtung (25) für eine Nacheilkompensation erster Ordnung und die Einrichtung (26) für eine Voreilkompensation erster Ordnung jeweils eine Kompensation äquivalent zu dem Nacheilelement erster Ordnung und eine Kompensation äquivalent zu dem Voreilelement erster Ordnung durchführen, und zwar in Intervallen eines vorbestimmten Kurbelwinkels einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (1), unter Verwendung einer Soll-Zylindereinlassluftstrommenge, die durch die Einrichtung (25) für eine Nacheilkompensation erster Ordnung in einem vorangehenden Hub in dem simulierten Reaktionsverzögerungsmodell bzw. dem inversen Modell kompensiert ist.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, wobei die Einrichtung (25) für eine Nacheilkompensation erster Ordnung und die Einrichtung (26) für eine Voreilkompensation erster Ordnung jeweils eine Kompensation äquivalent zu dem Nacheil- bzw. Verzögerungselement erster Ordnung und eine Kompensation äquivalent zu dem Voreilelement erster Ordnung durchführen, und zwar in Intervallen eines vorbestimmten Kurbelwinkels einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (1), unter Verwendung einer aktuellen Zylindereinlassluftstrommenge in einem aktuellen Hub in dem simulierten Reaktionsverzögerungsmodell bzw. dem inversen Modell.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Einrichtung (25) für eine Nacheilkompensation erster Ordnung das simulierte Einlassrohrvolumen gemäß einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors (1) einstellt.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Einrichtung (25) für eine Verzögerungs- bzw. Nacheilkompensation erster Ordnung die Zeitkonstante gemäß einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors (1) einstellt.