DE102015211808B4

DE102015211808B4 - Steuervorrichtung für Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102015211808B4
Application number: DE102015211808.8A
Authority: DE
Inventors: Hideki Hagari
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2015-06-25
Publication date: 2021-06-10
Anticipated expiration: 2035-06-26
Also published as: CN105201674B; JP2016008564A; US9587571B2; US20150377156A1; JP5888709B2; CN105201674A; DE102015211808A1

Abstract

Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, umfassend:ein Drosselventil (4), angeordnet in einem Ansaugsystem (2) der Verbrennungskraftmaschine (1);einen Supercharger (36) mit einem Kompressor (31), angeordnet in dem Ansaugsystem (2), stromaufwärts des Drosselventils (4);eine Drossel-Stromaufwärtsdruck-Steuereinheit (100), konfiguriert zum Steuern eines Antriebszustands des Superchargers (36), wodurch ein stromaufwärtsseitiger Drosseldruck gesteuert wird, wobei es sich um einen Druck in einem supergeladenen Abschnitt (b, c) stromabwärts des Kompressors (31) und stromaufwärts des Drosselventils (4) handelt;eine Ansaugluftmengen-Detektionseinheit (12), angeordnet stromaufwärts des Kompressors (31), und konfiguriert zum Detektieren einer Ansaugluftmenge;eine Ansaugkrümmer-Druckdetektionseinheit (15), konfiguriert zum Detektieren eines Drucks in einem Ansaugkrümmerabschnitt (d) stromabwärts des Drosselventils (4) als ein Ansaugkrümmerdruck;eine Ansaugkrümmer-Temperatur-Detektionseinheit (16), konfiguriert um eine Temperatur in einem Ansaugkrümmerabschnitt (d) als eine Ansaugkrümmertemperatur zu erfassen; undeine Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzeinheit (100), konfiguriert zum Berechnen der Dichte des Ansaugkrümmerabschnitts als eine Ansaugkrümmerdichte anhand des Ansaugkrümmerdrucks und der Ansaugkrümmertemperatur, und zum Berechnen einer mittleren Dichte in einem Bereich (b, c, d), der den supergeladenen Abschnitt (b, c) und den Ansaugkrümmerabschnitt (d) miteinander kombiniert, basierend auf der Ansaugluftmenge, einer vorhergehenden mittleren Dichte und der Ansaugkrümmerdichte und zum Schätzen des stromaufwärtsseitigen Drosseldrucks auf Grundlage des Ansaugkrümmerdrucks und der mittleren Dichte, um den geschätzten stromaufwärtsseitigen Drosseldruck als einen Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzwert auszugeben.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, und insbesondere eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine zum Schätzen eines stromaufwärtsseitigen (engl. upstream) Drosseldrucks, wobei es sich um einen Druck zwischen einem Kompressor und einer Drossel in einer Verbrennungskraftmaschine handelt, die mit einem Supercharger ausgestattet ist.
Beschreibung des Standes der Technik
Es ist bisher ein Steuersystem für eine mit einem Supercharger ausgestattete Verbrennungskraftmaschine (im Folgenden als „Kraftmaschine“ bezeichnet) bekannt, um eine Ausgabe bzw. Leistung der Kraftmaschine zu erhöhen. Bekannte Beispiele des Superchargers sind ein Turbocharger (im Folgenden auch als „T/C“ bezeichnet), bei dem ein Kompressor, der durch eine Hochgeschwindigkeitsrotation einer Turbine angetrieben wird, die durch Energie rotiert, die in einem Abgas enthalten ist, in einem Ansaug-beziehungsweise Einlasssystem der Kraftmaschine installiert ist, sowie einen mechanischen Supercharger (im Folgenden auch als „S/C“ bezeichnet), bei dem ein Kompressor, der über einen Riemen durch eine Kurbelwelle angetrieben wird, in dem Ansaug-beziehungsweise Einlasssystem der Kraftmaschine installiert ist.
Als ein Verfahren zum Detektieren einer Ansaugluftmenge in dem Kraftmaschinensteuersystem ist darüber hinaus bisher ein Verfahren (im Folgenden als „AFS-Verfahren“ bezeichnet) zum Detektieren der Ansaugluftmenge unter Verwendung eines Luftflusssensors (im Folgenden als „AFS“ bezeichnet) bekannt, sowie ein sogenanntes Geschwindigkeitsdichtverfahren (im Folgenden als „S/D-Verfahren“ bezeichnet) zum Schätzen der Ansaugluftmenge basierend auf einem Druck in einem Ansaugkrümmer (im Folgenden als „Ansaugkrümmerdruck“ bezeichnet). Das AFS-Verfahren misst direkt eine Luftflussrate (im Folgenden als „AFS-Ansaugluftmenge“ bezeichnet), die durch einen installierten Abschnitt des AFS (im Folgenden als „AFS-Abschnitt“ bezeichnet) geführt wird. Eine Luftflussrate (im Folgenden als „Zylinder-Ansaugluftmenge“ bezeichnet), die in einem Zylinder in einem stationären Zustandsbetrieb aufgenommen wird, ist nahezu gleich zu der AFS-Ansaugluftmenge. Das AFS-Verfahren weist daher ein solches Merkmal auf, dass ein Berechnungsfehler der Zylinder-Ansaugluftmenge im stationären Zustandsbetrieb verglichen mit dem S/D-Verfahren relativ gering ist. Ein Abstand von dem AFS-Abschnitt zu dem Zylinder ist in dem Steuersystem für eine mit einem Supercharger ausgestattete Kraftmaschine jedoch lang, und eine Ansprechverzögerung und eine Dichteänderung müssen daher für diesen Abstand simuliert werden, um die Zylinder-Ansaugluftmenge zu berechnen. Es wird somit davon ausgegangen, dass eine Berechnungsgenauigkeit der Zylinder-Ansaugluftmenge in einem transienten Betrieb von einer Genauigkeit eines physikalischen Modells des Ansaug-beziehungsweise Einlasssystems zur Simulation der Ansprechverzögerung und der Dichteänderung anhängt. Ein physikalisches Modell des Ansaugsystems zur Behandlung dieses Problems wurde bisher vorgeschlagen (siehe zum Beispiel JP 2016- 8 564 A (im Folgenden als frühere Anmeldung 1 bezeichnet)) .
