DE102007000300A1

DE102007000300A1 - Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die einen Turbolader hat

Info

Publication number: DE102007000300A1
Application number: DE102007000300A
Authority: DE
Inventors: Nobumasa Kariya Isogai
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2007-12-06
Also published as: JP2007321687A

Abstract

Eine Steuervorrichtung ist für eine Brennkraftmaschine (10), die einen Turbolader (20) hat, der ein Turbinenlaufrad (22), das durch eine Abgasleistung gedreht wird, ein Verdichterlaufrad (21) und eine Drehwelle (23), die das Verdichterlaufrad (21) und das Turbinenrad (22) verbindet, aufweist. Ein Aufladen wird durch Verdichten von Einlassluft durch Drehen des Verdichterlaufrads (21) ausgeführt. Die Steuervorrichtung hat eine Einlass- und eine Auslassdruckerlangungsvorrichtung (30), die einen Einlassdruck (P1c) bzw. einen Auslassdruck (P2c) des Verdichterlaufrads (21) erlangt, eine Speichervorrichtung (30), die eine Korrelation zwischen einer Drehzahl der Drehwelle (23) und einem Druckverhältnis (P2c/P1c) speichert, und eine Drehzahlerlangungsvorrichtung (30), die die Drehzahl aus dem Einlassdruck (P1c) und dem Auslassdruck (P2c) und der Korrelation erlangt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die einen Turbolader hat.
Stand der Technik
Ein Turbolader ist im Allgemeinen als ein Auflader bekannt, der unter Verwendung von Abgasenergie ein Aufladen von Einlassluft ausführt. Jüngst ist ein elektrisch angetriebener Turbolader entwickelt worden. In dem elektrisch angetriebenen Turbolader ist ein Elektromotor auf einer Drehachse des Turboladers angebracht. Der elektrisch angetriebene Turbolader unterstützt mit einer Antriebskraft des Turboladers entsprechend einem Betriebszustand einer Brennkraftmaschine. Diese Unterstützung mit der Antriebskraft von dem Motor erhöht das Aufladen des Turboladers und seine Aufladewirkung ist verbessert.
Ein Induktionsmotor wird als der Motor für den elektrisch angetriebenen Turbolader eingesetzt (z. B. JP 2005-42684 A korrespondierend zu DE 2004-035813 A1). Der Induktionsmotor hat einen Rotor und einen Stator. Der Rotor ist an der Drehachse des Turboladers angebracht. Der Stator ist an einer äußeren Umfangsseite des Rotors angeordnet und hat Erregerspulen. Eine Drehung der Drehachse wird durch Steuern einer Anregung von jeder der Erregerspulen entsprechend einer Drehzahl der Drehachse unterstützt.
In der JP 2005-42684 A ist ein Drehzahlsensor an der Drehachse des Turboladers vorgesehen, um seine Drehzahl zu kennen. Da jedoch der Drehzahlsensor durch eine Hochtemperaturabgaswärme und Arbeitswärme, die durch die Verdichtung von Einlassluft verursacht wird, beeinflusst ist, erfordert er jedoch eine Wärmewiderstandsfähigkeit und wird daher bei hohen Kosten produziert. Ferner kann, da der Drehzahlsensor nahe dem Induktionsmotor gelegen ist, er durch ein elektromagnetisches Rauschen beeinflusst sein, das mit einer Stromzufuhr zu dem Induktionsmotor einhergeht, was dementsprechend eine Verringerung der Zuverlässigkeit der Ergebnisse verursacht, die durch den Drehzahlsensor erfasst werden.
Darstellung der Erfindung
Technische Aufgabe
Die vorliegende Erfindung wendet sich an die vorstehenden Nachteile. Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung, die eine Drehzahl einer Drehachse eines Turboladers, ohne einen Drehzahlsensor zu verwenden, an dem Turbolader erlangt, in einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die den Turbolader hat, der ein Aufladen von Einlassluft ausführt.
Technische Lösung
Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, wird eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die einen Turbolader hat, geschaffen. Der Turbolader hat ein Turbinenrad, ein Verdichterlaufrad und eine Drehwelle, die das Verdichterlaufrad und das Turbinenrad verbindet. Das Turbinenrad wird durch Abgasenergie gedreht. Der Turbolader führt durch Verdichten von Einlassluft als ein Ergebnis eines Drehens des Verdichterlaufrads ein Aufladen aus. Die Steuervorrichtung hat eine Einlassdruckerlangungseinrichtung, eine Auslassdruckerlangungseinrichtung, eine Speichereinrichtung und eine Drehzahlerlangungseinrichtung. Die Einlassdruckerlangungseinrichtung ist zum Erlangen eines Einlassdrucks von Einlassluft an einem Einlass des Verdichterlaufrads. Die Auslassdruckerlangungseinrichtung ist zum Erlangen eines Auslassdrucks einer Einlassluft an einem Auslass des Verdichterlaufrads. Die Speichereinrichtung ist zum Speichern einer Korrelation zwischen einer Drehzahl der Drehwelle und eines Druckverhältnisses zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck. Die Drehzahlerlangungseinrichtung ist zum Erlangen der Drehzahl auf der Grundlage des Einlassdrucks, des Auslassdrucks und der Korrelation.
Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, wird ferner eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine geschaffen, die einen Turbolader hat. Der Turbolader hat ein Turbinenrad, ein Verdichterlaufrad und eine Drehwelle, die das Verdichterlaufrad und das Turbinenrad verbindet. Das Turbinenrad wird durch Abgasenergie gedreht. Der Turbolader führt durch Verdichten von Einlassluft als ein Ergebnis eines Drehens des Verdichterlaufrads ein Aufladen aus. Die Steuervorrichtung hat eine Auslassdruckerlangungseinrichtung, eine Speichereinrichtung und eine Drehzahlerlangungseinrichtung. Die Auslassdruckerlangungseinrichtung ist zum Erlangen eines Auslassdrucks einer Einlassluft an einem Auslass des Verdichterlaufrads. Die Speichereinrichtung ist zum Speichern einer Korrelation zwischen einer Drehzahl der Drehwelle und des Auslassdrucks. Die Drehzahlerlangungseinrichtung ist zum Erlangen der Drehzahl auf der Grundlage des Auslassdrucks und der Korrelation.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Kurze Beschreibung der Abbildungen der Zeichnungen
Die Erfindung ist am besten zusammen mit ihren zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen aus der nachstehenden Beschreibung, den anhängenden Ansprüchen und den begleitenden Zeichnungen zu verstehen, in denen:
1 eine schematische Ansicht ist, die eine Konfiguration eines Maschinensteuersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine schematische Ansicht ist, die eine Konfiguration eines elektrisch angetriebenen Turboladers gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
3 ein Graph ist, der eine Beziehung zwischen einem Verdichterdruckverhältnis und einer Wellendrehzahl gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
4 ein Berechnungsblockdiagramm ist, um einen Einlassdruck an einer stromabwärtigen Seite eines Drosselventils von einem Verdichterauslassdruck gemäß dem Ausführungsbeispiel zu erlangen;
5 ein Berechnungsblockdiagramm ist, um den Verdichterauslassdruck von dem Einlassdruck an der stromabwärtigen Seite des Drosselventils gemäß dem Ausführungsbeispiel zu erlangen;
6 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Wellendrehzahlberechnungsverarbeitung gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt; und
7 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Leistungsunterstützungssteuerverarbeitung gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In dem Ausführungsbeispiel ist ein Maschinensteuersystem für eine Mehrzylinderdieselmaschine in einem Fahrzeug konfiguriert. Die Maschine für das Steuersystem ist mit einem Turbolader ausgestattet, der einen Induktionsmotor hat. Zunächst ist eine allgemeine Gesamtkonfiguration des Maschinensteuersystems unter Verwendung von 1 beschrieben.
In einer Maschine 10 ist ein Drosselventil 13, dessen Öffnungsgrad durch ein Drosselstellglied 12 wie beispielsweise einem Gleichstrommotor reguliert wird, in der Einlassleitung 11 vorgesehen. Ein Drosselöffnungssensor, der eine Drosselöffnung erfasst, ist in das Drosselstellglied 12 eingebaut. Ein Einlassdrucksensor 14 und ein Einlasstemperatursensor 15 sind an einer stromabwärtigen Seite des Drosselventils 13 vorgesehen. Der Einlassdrucksensor 14 erfasst einen Einlassdruck an der stromabwärtigen Seite des Drosselventils 13. Der Einlasstemperatursensor 15 erfasst eine Temperatur einer Einlassluft. Die Einlassleitung 11 verzweigt an der stromabwärtigen Seite des Drosselventils 13, um mit einem Einlassanschluss jedes Zylinders der Maschine 10 verbunden zu werden. Ein Atmosphärendrucksensor 16, der einen atmosphärischen Druck erfasst, ist an einer zuoberst liegenden stromaufwärtigen Seite der Einlassleitung 11 vorgesehen. Ein Luftfilter 17 ist an einer stromabwärtigen Seite des Atmosphärendrucksensors 16 vorgesehen. Der Einlassdrucksensor 14 und der Atmosphärendrucksensor 16 sind im Allgemeinen vorgesehen, um eine Menge an Einlassluft der Maschine 10 oder eine Dichte der Einlassluft zu erlangen.
In der Einlassleitung 11 ist ein elektrisch angetriebener Turbolader 20 an einer stromabwärtigen Seite des Luftfilters 17 vorgesehen. Eine Konfiguration des Turboladers 20 ist unter Verwendung von 2 beschrieben. Der Turbolader 20 hat ein Verdichterlaufrad 21 und ein Turbinenrad 22. Das Verdichterlaufrad 21 ist in der Einlassleitung 11 vorgesehen. Das Turbinenrad 22 ist in einer Abgasleitung (nicht gezeigt) vorgesehen. Das Verdichterlaufrad 21 und das Turbinenrad 22 sind miteinander durch eine Welle 23 verbunden und in einem Gehäuse 24 aufgenommen. Dementsprechend dreht das Turbinenrad 22 durch Abgasluft, die in der Abgasleitung strömt, und ein Drehmoment wird über die Welle 23 auf das Verdichterlaufrad 21 übertragen. Als ein Ergebnis dreht das Verdichterlaufrad 21, um Einlassluft zu verdichten, die in die Einlassleitung 11 strömt, um hierdurch ein Aufladen auszuführen.
Ein Induktionsmotor 25, der eine Drehung der Welle 23 unterstützt, ist in dem Turbolader 20 vorgesehen. Ferner ist ein Rotor 26 um die Welle 23 vorgesehen und ein Stator 27 ist an dem Gehäuse 24 vorgesehen, das an einer äußeren Umfangsseite des Rotors 26 ist. Der Stator 27 hat Mehrphasenerregerspulen. Dementsprechend wird durch Anregen der Erregerspulen des Stators 27 das Drehmoment auf die Welle 23 aufgebracht, um hierdurch einen Aufladeeffekt des Turboladers 20 zu erhöhen.
In 1 hat eine Maschinen ECU 30 einen Mikrocomputer, der eine CPU, einen ROM, einen RAM und dergleichen aufweist. Erfassungssignale werden nacheinander in die Maschinen ECU 30 von verschiedenen Sensoren, die eine Maschinendrehzahl und einen Gaspedaldurchdrückungsbetrag erfassen, zusätzlich zu dem Einlassdrucksensor 14, dem Einlasstemperatursensor 15 und dem Atmosphärendrucksensor 16 eingegeben. Dann steuert die Maschinen ECU 30 das Drosselstellglied 12 und dergleichen geeignet auf der Grundlage der eingegebenen Maschinenbetriebsinformation.
Die Maschinen ECU 30 führt eine Leistungsunterstützungssteuerung durch den Induktionsmotor 25 aus, um einen gewünschten Ladedruck schnell zu erlangen, während ein Fahrzeug beschleunigt. Insbesondere werden eine Soll-Unterstützungsleistung, eine Soll-Unterstützungsleistungszeitgebung und dergleichen auf der Grundlage eines Soll-Ladedrucks und einer Soll-Einlassluftmenge berechnet und die Ergebnisse werden zu einer Motor ECU 40 ausgegeben. Ein Signal von der Maschinen ECU 30 wird in die Motor ECU 40 eingegeben und die Motor ECU 40 steuert eine Energiezufuhr zu den Induktionsmotor 25 angesichts eines Motorwirkungsgrads und dergleichen. Insbesondere ist die Motor ECU 40 mit einer Batterie 41 verbunden und führt eine Anregung von jeder der Erregerspulen des Stators 27 durch die Batterie 41 entsprechend einer Drehzahl der Welle 23 aus (d. h. eine Wellendrehzahl).
Das heißt, dass in der Leistungsunterstützungssteuerung die Wellendrehzahl bekannt sein muss, um den Induktionsmotor 25 anzutreiben. Um die Wellendrehzahl zu erlangen, ist die Welle 23 mit einem Drehzahlsensor versehen, um zum Beispiel Ergebnisse zu verwenden, die durch den Drehzahlsensor erfasst werden. In einem derartigen Fall muss der Drehzahlsensor einer Arbeitswärme widerstehen, die durch ein Verdichten von Einlassluft und einer Hochtemperaturabgaswärme verursacht wird, und wird hierdurch bei hohen Kosten produziert. Ferner ist er, da der Drehzahlsensor nahe dem Induktionsmotor 25 gelegen ist, anfällig gegenüber elektromagnetischem Rauschen, das bei dem Antreiben des Induktionsmotors 25 generiert wird, was dementsprechend eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit der Ergebnisse, die durch den Drehzahlsensor erfasst werden, verursacht.