In einem Steuersystem für eine mit einem Turbocharger ausgestattete Kraftmaschine, wobei es sich um eine erste Ausführungsform der früheren Anmeldung 1 handelt, ist ein Verfahren offenbart, bei dem: ein Luftflusssensor als ein Flussratensensor verwendet wird; ein Atmosphärendrucksensor, ein stromaufwärtsseitiger Drosseldrucksensor und ein Ansaugkrümmer-Drucksensor als Drucksensoren verwendet werden; und eine Zylinder-Ansaugluftmenge und eine Drossel-Ansaugluftmenge auf Grundlage einer Information von diesen Sensoren berechnet werden. In einem Steuersystem für eine mit einem mechanischen Supercharger ausgestattete Kraftmaschine, wobei es sich um eine zweite Ausführungsform der früheren Anmeldung 1 handelt, ist ein Verfahren offenbart, bei dem: ein Luftflusssensor als ein Flussratensensor verwendet wird; ein Atmosphärendrucksensor, ein S/C-Stromaufwärtsdrucksensor, und ein Ansaugkrümmer-Drucksensor als Drucksensoren verwendet werden; und die Zylinder-Ansaugluftmenge auf Grundlage einer Information von diesen Sensoren berechnet wird. Es gibt jedoch ein Problem darin, dass die Verwendung einer derartig großen Anzahl von Sensoren zu einem Anstieg der Kosten führt. Als ein Verfahren zum Schätzen einer physikalischen Größe ohne die Verwendung irgendeines Sensors oder zum Beispiel ein Verfahren zum Schätzen des Atmosphärendrucks in einem Steuersystem für eine Kraftmaschine ohne einen Supercharger vorgeschlagen (im Folgenden als „N/A-System“ bezeichnet) (siehe zum Beispiel JP 2015-151874 A (im Folgenden als frühere Anmeldung 2 bezeichnet)).
In der früheren Anmeldung 2 ist zur genauen Realisierung einer sogenannten Drehmoment-basierten Steuerung in dem N/A-System ein Verfahren zum genauen Schätzen des Atmosphärendrucks in einem breiten Betriebsbereich offenbart, während eine Drossel-Öffnungsgrad-Lernsteuerung zum Absorbieren einer Maschinendifferenzdispersion einer Drossel ausgeführt wird, wodurch die Ansaugluftmenge durch ein Durchführen einer Drosselsteuerung genau gesteuert wird, während der Atmosphärendrucksensor weggelassen wird.
Das Steuersystem für eine mit einem mechanischen Supercharger ausgestattete Kraftmaschine, wobei es sich um die zweite Ausführungsform der früheren Anmeldung 1 handelt, ist, wie oben erläutert, derart konfiguriert, dass der Luftflusssensor als der Flussratensensor verwendet wird, der Atmosphärendrucksensor, der S/C-Stromaufwärtsdrucksensor und der Ansaugkrümmer-Drucksensor als die Drucksensoren verwendet werden, und die Zylinder-Ansaugluftmenge auf Grundlage der Information dieser Sensoren berechnet wird, und daher muss eine große Anzahl von Sensoren verwendet werden, was zu einem Problem führt, das darin besteht, dass die Kosten ansteigen.
Es ist vorstellbar, das Verfahren der früheren Anmeldung 2 anzuwenden, um den Atmosphärendrucksensor in dem Fall zu eliminieren, bei dem der Druck der Stromaufwärtsseite der Drossel der Atmosphärendruck ist, wie in der zweiten Ausführungsform der früheren Anmeldung 1. Der Druck an der Stromaufwärtsseite der Drossel ist jedoch nicht der Atmosphärendruck in der ersten Ausführungsform der früheren Anmeldung 1, und der Atmosphärendruck kann nicht geschätzt werden. Selbst dann, wenn in diesem Fall ein Versuch unternommen wird, den stromabwärtsseitigen Drosseldruck zu schätzen, ändert sich der stromaufwärtsseitige Drosseldruck signifikant in Abhängigkeit von dem Betriebszustand, und es wird somit davon ausgegangen, dass es für das Verfahren der früheren Anmeldung 2 allein schwierig ist, der Geschwindigkeit der Änderung zu folgen, was zu einem Problem führt, das darin besteht, dass der stromaufwärtsseitige Drosseldruck nicht genau geschätzt werden kann.
Aus der DE 10 2013 204 684 A1 geht eine Schätzvorrichtung zu der Einlass-Luftmenge und einer internen AGR-Rate in einem Verbrennungsmotor hervor. Hierbei wird ein Volumetrikeffizienz-Entsprechungswert und eine interne AGR-Rate basierend auf einer Abgaseffizienz, die eine lineare Funktion des internen Einlassrohrdrucks ist, berechnet.
Schließlich betrifft die DE 10 2012 223 772 A1 eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren zum Steuern desselben, bei denen ein Ziel-Drosselventil-Upstream-Druck auf Grundlage einer Ziel-Ladeeffizienz und einer Rotationsgeschwindigkeit berechnet wird. Eine Auslassgas-Flussrate wird auf Grundlage eines Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses und einer Einlassluftflussrate berechnet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung erfolgte angesichts der oben erwähnten Probleme, und es ist somit eine Aufgabe, eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, die in der Lage ist, einen stromaufwärtsseitigen Drosseldruck zwischen einem Kompressor und einem Drosselventil in einer mit ein Supercharger ausgestatteten Verbrennungskraftmaschine genau abzuschätzen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt, die umfasst: ein Drosselventil, das angeordnet ist in einem Ansaugsystem der Verbrennungskraftmaschine; eine Drosselöffnungsgrad-Detektionseinheit, die konfiguriert ist zum Detektieren eines Öffnungsgrads des Drosselventils; einen Supercharger mit einem Kompressor, angeordnet in dem Ansaugsystem stromaufwärts des Drosselventils; eine Drossel-Stromaufwärtsdruck-Steuereinheit, die konfiguriert ist zum Steuern eines Antriebszustands des Superchargers, wodurch ein stromaufwärtsseitiger Drosseldruck gesteuert wird, wobei es sich um einen Druck in einem supergeladenen Abschnitt stromabwärts des Kompressors und stromaufwärts des Drosselventils handelt; eine Ansaugluftmengen-Detektionseinheit, angeordnet stromaufwärts des Kompressors und konfiguriert zum Detektieren einer Ansaugluftmenge; eine Ansaugkrümmerdruck-Detektionseinheit, konfiguriert zum Detektieren eines Drucks in einem Ansaugkrümmerabschnitt stromabwärts des Drosselventils als ein Ansaugkrümmerdruck; eine Zylinder-Ansaugluftmengen-Berechnungseinheit, die konfiguriert ist zum Berechnen einer Zylinder-Ansaugluftmenge, die von dem Ansaugkrümmerabschnitt in einen Zylinder aufgenommen wird, basierend auf dem Ansaugkrümmerdruck; und eine Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzeinheit, konfiguriert zum Berechnen einer mittleren Dichte in einem Bereich, der den supergeladenen Abschnitt und den Ansaugkrümmerabschnitt miteinander kombiniert, basierend auf der Ansaugluftmenge, und zum Schätzen des stromaufwärtsseitigen Drosseldrucks basierend auf dem Ansaugkrümmerdruck und der mittleren Dichte, um den geschätzten stromaufwärtsseitigen Drosseldruck als einen Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzwert auszugeben.