Um dieses Problem zu lösen, wird die Wellendrehzahl, ohne den Drehzahlsensor zu verwenden, auf die nachstehende Weise erlangt. Es ist nachgewiesen, dass es eine Korrelation zwischen einem Druckverhältnis eines Einlassdrucks auf einer stromabwärtigen Seite des Verdichterlaufrads 21 (d. h. ein Verdichterauslassdruck auf einer stromabwärtigen Seite des Turboladers 20 in der Einlassleitung 11) zu einem Einlassdruck an einem Einlass des Verdichterlaufrads 21 (d. h. ein Verdichtereinlassdruck auf einer stromaufwärtigen Seite des Turboladers 20 in der Einlassleitung 11) und der Wellendrehzahl gibt. 3 zeigt eine Beziehung zwischen dem Druckverhältnis (d. h. Verdichterauslassdruck/Verdichtereinlassdruck) und der Wellendrehzahl. Wie in 3 gezeigt ist, steigt, wenn das Druckverhältnis steigt, die Wellendrehzahl. Es ist überprüft, dass die Korrelation mit Ausnahme des Verdichtereinlassdrucks und des Verdichterauslassdrucks oder einem Abgassystem des Turboladers 20 kaum durch einen Maschinenbetriebszustand beeinflusst wird. Dementsprechend wird durch Fokussieren auf die vorstehende Beziehung in dem Ausführungsbeispiel die Wellendrehzahl erhalten, ohne den Drehzahlsensor zu verwenden.
Verfahren zum Berechnen des Verdichtereinlassdrucks P1c und des Verdichterauslassdrucks P2c ist nachstehend beschrieben.
Das Verfahren zum Berechnen des Verdichtereinlassdrucks P1c ist zuerst beschrieben. In dem Ausführungsbeispiel ist der Verdichtereinlassdruck P1c auf einen atmosphärischen Druck Patm fokussiert, der durch den Atmosphärendrucksensor 16 erfasst ist. Obwohl der Luftfilter 17 zwischen den Atmosphärendrucksensor 16 und dem Turbolader 20 gelegen ist, ist ein Druckverlust durch den Luftfilter 17 klein und vernachlässigbar. Dementsprechend wird in dem Ausführungsbeispiel der atmosphärische Druck Patm als der Verdichtereinlassdruck P1c behandelt.
Als Nächstes ist das Verfahren zum Berechnen des Verdichterauslassdrucks P2c beschrieben. In der Maschine 10 regelt das Drosselventil 13 die Menge an Einlassluft und ein Druck Pim der Einlassluft, die in die Maschine 10 gezogen wird, wird durch den Einlassdrucksensor 14 erfasst. Da eine Strömung der Einlassluft durch das Drosselventil 13 reduziert wird und die Einlassluft in die Maschine 10 gezogen wird, ist der Einlassdruck Pim, der durch den Einlassdrucksensor 14 erfasst wird, von dem Verdichterauslassdruck P2c verschieden. Dementsprechend kann eine Druckänderung der Einlassluft in der Einlassleitung 11 im Voraus bestimmt werden. Unter Verwendung des vorgegebenen Druckbereichs kann der Verdichterauslassdruck P2c aus dem Einlassdruck Pim an der stromabwärtigen Seite des Drosselventils 13, der durch den Einlassdrucksensor 14 erfasst wird, erlangt werden. In dem Ausführungsbeispiel wird durch Erzeugen von Modellen von Änderungen einer Durchflussrate und eines Drucks einer Einlassluft in der Einlassleitung 11 und Verwenden der Modelle der Verdichterauslassdruck P2c unter Verwendung des Einlassdrucks Pim, der durch den Einlassdrucksensor 14 erfasst wird, berechnet.
Eine Durchflussrate dm_thr/dt von Luft je Zeiteinheit, die durch das Drosselventil 13 in der Einlassleitung 11 strömt, wird durch die nachstehende Gleichung (1) unter Verwendung des Verdichterauslassdrucks P2c, der der Einlassdruck auf der stromaufwärtigen Seite des Drosselventils 13 ist, und des Einlassdrucks Pim berechnet, der ein Einlassdruck an einer stromabwärtigen Seite des Drosselventils 13 ist.
Hier ist A_thr eine wirksame Drosselquerschnittsfläche (d. h. eine Öffnungsfläche des Drosselventils 13), R ist eine Gaskonstante, T ist eine Einlasstemperatur und k ist ein Verhältnis einer spezifischen Wärme.
Ein winziger Änderungsbetrag dPim des Einlassdrucks Pim wird durch die nachstehende Gleichung (2) unter Verwendung der Luftdurchflussrate dm_thr/dt durch das Drosselventil 13 berechnet, die durch die Gleichung (1) berechnet wird, und ein temporärer Differenzialwert dm_e/dt einer Maschineneinlassluftmenge m_e, die aus der Maschinendrehzahl, dem Einlassdruck Pim und einem Befüllwirkungsgrad erlangt wird
Hier ist Vintake ein inneres Volumen der Einlassleitung 11 zwischen dem Drosselventiel 13 und der Maschine 10, R ist eine Gaskonstante und T ist eine Einlasstemperatur.
4 zeigt ein Berechnungsblockdiagramm, in dem der Einlassdruck Pim aus dem Verdichterauslassdruck P2c unter Verwendung eines Drosselmodells, wobei die Luftdurchflussrate dm_thr/dt durch das Drosselventil 13 durch die Gleichung (1) berechnet wird, und eines Einlassleitungsmodells berechnet wird, wobei der Einlassdruck Pim durch Integrieren der Gleichung (2) erlangt wird. Wie in 8 gezeigt ist, hängt der Verdichterauslassdruck P2c mit dem Einlassdruck Pim unter Verwendung der wirksamen Drosselquerschnittsfläche A_thr, der Einlasstemperatur T, dem Maschineneinlassluftbetrag m_e dem Drosselmodell und dem Einlassleitungsmodell zusammen.
In dem Ausführungsbeispiel wird der Verdichterauslassdruck P2c aus dem Einlassdruck Pim durch Ausführen eines umgekehrten Vorgangs des Berechnungsblocks, der in 4 gezeigt ist, indem der Einlassdruck Pim aus dem Verdichterauslassdruck P2c berechnet wird, berechnet. 5 zeigt ein Berechnungsblockdiagramm, in dem der Verdichterauslassdruck P2c aus dem Einlassdruck Pim unter Verwendung entsprechender inverser Modelle des Drosselmodells und des Einlassleitungsmodells berechnet wird. Das heißt, dass in dem Ausführungsbeispiel der Verdichterauslassdruck P2c unter Verwendung des Einlassdrucks Pim, der Maschineneinlassluftmenge m_e, der Einlasstemperatur T, der wirksamen Drosselquerschnittsfläche A_thr, einem Einlassleitungsinversmodell (Berechnungseinrichtung des Luftstromes, der durch die Drossel verläuft) und einem Drosselinversmodell (Auslassdruckberechnungseinrichtung) berechnet. Das Einlassleitungsinversmodell ist eine inverse Funktion der Gleichung (2) in Bezug auf die Luftdurchflussrate dm_thr/dt durch das Drosselventil 13 und das Drosselinversmodell ist eine inverse Funktion der Gleichung (1) in Bezug auf den Verdichterauslassdruck Pc2.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird der Verdichterauslassdruck P2c aus dem Einlassdruck Pim berechnet, der durch den Einlassdrucksensor 14 erfasst wird. Somit speichert die Maschinen ECU 30 (Auslassdruckerlangungseinrichtung) die inversen Funktionen der Gleichungen (1), (2) und berechnet den Verdichterauslassdruck P2c unter Verwendung der inversen Funktionen.
Ein Verarbeitungsablauf, in dem die Wellendrehzahl berechnet wird, ist nachstehend unter Verwendung des Ablaufdiagramms in 6 beschrieben. Diese Wellendrehzahlberechnungsverarbeitung wird bei vorgegebenen Zeitintervallen (z. B. alle 4 Millisekunden) durch die Maschinen ECU 30 ausgeführt. Zusätzlich basiert die Wellendrehzahlberechnungsverarbeitung grundsätzlich auf dem Berechnungsblockdiagramm, das in 5 gezeigt ist.
Bei Schritt 101 (S101) werden der Einlassdruck Pim, der durch den Einlassdrucksensor 14 erfasst ist, und die Einlasstemperatur T, die durch den Einlasstemperatursensor 15 erfasst ist, geladen. Ferner wird der atmosphärische Druck Patm geladen, der durch den Atmosphärendrucksensor 16 erfasst ist. Bei Schritt 102 (S102) wird die Maschineneinlassluftmenge je Zeiteinheit dm_e/dt auf der Grundlage der Maschinendrehzahl, des Einlassdrucks Pim und des Befüllwirkungsgrads, der im Voraus gespeichert ist, berechnet.
Bei Schritt 103 (S103) wird die Luftdurchflussrate dm_thr/dt durch das Drosselventil 13 unter Verwendung der inversen Funktion der Gleichung (2) auf der Grundlage des Einlassdrucks Pim und der Einlasstemperatur T, die bei S101 geladen werden, und die Maschineneinlassluftmenge je Zeiteinheit dm_e/dt, die bei S102 berechnet wird, berechnet. Bei Schritt 104 (S104) wird die wirksame Drosselquerschnittsfläche A_thr aus einem gegenwärtigen Öffnungsgrad des Drosselventils 3 berechnet.
Bei Schritt 105 (S105) wird der Verdichterauslassdruck P2c unter Verwendung der inversen Funktion der Gleichung (1) auf der Grundlage der Maschineneinlassluftmenge je Zeiteinheit dm_e/dt, der Luftdurchflussrate dm_thr/dt durch das Drosselventil 13 und dem Einlassdruck Pim und der Einlasstemperatur, die bei Schritt S101 geladen werden, berechnet.
Bei Schritt 106 (S106) werden das Druckverhältnis zwischen dem Verdichtereinlassdruck P1c und dem Verdichterauslassdruck P2c berechnet. Hier behandelt die Maschinen ECU 30 (Einlassdruckerlangungseinrichtung) den atmosphärischen Druck Patm, der bei S101 geladen ist, als den Verdichtereinlassdruck P1c. Bei Schritt 107 (S107) wird die Wellendrehzahl auf der Grundlage des Druckverhältnisses (P2c/P1c) berechnet. In dem Ausführungsbeispiel speichert die Maschinen ECU 30 (Speichereinrichtung, Drehzahlerlangungseinrichtung) die Beziehung zwischen dem Druckverhältnis und der Wellendrehzahl, die in 3 gezeigt ist, als ein Kennfeld im Voraus und berechnet die Wellendrehzahl unter Verwendung des Kennfelds.
7 ist ein Auflaufdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf der Energieunterstützungssteuerung zeigt. Die Energieunterstützungssteuerungsverarbeitung wird bei vorgegebenen Zeitintervallen (z. B. 4 Millisekunden) durch die Maschinen ECU 30 ausgeführt.
Bei Schritt 201 (S201) wird die Soll-Leistung des Turboladers 20 auf der Grundlage des Maschinenbetriebszustands berechnet. Bei Schritt 202 (S202) wird die Ist-Leistung des Turboladers 20 berechnet. Bei Schritt 203 (S203) wird die Unterstützungsleistung aus einer Differenz zwischen der Soll-Leistung und der Ist-Leistung berechnet.
Bei Schritt 204 (S204) wird die Wellendrehzahl, die in der Wellendrehzahlberechnungsverarbeitung, die in 6 gezeigt ist, berechnet wird, geladen.
Bei Schritt 205 (S205) wird ein Steuersignal, das die Unterstützungsleistung und die Wellendrehzahl hat, zu der Motor ECU 40 ausgegeben. Wenn das Steuersignal in die Motor ECU 40 eingegeben ist, berechnet die Motor ECU 40 einen notwendigen Schlupf auf der Grundlage der Wellendrehzahl und der Unterstützungsleistung und bestimmt eine Frequenz und Spannung einer Anregungswellenform hinsichtlich des Motorwirkungsgrads und dergleichen. Dann wird jede der Erregerspulen des Stators 27 abwechselnd entsprechend der Frequenz und Spannung erregt.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden nachstehende vorteilhafte Wirkungen erzeugt.
Die Wellendrehzahl wird auf der Grundlage des Druckverhältnisses (P2c/P1c) zwischen dem Verdichtereinlassdruck P1c und dem Verdichterauslass P2c berechnet. Es ist überprüft, dass es die Korrelation zwischen dem Druckverhältnis und der Wellendrehzahl gibt. Unter Verwendung der Korrelation kann die Wellendrehzahl erlangt werden, ohne auf den Drehzahlsensor zurückzugreifen.
Der Induktionsmotor 25 wird auf der Grundlage der Wellendrehzahl angetrieben, die aus der Korrelation zwischen dem Druckverhältnis und der Wellendrehzahl berechnet wird. Dementsprechend wird der Induktionsmotor 25 auf der Grundlage der Wellendrehzahl, ohne auf den Drehzahlsensor zurückzugreifen, in richtiger Art und Weise angetrieben.
Der Verdichtereinlassdruck P1c wird bei dem atmosphärischen Druck Patm gesetzt, der durch den vorhandenen Atmosphärendrucksensor 16 erfasst wird. Dementsprechend gibt es keinen Bedarf, einen neuen Sensor vorzusehen, um den Verdichtereinlassdruck P1c zu erlangen. Obwohl der Luftfilter 17 zwischen dem Atmosphärendrucksensor 16 und dem Turbolader 20 gelegen ist, ist der Druckverlust durch den Luftfilter 17 klein und vernachlässigbar. Daher ist ein Fehler im Erlangen des Verdichtereinlassdrucks P1c klein.
Ferner wird durch Erzeugen der Änderungsmodelle der Durchflussrate und eines Drucks einer Einlassluft in der Einlassleitung 11 und durch Verwenden der Modelle der Verdichterauslassdruck P2c aus dem Einlassdruck Pim, der durch den vorhandenen Einlassdrucksensor 14 erfasst wird, berechnet. Dementsprechend gibt es keinen Bedarf, einen neuen Sensor vorzusehen, um den Verdichterauslassdruck P2c zu erlangen.
Es ist überprüft, dass die Wellendrehzahl durch das Druckverhältnis zwischen dem Verdichtereinlassdruck P1c und dem Verdichterauslassdruck P2c bestimmt wird und kaum von einer Änderung des Abgassystems, einem Maschinenaufwärmzustand oder dergleichen abhängt. Somit kann eine Zeit, die für eine Kompatibilität im Erzeugen des Drosselmodells und des Einlassleitungsmodells erforderlich ist, gespart werden.
Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele begrenzt und kann auf eine Weise wie nachstehend in (1) bis (5) ausgeführt werden.