Die Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzeinheit, die konfiguriert ist zum Berechnen der mittleren Dichte in dem Bereich, der den supergeladenen Abschnitt und den Ansaugkrümmerabschnitt miteinander kombiniert, basierend auf der Ansaugluftmenge und der Zylinder-Ansaugluftmenge, und schätzt den stromaufwärtsseitigen Drosseldruck auf Grundlage des Ansaugkrümmerdrucks und der mittleren Dichte, um den geschätzten stromaufwärtsseitigen Drosseldruck als den Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzwert auszugeben. Der stromaufwärtsseitige Drosseldruck zwischen dem Kompressor und dem Drosselventil kann somit genau abgeschätzt werden, selbst in einem Verbrennungskraftmaschinensystem ohne den stromaufwärtsseitigen Drosseldrucksensor.
Figurenliste

1 ist ein Konfigurationsdiagramm zur Darstellung einer Übersicht eines Steuersystems für eine mit einem Turbocharger ausgestattete Kraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Steuerblockdiagramm zur Darstellung einer Übersicht einer Steuerung durch das Steuersystem für eine mit einem Turbocharger ausgestattete Kraftmaschine gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Diagramm zur schematischen Darstellung von Zustandsänderungen von Luft in jeweiligen Bereichen und Sensoren zum Detektieren der Zustandsänderungen in dem Steuersystem für eine mit einem Turbocharger ausgestattete Kraftmaschine gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Steuerblockdiagramm zum Berechnen eines virtuellen Ansaugkrümmervolumens gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Steuerblockdiagramm zum Berechnen einer Zylinder-Ansaugluftmenge gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Steuerblockdiagramm zum Berechnen einer Drossel-Ansaugluftmenge gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Steuerblockdiagramm zum Berechnen eines Schätzwerts (geschätzter P2) eines stromaufwärtsseitigen Drosseldrucks gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein Steuerblockdiagramm zum Berechnen eines korrigierten P2 und eines korrigierten pave gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung einer gesamten P2-Korrekturverarbeitung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist ein Flussdiagramm zum Berechnen einer Dispersion eines Drossel-Öffnungsgradfehlers gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen einer effektiven Öffnungsfläche und einem Drosselöffnungsgrad gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Lernbereichs der Beziehung zwischen der effektiven Öffnungsfläche und dem Drosselöffnungsgrad gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13 ist ein Steuerblockdiagramm zum Berechnen eines Drosselöffnungsgrad-Lernwerts gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14 ist ein Steuerblockdiagramm zum Speichern eines Langzeit-Lernwerts gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Verfahrens zum Berechnen eines Drosselöffnungsgrad-Basislernwerts gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
16 ist ein Diagramm zur Darstellung möglicher Beziehungen zwischen der effektiven Öffnungsfläche und dem Drosselöffnungsgrad gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
17 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Verarbeitung zum Speichern des Langzeit-Lernwerts gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
18 ist ein Diagramm zur Darstellung einer monotonischen Erhöhungsverarbeitung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
19 ist ein Diagramm zur Darstellung des Ausdrucks 27 in einem Bereich von 1,0 ≤ x ≤ 2,4 und einer linearen Approximationslinie.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Erste Ausführungsform
Eine exemplarische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen werden die gleichen oder entsprechenden Pfeile oder Elemente durch die gleichen Bezugssymbole für die Beschreibung bezeichnet. Eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung führt ein präzises Schätzen eines stromaufwärtsseitigen (engl. upstream) Drosseldrucks zwischen einem Kompressor und einer Drossel in einem Steuersystem für eine mit einem Supercharger ausgestattete Kraftmaschine durch, um eine Verbrennungskraftmaschine zu steuern. In der folgenden Ausführungsform wird ein Kraftmaschinensteuersystem erläutert, das beispielsweise einen Turbocharger als einen Supercharger verwendet.
1 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Übersicht eines Konfigurators eines Steuersystems für eine mit einem Turbocharger ausgestattete Kraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Kurbelwinkelsensor 11 zum Erzeugen eines elektrischen Signals entsprechend einer Rotation einer Kurbelwelle ist gemäß 1 an einer Kraftmaschine 1 angeordnet. Ein Ansaug- bzw. Einlassrohr 2 zum Ausbilden einer Ansaug- bzw. Einlasspassage und ein Abgasrohr 7 zum Ausbilden einer Abgaspassage sind darüber hinaus jeweils mit einem Zylinder 8 der Kraftmaschine 1 verbunden.
Ein Luftfilter 3 ist an dem stromaufwärtsseitigsten Abschnitt des Ansaugrohrs 2 angeordnet. Ein AFS 12 zum Erzeugen eines elektrischen Signals entsprechend einer Ansaugluft-Flussrate und ein Ansaugluft-Temperatursensor 13 zum Erzeugen eines elektrischen Signals entsprechend einer Ansauglufttemperatur in der Ansaugpassage sind integral oder separat an einer Stromabwärtsseite (engl. downstream side) des Luftfilters 3 bereitgestellt. 1 zeigt ein Beispiel, bei dem der AFS 12 und der Ansaugluft-Temperatursensor 13 integral ausgebildet sind.
Ein Abgas-Reinigungskatalysator 22 ist an dem stromabwärtsseitigsten Abschnitt des Abgasrohres 7 bereitgestellt. Ein Luft-zu-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 23 zum Erzeugen eines elektrischen Signals entsprechend einem Verhältnis von Luft zu einem verbrannten Kraftstoff ist an einer Stromaufwärtsseite des Abgas-Reinigungskatalysators 22 bereitgestellt.
Darüber hinaus ist ein Superlader (Turbocharger) 36 mit einem Kompressor 31 und einer Turbine 32 in Ansaug-/Abgassystemen bereitgestellt, die durch das Ansaugrohr 2 und das Abgasrohr 7 ausgebildet sind. Die Turbine 32 ist in dem Abgasrohr an der Stromaufwärtsseite des Abgas-Reinigungskatalysators 22 bereitgestellt, und ist konfiguriert, durch ein Abgas, das durch das Abgasrohr 7 fließt, rotierend angetrieben zu werden. Der Kompressor 31 ist in dem Ansaugrohr 2 an einer Stromabwärtsseite des AFS 12 bereitgestellt. Der Kompressor 31 ist konfiguriert, durch eine Rotation der Turbine 32 rotationsförmig angetrieben zu werden, wodurch die Luft in der Ansaugpassage komprimiert wird.
Ein Luftbypassventil (im Folgenden als „ABV“ (engl. air bypass valve) bezeichnet) 33 zum Umgehen der komprimierten Luftmenge zu dem Ansaugrohr 2 ist an einer Stromabwärtsseite des Kompressors 31 bereitgestellt, so dass verhindert wird, dass ein supergeladener Druck exzessiv ansteigt, hauptsächlich dann, wenn ein Beschleuniger freigegeben wird. Ein Zwischenkühler (im Folgenden als „I/C“ (engl. inter cooler) bezeichnet) 30 zum Kühlen der Luft, die durch eine adiabatische Komprimierung durch den Kompressor 31 erhitzt wird, ist an einer Stromabwärtsseite des ABV 33 bereitgestellt. Ein elektronisch gesteuertes Drosselventil 4 zum Anpassen einer Luftmenge, die zu der Kraftmaschine gesendet wird, ist an einer Stromabwärtsseite des I/C 30 bereitgestellt. Ein Drossel-Öffnungsgradsensor 14 ist mit dem Drosselventil 4 verbunden. Der Drossel-Öffnungsgradsensor 14 erzeugt ein elektrisches Signal entsprechend einem Öffnungsgrad des Drosselventils 4.
Ein Ansaugkrümmer (engl. intake manifold) 5 mit einem Ausgleichsbehälter zum Unterdrücken einer Ansaugluftpulsierung (engl. intake air pulsation) ist an einer Stromabwärtsseite des Drosselventils 4 bereitgestellt. Ein Ansaugkrümmer-Drucksensor 15 und ein Ansaugkrümmer-Temperatursensor 16 zum jeweiligen Erzeugen elektrischer Signale entsprechend einem Druck und einer Temperatur in einem Raum von dem Ausgleichsbehälter zu dem Ansaugkrümmer sind integral oder separat an dem Ansaugkrümmer 5 bereitgestellt. Es wird vermerkt, dass 1 ein Beispiel darstellt, bei dem der Ansaugkrümmer-Drucksensor 15 und der Ansaugkrümmer-Temperatursensor 16 integral ausgebildet sind.
Ein Einspritzventil 17 zum Einspritzen eines Kraftstoffs ist stromabwärts von dem Ansaugkrümmer 5 an der Seite der Kraftmaschine 1 bereitgestellt. Es wird vermerkt, dass das Einspritzventil 17 derart bereitgestellt werden kann, so dass der Kraftstoff direkt in den Zylinder 8 eingespritzt wird.
Eine Zündkerze 18 zum Zünden eines Verbrennungsgemisches, das erzeugt wird durch ein miteinander vermischen der Luft, die in die Kraftmaschine 1 gebracht wird, und des Kraftstoffs, der von dem Einspritzventil 17 eingespritzt wird, und eine Zündspule 19 zum Liefern eines Stromes zum Zünden eines Zündfunkens an der Zündkerze 18 sind an dem Zylinder 8 bereitgestellt. Ein Ansaugventil 20 zum Anpassen einer Luftmenge, die von der Ansaugpassage in den Zylinder 8 eingebracht wird, und ein Abgasventil 21 zum Anpassen einer Luftmenge, die von dem Zylinder 8 an die Abgaspassage der Verbrennungskraftmaschine abgegeben wird, sind darüber hinaus bereitgestellt. Es wird vermerkt, dass ein variabler Ventilzeitsteuermechanismus (im Folgenden als „VVT“ (engl. variable valve timing mechanism) bezeichnet) zum Variieren von Zeitpunkten einer Öffnung/Schließung eines Ventils oder ein variabler Ventilhebelmechanismus (im Folgenden als „VVL“ (engl. variable valve lift mechanism) bezeichnet) zum Variieren einer Hebelgröße des Ventils an beiden oder einer jeweiligen Nockenwellen für das Ansaugventil 20 und dem Abgasventil 21 bereitgestellt werden können.
Ein Waste-Gate-Ventil 34 zum Umgehen des Abgases in eine Abgasbypasspassage, um die Kraftmaschine nicht zu beschädigen, selbst dann, wenn der Superladungsdruck bei einer hohen Rotation/Last ansteigt, ist an einer Stromabwärtsseite des Abgasventils 21 und einer Stromaufwärtsseite der Turbine 32 bereitgestellt. Mittel zum Ansteuern des Waste-Gate-Ventils 34 enthalten ein druckartiges Steuern eines Drucks, der an einem Diaphragma anliegt, oder ein elektrisches oder direktes Steuern des Ventilöffnungsgrades. Im Allgemeinen kann der Drucktyp das Waste-Gate-Ventil 34 nur dann ansteuern, wenn der Superladedruck bis zu einem bestimmten Grad ansteigt. Der elektrische Typ, der dieser Beschränkung nicht unterliegt, kann jedoch das Waste-Gate-Ventil 34 unter einem beliebigen Betriebszustand ansteuern, und weist ein derartiges Merkmal auf, dass ein steuerbarer Bereich für einen stromaufwärtsseitigen Drosseldruck, wobei es sich um einen Druck zwischen dem Kompressor 31 und dem Drosselventil 4 handelt, breit ist. In dieser Ausführungsform ist das Waste-Gate-Ventil 34 vom elektrischen Typ, das gleiche Verfahren kann jedoch vollständig angewendet werden, wenn dafür der Drucktyp verwendet wird.
2 ist ein Steuerblockdiagramm zur Darstellung einer Übersicht einer Konfiguration eines Steuersystems für eine mit einem Turbocharger ausgestattete Kraftmaschine gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 2 ist eine elektronische Steuereinheit (im Folgenden als „ECU“ (engl. electronic control unit) bezeichnet) 100 im Wesentlichen durch einen Mikrocomputer ausgebildet, der eine CPU, einen ROM und einen RAM enthält, wie bekannt ist. Die ECU 100 führt verschiedene Steuerprogramme aus, die in dem ROM gespeichert sind, um verschiedene Arten der Steuerung für die Kraftmaschine 1 auf Grundlage des Betriebszustands der Kraftmaschine 1 zu diesem Zeitpunkt ausführen. mit anderen Worten gibt die ECU 100 Detektionssignale von den verschiedenen Sensoren ein, berechnet einen Viel-Drosselöffnungsgrad, eine Kraftstoffeinspritzgröße, einen Zündzeitpunkt und dergleichen auf Grundlage der Signale, und gibt Signale zum Ansteuern des Drosselventils, des Einspritzventils, der Zündspule und dergleichen aus.
Die elektrischen Signale von dem Drossel-Öffnungsradsensor 14, dem Kugelwinkelsensor 11, dem AFS 12, dem Ansaugluft-Temperatursensor 13, dem Ansaugkrümmer-Drucksensor 15 und dem Ansaugkrümmer-Temperatursensor 16 werden insbesondere in die ECU 100 eingegeben. Signale eines Gaspedal-Öffnungsgradsensor 40 (in 1 nicht gezeigt) und eines Atmosphärendrucksensors 9 (in 1 nicht gezeigt) werden ebenso in die ECU 100 eingegeben. Der Gaspedal-Öffnungsgradsensor 40 erzeugt ein elektrisches Signal entsprechend einer Betriebsgröße eines Beschleunigers beziehungsweise Gaspedals. Das Beschleuniger- beziehungsweise Gaspedal ist an dem Fuß eines Fahrersitzes angeordnet. Der Atmosphärendrucksensor 9 erzeugt ein elektrisches Signal entsprechend dem Atmosphärendruck. Der Atmosphärendrucksensor 9 kann in einer Umgebung des Luftfilters 3 gemäß 1 angeordnet werden, oder ist an einem Schaltungsboard der ECU 100 angeordnet. Elektrische Signale werden ebenso in die ECU 100 von Sensoren außer den oben beschriebenen Sensoren eingegeben. Die anderen Sensoren, die in 2 dargestellt sind, sind der Luft-zu-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 23, ein Klopfsensor (nicht gezeigt) zum Detektieren, zum Beispiel einer Vibration eines Zylinderblocks der Kraftmaschine 1, ein Wassertemperatursensor (nicht gezeigt) zum Detektieren einer Kühlmitteltemperatur einer Kraftmaschine 1, und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (nicht gezeigt) zum Detektieren einer Fahrzeuggeschwindigkeit.