(1) In den vorstehenden Ausführungsbeispiel wird der Verdichterauslassdruck P2c unter Verwendung der inversen Modelle des Drosselmodells und des Einlassleitungsmodells aus dem Einlassleitungsdruck Pim berechnet, der durch den vorhandenen Einlassdrucksensor 14 erfasst wird. Dies kann jedoch erfolgen, ohne die vorstehenden Modelle zu verwenden.

Ein Drosselkennfeld und ein Einlassleitungskennfeld sind als mehrdimensionale Kennfelder vorgesehen, die zu dem Drosselmodell und dem Einlassleitungsmodell korrespondieren. Durch Verwendung jedes Kennfelds kann der Einlassdruck Pim auf der stromabwärtigen Seite des Drosselventils 13 sich auf den Verdichterauslassdruck P2c gleichermaßen zu dem Berechnungsblock, der in 4 gezeigt ist, beziehen. Somit kann der Verdichterauslassdruck P2c durch Ausführen seiner inversen Berechnung wie bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel aus dem Einlassdruck Pim berechnet werden, der durch den vorhandenen Einlassdrucksensor 14 erfasst wird. Wenn der Verdichterauslassdruck P2c unter Verwendung der mehrdimensionalen Kennfelder berechnet wird, kann eine Berechnungslast in der Maschinen ECU 30 verglichen mit einem Verwenden des Drosselmodells und des Einlassleitungsmodells erleichtert werden. Ferner ist, wie vorstehend beschrieben, die Wellendrehzahl nur durch das Druckverhältnis zwischen dem Verdichtereinlassdruck P1c und dem Verdichterauslassdruck P2c bestimmt und hängt kaum von einer Änderung des Abgassystems, des Maschinenaufwärmzustands oder dergleichen ab. Somit kann eine Zeit, die zum Vorsehen der Kennfelder erforderlich ist, gespart werden.
Zusätzlich kann ein Drucksensor (Ladedrucksensor) an der stromabwärtigen Seite des Turboladers 20 in der Einlassleitung 11 vorgesehen sein und der Verdichterauslassdruck P2c kann direkt unter Verwendung des Drucksensors erfasst werden.