Das Drosselventil 4, das Einspritzventil 17, die Zündspule 19, das ABV 33, das Waste-Gate-Ventil 34 sind darüber hinaus mit einer Ausgabeseite der ECU 100 verbunden. Aktuatoren außer der oben beschriebenen Aktuatoren sind darüber hinaus mit der ECU 100 verbunden. Die anderen Aktuatoren enthalten, zum Beispiel Aktuatoren zum Ansteuern des VVT, angeordnet an dem Ansaugventil 20 oder dem Abgasventil 21.
Die ECU 100 berechnet ein Ziel-Ausgabedrehmoment TRQt, das angefordert wird durch den Fahrer, aus einer Kraftmaschinenrotationsgeschwindigkeit Ne, die berechnet wird auf Grundlage eines Kurbelwinkels im Fluss von dem Kurbelwinkelsensor 11 und einen Beschleuniger-beziehungsweise Gaspedalöffnungsgrad AP der berechnet wird auf Grundlage des Beschleuniger- beziehungsweise Gaspedals-Öffnungsgradsensors 40. Die ECU 100 berechnet darüber hinaus eine Ziel-Drossel-Ansaugluftmenge Qtht, die erforderlich ist um das Ziel-Ausgabedrehmoment TRQt zu erreichen, und berechnet einen Ziel-Drosselöffnungsgrad TPt, der erforderlich ist um die Ziel-Drossel-Ansaugluftmenge Qtht zu erreichen. Das Drosselventil 4 wird auf Grundlage des Ziel-Drosselöffnungsgrades TPt angesteuert. Die ECU 100 verwendet darüber hinaus den Drosselöffnungsgrad TP aus dem Drossel-Öffnungsgrad 14, um dadurch eine Feedback-Steuerung durchzuführen, um den Ziel-Drosselöffnungsgrad TPt präzise zu erreichen.
Die ECU 100 verwendet ein physikalisches Modell des später beschriebenen Ansaugsystems, um einen stromaufwärtsseitigen Drosseldruck P2 zu berechnen, wobei es sich um einen Druck zwischen dem Kompressor 31 und dem Drosselventil 4 handelt, sowie eine Zylinder-Ansaugluftmenge Qc, die in den Zylinder 8 eintritt, und eine Drossel-Ansaugluftmenge Qta, die das Drosselventil 4 passiert, auf Grundlage der Kraftmaschinenrotationsgeschwindigkeit Ne, einer AFS-Ansaugluftmenge Qa von dem AFS 12, einer Ansauglufttemperatur Ta aus dem Ansaugluft-Temperatursensor 13, einem Ansaugkrümmerdruck Pb von dem Ansaugkrümmer-Drucksensor 15, einer Ansaugkrümmertemperatur Tb von dem Ansaugkrümmer-Temperatursensor 16, und einem Atmosphärendruck Pa von dem Atmosphärendrucksensor 9. Auf Grundlage der berechneten Zylinder-Ansaugluftmenge Qc wird darüber hinaus das Einspritzventil 17 derart angesteuert, so dass eine Kraftstoffeinspritzgröße Qf erreicht wird, die ein Ziel-zuLuft-Kraftstoff-Verhältnis zur Bereitstellung geeignete Abgase und einer Abgastemperatur realisiert, und darüber hinaus wird die Zündspule 19 derart angesteuert, um einen geeigneten Zündzeitpunkt IG zu realisieren, mit dem verhindert wird, dass anormale Verbrennungen, wie zum Beispiel ein Klopfen, auftreten. Es wird vermerkt, dass eine Feedback-Steuerung auf Grundlage des Ziel-Luft-zu-Kraftstoff-Verhältnisses zu dem Ausgabewert des Luft-zu-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 23 zum Berechnen der Kraftstoffeinspritzgröße Qs in der PCU 100 durchgeführt wird.
Eine Feedback-Steuerung für den Ziel-Drosselöffnungsgrad TPt wird darüber hinaus ebenso unter Verwendung der Drossel-Ansaugluftmenge Qth durchgeführt, um die Ziel-Drossel-Ansaugluftmenge Qtht, die oben beschrieben ist, präzise zu erreichen. Eine Steuerung für eine Kraftmaschinenausgabe wird darüber hinaus ebenso ausgeführt, was zum Beispiel eine Berechnung einer Kompressor-Antriebskraft Pc, offenbart in der JP 2013-224596 A , aus der AFS-Ansaugluftmenge Qa und dem stromaufwärtsseitigen Drosseldruck P2 beinhaltet, sowie ein Berechnen eines Ziel-Waste-Gate-Öffnungsgrades WG, um zu verhindern, dass der Ansaugsystemdruck und die Kraftmaschinenausgabe auf Grundlage der Kompressor-Antriebskraft Pc exzessiv ansteigen, wodurch das Waste-Gate-Ventil 34 angetrieben wird. Eine andere Steuerung wird darüber hinaus ebenso ausgeführt, die ein Berechnen eines AVB-Öffnungsgrades AB zum Ansteuern des ABV 33 beinhaltet, um zu verhindern, dass der stromaufwärtsseitige Drosseldruck P2 über eine nicht beabsichtigte Über-Superladung (engl. over supercharging) exzessiv ansteigt.
Im Folgenden wird das Verfahren zum Berechnen der Kompressor-Antriebskraft Pc kurz erläutert, das in der JP 2013-224596 A offenbart ist.
Zuerst wird eine Beschreibung eines Flusses in dem Kompressor 31 und der Turbine 32 gegeben. Zu diesem Anlass wird eine Ausgabe der Pt [W] der Turbine 32 und einer Antriebskraft Pc [W] des Kompressors 31 jeweils unter Verwendung von Ausdruck (100) berechnet, unter Berücksichtigung des Massenerhaltungsgesetzes, der Polytropen Änderung und adiabatische Effizienzen, wobei es sich um physikalische Gesetzte mit Bezug auf Luftzustände handelt.
Es wird vermerkt, dass Cp eine spezifische Wärme bei konstantem Druck ist [kJ/(kg-K)]; Wt eine Turbinenausgabe pro Einheitsflussrate [J] ist; Wc eine Arbeit durch den Kompressor ist [J]; κ ein spezifisches Wärmeverhältnis ist; Qt eine Massenflussrate der Turbine [g/s] ist; Qcmp eine Massenflussrate des Kompressors (Flussrate durch Kompressor) ist [g/s]; R die Gaskonstante ist [kJ/ (kg·K)] ist; ηt eine adiabatische Effizienz der Turbine ist; und ηc eine adiabatische Effizienz des Kompressors ist. Darüber hinaus stehen Indices 1 bis 4 für P: Druck [kPa] und T: absolute Temperatur [K] jeweils für 1: Lufteingang (Atmosphäre), 2: Zylindereingang (Einlass), 3: Zylinderausgang und 4: Abgasausgang. $\begin{array}{l} P_{t} = Q_{t} \cdot w_{t} \cdot η_{t} = Q_{t} \cdot c_{p} T_{3} \cdot η_{t} (1 - {(\frac{P_{4}}{P_{3}})}^{\frac{κ - 1}{κ}}) = Q_{t} \cdot η_{t} \cdot \frac{κ}{κ - 1} R T_{3} (1 - {(\frac{P_{4}}{P_{3}})}^{\frac{κ - 1}{κ}}) \\ P_{c} = \frac{Q_{c m p} \cdot w_{c}}{η_{c}} = Q_{c m p} \cdot \frac{c_{p} T_{1}}{η_{c}} ({(\frac{P_{2}}{P_{1}})}^{\frac{κ - 1}{κ}} - 1) = Q_{c m p} \cdot \frac{1}{η_{c}} \cdot \frac{κ}{κ - 1} R T_{1} ({(\frac{P_{2}}{P_{1}})}^{\frac{κ - 1}{κ}} - 1) (∵ c_{p} = \frac{κ}{κ - 1} R) \end{array}$
Darüber hinaus weisen die Turbine 32 und der Kompressor 31 eine derartige Charakteristik auf, dass die Flussrate und eine Turbinenrotationsgeschwindigkeit zu einem Ansteigen tendieren, wenn ein Druckverhältnis ansteigt, und ein Abgasdruck P3 wird daher als eine Funktion einer Abgasflussrate Qex betrachtet. Darüber hinaus wird geschätzt, dass die Abgasflussrate Qex und die Turbinenausgabe Pt in einer approximativen proportionalen Beziehung in einem normalen Betriebsbereich Pt einer approximativ-proportionalen Beziehung in einem normalen Betriebsbereichs des Turboladers für das Motorfahrzeug ist, und die Turbinenausgabe Pt wird daher als eine Funktion der Absagflussrate Qex betrachtet. Wie durch die Beziehung (101) gegeben, wird die Kompressor-Antriebskraft Pc daher ebenso als eine Funktion der Abgasflussrate Qex betrachtet. $Pc = Pt \cdot η m \propto Qex$
Eine Beziehung gemäß „durch den Kompressor gehende Flussrate Qcmp= Ansaugluftflussrate Qa“ ist hier in dem stationären Zustand gültig, und die Kompressor-Antriebskraft Pc kann auf Grundlage der Gleichung (102) unter Verwendung der Ansaugluftflussrate Qa und dem stromaufwärtsseitigen Drosseldruck P2 erfasst werden. $P_{c} = Q_{a} \cdot \frac{κ}{κ - 1} R T_{1} ({(\frac{p_{2}}{p_{1}})}^{\frac{κ - 1}{κ}} - 1)$
Gemäß dieser Ausführungsform wird die oben beschriebene Kraftmaschinensteuerung in der ECU 100 ausgeführt. Eine detaillierte Beschreibung erfolgt für Verfahren zum Berechnen des stromaufwärtsseitigen Drosseldrucks P2, wobei es sich um einen Druck zwischen dem Kompressor 31 und dem Drosselventil 4 handelt, sowie der Zylinder-Ansaugluftmenge Qc, die in den Zylinder 8 eintritt, und der Drossel-Ansaugluftmenge Qth, die durch das Drosselventil 4 hindurchtritt, auf Grundlage des physikalischen Modells des Ansaugsystems.
3 ist ein Diagramm zur schematischen Darstellung von Änderungen des Zustands (Druck, Temperatur und Dichte) der Luft in jeweiligen Bereichen des Steuersystems für eine Kraftmaschine, die ausgestattet ist mit einem Turbocharger und den Sensoren zum Detektieren der Zustandsänderungen gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 3 werden die folgenden Definitionen bereitgestellt (n: Hub- bzw. Taktzahl).

Qcmp (n): Durchschnittswert einer Kompressor-Ansaugluftmenge [g/s] über einen Hub
Qa(n): Durchschnittswert einer AFS-Ansaugluftmenge [g/s] über einen Hub
Qth (n): Durchschnittswert einer Drossel-Ansaugluftmenge [g/s] über einen Hub
Qc(n): Durchschnittswert einer Zylinder-Ansaugluftmenge [g/s] über einen Hub
ΔT(n): Zeit [s], die durch einen Hub eingenommen wird
V2u: I/C stromaufwärtsseitiges I/C-Volumen (Volumen von Kompressor zu I/C) [m³]
V2d: stromabwärtsseitiges I/C-Volumen (Volumen von I/C zum Drosselventil) [m³]
Vb: Ansaugkrümmervolumen (Volumen vom Drosselventil zum Ansaugventil) [m³]
Vc: Zylinderhubvolumen pro Zylinder [m³]
Pa(n): Durchschnittswert eines Atmosphärendrucks [kPa] über einen Hub
P2(n): stromaufwärtsseitiger Drosseldruck (Schätzwert) [kPa]
Pb(n): Durchschnittswert eines Ansaugkrümmerdrucks [kPa] über einen Hub
Ta(n) Durchschnittswert einer Ansauglufttemperatur [k] über einen Hub
T2u(n): Durchschnittswert einer stromaufwärtsseitigen I/C-Temperatur [K] über einen Hub
T2d(n): Durchschnittswert einer stromabwärtsseitigen I/C-Temperatur [K] über einen Hub
Tb(n): Durchschnittswert einer Ansaugkrümmertemperatur [K] über einen Hub
pa(n): Durchschnittswert einer Atmosphärendichte [g/m3] über einen Hub
p2u(n): Durchschnittswert einer stromabwärtsseitigen I/C-Dichte [g/m3] über einen Hub
p2d(n): Durchschnittswert einer stromabwärtsseitigen I/C-Dichte [g/m3] über einen Hub
pb(n): Durchschnittswert einer Ansaugkrümmerdichte [g/m3] über einen Hub

Da der stromaufwärtsseitige Drosseldruck nicht gemessen wird, erfolgt hier eine Beschreibung des physikalischen Modells des Ansaugsystems zum Berechnen der Zylinder-Ansaugluftmenge Qc, die in den Zylinder 8 eintritt, und der Drossel-Ansaugluftmenge Qta, die durch das Drosselventil 4 hindurchtritt, unter der Annahme, dass der Schätzwert des stromaufwärtsseitigen Drosseldrucks P2 bereits berechnet ist.