(2) In dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird der atmosphärische Druck Patm, der durch den Atmosphärendrucksensor 16 erfasst wird, als der Verdichtereinlassdruck P1c verwendet. Ein anderer Wert kann jedoch als der Verdichtereinlassdruck P1c verwendet werden. Wenn eine hohe Genauigkeit der Wellendrehzahl nicht erforderlich ist, kann ein stetiger Wert, wie beispielsweise ein Standardatmosphärischendruck (1013[hPa]) verwendet werden. In diesem Fall kann die Wellendrehzahl sogar in dem Maschinensteuersystem, das nicht den Atmosphärendrucksensor 16 hat, berechnet werden.

Andererseits kann der Druckverlust durch den Luftfilter 17, um die Wellendrehzahl genau zu erlangen, in Betracht gezogen werden. Das heißt, dass der atmosphärische Druck Patm, der durch den Atmosphärendrucksensor 16 erfasst ist, korrigiert werden kann, um den Druckverlust durch den Luftfilter 17 zu kompensieren, und das Ergebnis kann als der Verdichtereinlassdruck P1c verwendet werden.
Zusätzlich kann ein Drucksensor an der stromaufwärtigen Seite des Turboladers 20 in der Einlassleitung 11 vorgesehen sein und der Verdichtereinlassdruck P1c kann unter Verwendung des Drucksensors direkt erfasst werden.

(3) Hinsichtlich einer Einlassluft, die durch den elektrisch angetriebenen Turbolader 20 aufgeladen wird, ist die Einlassluft durch eine Steigerung ihrer Temperatur expandiert. Dementsprechend ist eine Luftdichte erhöht, was zu einem niedrigen Befüllwirkungsgrad führt. Als ein Ergebnis gibt es ein Maschinensteuersystem, das einen Zwischenkühler hat, der eine Einlassluft kühlt. In einem derartigen Fall wird eine Kühlwirkung durch den Zwischenkühler erzeugt, wogegen der Druckverlust verursacht wird. Somit kann ein Zwischenkühlermodell durch Erzeugen eines Modells des Zwischenkühlers vorgesehen werden und eine Verdichterauslasstemperatur kann unter Verwendung des Zwischenkühlermodells zusätzlich zu dem Drosselmodell an dem Einlassleitungsmodell berechnet werden. Dementsprechend kann in der Konfiguration, die den Zwischenkühler hat, der Verdichterauslassdruck P2c hinsichtlich eines Einflusses des Druckverlusts und der Kühlwirkung durch den Zwischenkühler erhalten werden.

Dementsprechend können der Druckverlust und die Kühlwirkung durch den Zwischenkühler im Voraus als ein Kennfeld bestimmt werden, wobei der Verdichterauslassdruck P2c unter Verwendung des Kennfelds in Verbindung mit dem Drosselkennfeld und dem Einlassleitungskennfeld berechnet werden kann.

(4) In dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird das Druckverhältnis (P2c/P1c) zwischen dem Verdichtereinlassdruck P1c und dem Verdichterauslassdruck P2c erlangt werden und die vorgegebene Beziehung zwischen dem Druckverhältnis und der Wellendrehzahl wird zum Erlangen der Drehzahl der Welle 23 verwendet. Alternativ kann zum Beispiel ein zweidimensionales Kennfeld, in dem der Verdichtereinlassdruck P1c und der Verdichterauslassdruck P2c sich auf die Wellendrehzahl durch Setzen der Parameter für den Verdichtereinlassdruck P1 und den Verdichterauslassdruck P2c beziehen, im Voraus vorgesehen werden. Die Wellendrehzahl kann unter Verwendung des zweidimensionalen Kennfelds erlangt werden. In diesem Fall ist die Wellendrehzahl ebenso im Wesentlichen auf das Druckverhältnis zwischen dem Verdichtereinlassdruck P1c und dem Verdichterauslassdruck P2c bezogen.
(5) In dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird die Wellendrehzahl berechnet, um den Induktionsmotor 25 anzutreiben. Die Wellendrehzahl kann jedoch zu anderen Zwecken verwendet werden.

In dem Fall einer Fehlfunktion des Turboladers 20 wird erwartet, dass die Drehung der Welle 2 in einem anormalen Zustand ist (z. B. einem stationären Zustand oder bei einer anormalen Hochgeschwindigkeitsdrehung). Somit kann die berechnete Wellendrehzahl zum Bestimmen verwendet werden, ob der Turbolader 20 in dem anormalen Zustand ist.
Ferner kann in einer Konfiguration, die einen Umgehungsdurchgang zum Umgehen des Turbinenrads 22 und ein Bypassventil (d. h. ein Wastegateventil) hat, das den Umgehungsdurchgang öffnen und schließen kann, die Wellendrehzahl für den nachstehenden Zweck verwendet werden. In dieser Konfiguration muss, wenn eine Abgasleistung steigt, ein übermäßiges Aufladen des Turboladers 20 vermieden werden. Zu diesem Zweck wird im Allgemeinen das Umgehungsventil geöffnet, wenn der Einlassdruck, der durch den vorhandenen Einlassdrucksensor 14 erfasst wird, gleich oder höher als ein vorgegebener Wert ist, um der Abgasenergie zu erlauben, zu entweichen, wodurch das Aufladen durch den Turbolader 20 beschränkt wird. Da eine Aufladewirkung des Turboladers 20 ebenso von der Wellendrehzahl abhängt, kann die Wellendrehzahl als eine Bedingung zum Öffnen des Umgehungsventils verwendet werden.
Zusätzlich kann, wenn die Abgasleistung einen Überschuss hat (z. B. in einem Hochdrehzahlbereich oder wenn das Fahrzeug verzögert), eine regenerative Leistungsgenerierung durch den Induktionsmotor 25 ausgeführt werden. Da eine maximale elektrische Leistung, die durch den Induktionsmotor 25 generiert werden kann, von der Wellendrehzahl abhängt, kann die Wellendrehzahl verwendet werden, wenn eine Soll-Erzeugung an elektrischer Energie bestimmt ist.
Zusätzliche Vorteile und Modifikationen kommen dem Fachmann leicht in den Sinn. Die Erfindung in ihrer breiteren Bedeutung ist daher nicht auf die spezifischen Einzelheiten, die repräsentative Vorrichtung und die veranschaulichenden Beispiele beschränkt, die gezeigt und beschrieben sind.
Eine Steuervorrichtung ist für eine Brennkraftmaschine (10), die einen Turbolader (20) hat, der ein Turbinenlaufrad (22), das durch eine Abgasleistung gedreht wird, ein Verdichterlaufrad (21) und eine Drehwelle (23), die das Verdichterlaufrad (21) und das Turbinenrad (22) verbindet, aufweist. Ein Aufladen wird durch Verdichten von Einlassluft durch Drehen des Verdichterlaufrads (21) ausgeführt. Die Steuervorrichtung hat eine Einlass- und eine Auslassdruckerlangungsvorrichtung (30), die einen Einlassdruck (P1c) bzw. einen Auslassdruck (P2c) des Verdichterlaufrads (21) erlangt, eine Speichervorrichtung (30), die eine Korrelation zwischen einer Drehzahl der Drehwelle (23) und einem Druckverhältnis (P2c/P1c) speichert, und eine Drehzahlerlangungsvorrichtung (30), die die Drehzahl aus dem Einlassdruck (P1c) und dem Auslassdruck (P2c) und der Korrelation erlangt.