Im Folgenden werden die Zustandsänderungen gemäß 3 erläutert. Zuerst ist eine Stromaufwärtsseite (Bereich „a“) des Kompressors 31 gegenüber der Atmosphäre offen, und weist im Wesentlichen des Atmosphärendruck Pa (Sensor-gemessener Wert) und die Ansauglufttemperatur Ta (Sensor-gemessener Wert) auf. Ein Druckverlust durch den Luftfilter 3 und dergleichen sind im strengen Sinne vorstellbar, derartige Phänomene werden hier jedoch ignoriert. Die Luft wird durch eine reversible adiabatische Änderung in dem Kompressor 31 komprimiert. An der Stromabwärtsseite (Bereich „b“) des Kompressors 31 steigt daher der Druck und die Temperatur an und die Dichte steigt ebenso an. Wenn die Luft dann durch den I/C 30 hindurchtritt, wird dann, wenn ein Druckverlust ignoriert wird, nur die Temperatur verringert, wohingegen die Dichte an der Stromabwärtsseite (Bereich „c“) des I/C 30 ansteigt. Auf Grundlage dieser Betrachtung ist eine Zustandsänderung dann, wenn die Luft durch den I/C 30 hindurchtritt eine isobare Änderung, und die Drücke in den Bereichen „b“ und „c“ sind gleich dem stromaufwärtsseitigen Drosseldruck P2 (Schätzwert). Die Temperatur ist jedoch eine stromaufwärtsseitige I/C-Temperatur T2u in dem Bereich „b“ und eine stromabwärtsseitige I/C-Temperatur T2d in dem Bereich „c“. Wenn die Luft als nächstes durch das Drosselventil 4 hindurchtritt, wird die Luft gedrosselt und dann in dem Ansaugkrümmer 5 ausgedehnt und akkumuliert. Die Änderung von dem Zustand vor der Drossel zu dem Zustand nach der Drossel ist eine isothermische Änderung, und folglich wird nur der Druck verringert, und die Dichte nimmt ebenso ab. Es wird vermerkt, dass eine Wärme ebenso von der Kraftmaschinenseite empfangen wird, und die Temperatur daher leicht ansteigt. In einem Bereich „d“ ist der Druck folglich der Ansaugkrümmerdruck Pb (Sensor-gemessener Wert), und die Temperatur ist die Ansaugkrümmertemperatur Tb (Sensor-gemessener Wert).
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Berechnen der Dichte in jedem der Bereiche auf Grundlage der oben erwähnten Zustandsänderungen erläutert. Sowohl der Atmosphärendruck Pa als auch die Ansauglufttemperatur Ta in dem Bereich „a“ sind die Sensor-gemessenen Werte, und die atmosphärische Dichte pa, wobei es sich um die Dichte in dem Bereich „a“ handelt, kann auf Grundlage einer Zustandsgleichung, die durch die Gleichung(1) gegeben ist, berechnet werden. In der Gleichung (1) ist R die Gaskonstante. $P_{a} = ρ_{a} \cdot R \cdot T_{a} ∴ ρ_{a} = \frac{P_{a}}{R \cdot T_{a}}$
Bezugnehmend auf das Verfahren zur Berechnen der Dichte p2u in dem Bereich „b“ wurde dann die stromaufwärtsseitige I/C-Temperatur T2u, wobei es sich um die Temperatur in dem Bereich „b“ handelt, nicht gemessen, und die Zustandsgleichung kann nicht für die Berechnung in diesem Zustand verwendet werden. Eine Änderung von einem Zustand vor dem Kompressor 31 in einen Zustand nach dem Kompressor 31 kann im Übrigen als eine reversible adiabatische Änderung betrachtet werden, und die Gleichung (2), die die isentropische Änderung repräsentiert, gilt. Die stromaufwärtsseitige I/C-Dichte p2u wird dann unter Verwendung dieser Gleichung berechnet, und die stromaufwärtsseitige I/C-Temperatur T2u wird ferner unter Verwendung einer Zustandsgleichung berechnet, die ähnlich zur Gleichung (1) ist. In der Gleichung (2) ist κ das spezifische Wärmeverhältnis beziehungsweise der Isentopenexponent. $\frac{T_{a}}{ρ_{a}^{κ}} = \frac{T_{2 u}}{ρ_{2 u}^{κ}} ∴ ρ_{2 u} = ρ_{a} \cdot {(\frac{P_{2}}{P_{a}})}^{\frac{1}{κ}}, T_{2 u} = \frac{P_{2}}{ρ_{2 u} \cdot R}$
Für den Fall, dass der Kompressor 31 eine geringe adiabatische Effizienz ηad aufweist, und die Zustandsänderung vor und nach dem Kompressor 31 nicht als die reversible adiabatische Änderung betrachtet werden kann, kann die stromaufwärtsseitige I/C-Temperatur T2u unter Verwendung der Gleichung (3) berechnet werden, die die adiabatische Effizienz ηad berücksichtigt wodurch die stromaufwärtsseitige I/C-Dichte p2u berechnet wird. $\begin{array}{l} T_{2 u} = T_{a} \cdot {\frac{{(P_{2} / P_{a})}^{\frac{κ - 1}{κ}} - 1}{η_{a d}} + 1}, ρ_{2 u} = \frac{P_{2}}{R \cdot T_{2 u}} \\ ∴ ρ_{2 u} = ρ_{a} \cdot (\frac{P_{2}}{P_{a}}) \cdot \frac{1}{\frac{{(P_{2} / P_{a})}^{\frac{κ - 1}{κ}} - 1}{η_{a d}} + 1} \end{array}$
Bezüglich einem Verfahren der Berechnung der Dichte p2d in dem Bereich „c“ wurde die stromabwärtsseitige I/C-Temperatur T2d, wobei es sich um die Temperatur in dem Bereich „c“ handelt, nicht gemessen, und die Zustandsgleichung kann nicht für die Berechnung verwendet werden. Da die Luft darüber hinaus durch den I/C 30 hindurchtritt bzw. hindurch geführt wird, wird daher die Temperatur verringert, wie oben beschrieben. Eine Verringerungsgröße der Temperatur wird im Wesentlichen durch eine Kühlleistung des I/C 30 und der Außenluft für die Kühlung beeinflusst, und es ist schwierig, die Temperaturverringerungsgröße einfach zu schätzen. Wenn ein Hauptaugenmerk auf die Tatsache gerichtet wird, dass die Änderung in dem Zustand vor und nach dem Drosselventil 4 die isotherme Veränderung ist, die eine geringe Änderung in der Temperatur begleitet, kann die Temperaturverringerungsgröße dann auf Grundlage der Ansaugkrümmertemperatur Tb, wobei es sich um den Sensor-gemessenen Wert handelt, beispielsweise basierend auf der Gleichung (4) approximiert werden. Werte der Koeffizienten Ka und Kb können vorläufig auf 1,0 beziehungsweise 0,0 eingestellt werden, jedoch kann die Genauigkeit durch eine Erfassung von Approximationskoeffizienten aus Messresultaten erhöht werden. $T_{2 d} = K_{a} \cdot T_{b} + K_{b}$