Claims

Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine (10), die einen Turbolader (20) hat, der ein Turbinenrad (22), ein Verdichterlaufrad (21) und eine Drehwelle (23), die das Verdichterlaufrad (21) und das Turbinenrad (22) verbindet, aufweist, wobei das Turbinenrad (22) durch eine Abgasenergie gedreht wird, und wobei der Turbolader (20) als ein Ergebnis eines Drehens des Verdichterlaufrads (21) ein Aufladen durch Verdichten von Einlassluft ausführt, wobei die Steuervorrichtung: eine Einlassdruckerlangungseinrichtung (30) zum Erlangen eines Einlassdrucks (P1c) von Einlassluft an einem Einlass des Verdichterlaufrads (21); eine Auslassdruckerlangungseinrichtung (30) zum Erlangen eines Auslassdrucks (P2c) von Einlassluft an einem Auslass des Verdichterlaufrads (21); eine Speichereinrichtung (30) zum Speichern einer Korrelation zwischen einer Drehzahl der Drehwelle (23) und eines Druckverhältnisses (P2c/P1c) zwischen dem Einlassdruck (P1c) und dem Auslassdruck (P2c); und eine Drehzahlerlangungseinrichtung (30) zum Erlangen der Drehzahl auf der Grundlage des Einlassdrucks (P1c), des Auslassdrucks (P2c) und der Korrelation hat.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Brennkraftmaschine (10) einen Atmosphärendrucksensor (16) zum Erfassen eines atmosphärischen Drucks (Patm) hat und die Einlassdruckerlangungseinrichtung (30) den Einlassdruck (P1c) bei dem atmosphärischen Druck (Patm) setzt.
Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine (10), die einen Turbolader (20) hat, der ein Turbinenrad (22), ein Verdichterlaufrad (21) und eine Drehwelle (23) hat, die das Verdichterlaufrad (21) und das Turbinenrad (22) verbindet, wobei das Turbinenrad (22) durch eine Abgasenergie gedreht wird und der Turbolader (20) ein Aufladen durch Verdichten von Einlassluft als ein Ergebnis eines Drehens des Verdichterlaufrads (21) ausführt, wobei die Steuervorrichtung: eine Auslassdruckerlangungseinrichtung (30) zum Erlangen eines Auslassdrucks (P2c) von Einlassluft an einem Auslass des Verdichterlaufrads (21); eine Speichereinrichtung (30) zum Speichern einer Korrelation zwischen einer Drehzahl der Drehwelle (23) und dem Auslassdruck (P2c); und eine Drehzahlerlangungseinrichtung (30) zum Erlangen der Drehzahl auf der Grundlage des Auslassdrucks (P2c) und der Korrelation hat.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Turbolader (20) einen Induktionsmotor (25) hat, der eine Drehung der Drehwelle (23) des Turboladers (20) unterstützt, wobei die Steuervorrichtung ferner eine Steuereinrichtung (40) zum Steuern des Induktionsmotors (25) unter Verwendung der Drehzahl der Drehwelle (23) hat, die durch die Drehzahlerlangungseinrichtung (30) erlangt ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: die Brennkraftmaschine (10) ein Drosselventil (13) zum Regulieren einer Einlassluftmenge an einer stromabwärtigen Seite des Verdichterlaufrads (21) in eine Richtung einer Einlassluft in einer Einlassleitung (11) der Brennkraftmaschine (10) und einen Einlassdrucksensor (14) zum Erfassen eines Drucks (Pim) einer Einlassluft an einer stromabwärtigen Seite des Drosselventils (13) in die Richtung einer Einlassluft hat; und die Auslassdruckerlangungseinrichtung (30) den Auslassdruck (P2c) von dem Druck (Pim) der Einlassluft auf der Grundlage einer vorgegebenen Druckänderung einer Einlassluft in der Einlassleitung (11) berechnet.
Steuervorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Auslassdruckerlangungseinrichtung (30) eine Berechnungseinrichtung eines Luftstroms, der durch eine Drossel gelangt, zum Berechnen eines Stroms (dm_thr/dt) von Einlassluft, die durch das Drosselventil (13) strömt, auf der Grundlage des Drucks (Pim) der Einlassluft, einer Menge (dm_e/dt) einer Einlassluft der Brennkraftmaschine (10) und einer Temperatur (T) einer Einlassluft und eine Auslassdruckberechnungseinrichtung zum Berechnen des Auslassdrucks (P2c) auf der Grundlage des Stroms (dm_thr/dt) der Einlassluft, einer Öffnungsfläche (A_thr) des Drosselventils (13), des Drucks (Pim) der Einlassluft und der Temperatur (T) der Einlassluft hat.