Nachdem die stromabwärtsseitige I/C-Temperatur T2d erfasst ist, wird die Dichte p2d in dem Bereich „c“ unter Verwendung einer Zustandsgleichung berechnet, die als Gleichung (5) gegeben ist. $P_{2} = ρ_{2 d} \cdot R \cdot T_{2 d} ∴ ρ_{2 d} = \frac{P_{2}}{R \cdot T_{2 d}}$
Eine Dichte pb in dem Ansaugkrümmer 5, der als Bereich „d“ repräsentiert ist, kann unter Verwendung einer Zustandsgleichung berechnet werden, die durch die Gleichung (6) gegeben ist, unter Verwendung des Ansaugkrümmerdrucks Pb und der Ansaugkrümmertemperatur Tb, wobei es sich um die Sensor-gemessenen Werte handelt. $P_{b} = ρ_{b} \cdot R \cdot T_{b} ∴ ρ_{b} = \frac{P_{b}}{R \cdot T_{b}}$
Die Dichten in den Bereichen „a“ bis „d“ können unter Verwendung des oben erwähnten Verfahrens berechnet werden. Ein Verfahren zum Berechnen der Zylinder-Ansaugluftmenge Qc auf Grundlage der AFS-Ansaugluftmenge Qa wird jetzt betrachtet. In einem Bereich von dem Kompressor 31 zu der Stromaufwärtsseite des Ansaugventils (Bereich „bcd“ entsprechend einer Sammlung der Bereiche „b“, „c“ und „d“, von dem angenommen wird, ein Gesamtvolumen Vall [m³] und eine Durchschnittsdichte pave [m³] aufzuweisen), gilt Gleichung (7), wenn der Massenerhaltungssatz auf Frischluft angewendet wird. Es wird hier betrachtet, dass die Kompressor-Ansaugluftmenge Qcmp gleich der AFS-Ansaugluftmenge Qa ist. $Q_{a} (n) \cdot Δ T (n) - Q_{c} (n) \cdot Δ T (n) = {ρ_{a v e} (n) - ρ_{a v e} (n - 1)} \cdot V_{a l l}$
Aus diesem Anlass sind das Gesamtvolumen Vall und die Durchschnittsdichte pave durch die Gleichungen (8) und (9) definiert. $V_{a l l} = V_{2 u} + V_{2 d} + V_{b}$
$ρ_{a v e} (n) = \frac{ρ_{2 u} (n) \cdot V_{2 u} + ρ_{2 d} (n) \cdot V_{2 d} + ρ_{b} (n) \cdot V_{b}}{V_{a l l}}$
Die Zylinder-Ansaugluftmenge Qc(n) kann dann unter Verwendung der Gleichung (10) berechnet werden, unter der Annahme, dass eine Volumeneffizienz mit Bezug auf den Ansaugkrümmer Kv(n) ist. Wenn die Zylinder-Ansaugluftmenge Qc(n) mittels des S/D-Verfahrens berechnet wird, wird die Gleichung (10) dazu verwendet. $Q_{c} (n) \cdot Δ T (n) = K_{v} (n) \cdot ρ_{b} (n) \cdot V_{c}$
Die Dichte in dem Bereich „bcd“ ist im Übrigen pave und das diesbezügliche Volumen ist Vall, und daher existiert in diesem Bereich Luft von pave×Vall. Wenn die Luftdichte, die in dem Bereich „bcd“ existiert, die Ansaugkrümmerdichte pb ist, wird die diesbezügliche Beziehung mit einem Volumen (als „virtuelles Ansaugkrümmervolumen“ bezeichnet) Vb', das durch Luft mit der gleichen Masse eingenommen wird, durch die Gleichung (11) gegeben. $ρ_{a v e} (n) \cdot V_{a l l} = ρ_{b} (n) \cdot V_{b}' (n)$
Die Gleichung (12) wird durch eine Substitution von Gleichung (11) in Gleichung (7) erhalten. $\begin{array}{l} Q_{a} (n) \cdot Δ T (n) - Q_{c} (n) \cdot Δ T (n) = ρ_{a v e} (n) \cdot V_{a l l} - ρ_{a v e} (n - 1) \cdot V_{a l l} \\ = ρ_{b} (n) \cdot V_{b}' (n) - ρ_{b} (n - 1) \cdot V_{b}' (n - 1) \end{array}$
Im Folgenden wird angenommen, dass der Bereich „bcd“ die Ansaugkrümmerdichte pb als dessen Dichte aufweist und das virtuelle Ansaugkrümmervolumen Vb' als dessen Volumen. Die Gleichung (13) wird durch eine Substitution der Gleichung (10) in Gleichung (12) und durch ein Eliminieren der Ansaugkrümmerdichte pb erhalten. $\begin{array}{l} Q_{a} (n) Δ T (n) - Q_{c} (n) \cdot Q_{c} (n) \\ = \frac{Q_{c} (n) \cdot Δ T (n)}{K_{v} (n) \cdot V_{c}} \cdot V_{b}' (n) - \frac{Q_{c} (n - 1) \cdot Δ T (n - 1)}{K_{v} (n - 1) \cdot V_{c}} \cdot V_{b}' (n - 1) \end{array}$
Ferner wird die Gleichung (14) durch Lösen der Gleichung (13) in Bezug auf Qc(n)·ΔT(n) erhalten. $\begin{array}{l} Q_{c} (n) \cdot Δ T (n) \\ = \frac{K_{v} (n) \cdot V_{c}}{K_{v} (n) \cdot V_{c} + V_{b}' (n)} \cdot \frac{V_{b}' (n - 1)}{K_{v} (n - 1) \cdot V_{c}} \cdot Q_{c} (n - 1) \cdot Δ T (n - 1) \\ + \frac{K_{v} (n) \cdot V_{c}}{K_{v} (n) \cdot V_{c} + V_{b}' (n)} \cdot Q_{a} (n) \cdot Δ T (n) \end{array}$
Ferner wird die Gleichung (15) durch Multiplizieren beider Seiten der Gleichung (14) mit Vb'(n)/(Kv(n)·Vc) und Umordnen der Gleichung erhalten. $\begin{array}{l} \frac{V_{b}' (n)}{K_{v} (n) \cdot V_{c}} \cdot Q_{c} (n) \cdot Δ T (n) \\ = \frac{V_{b}' (n)}{K_{v} (n) \cdot V_{c} + V_{b}' (n)} \cdot \frac{V_{b}' (n - 1)}{K_{v} (n - 1) \cdot V_{c}} \cdot Q_{c} (n - 1) \cdot Δ T (n - 1) \\ + \frac{K_{v} (n) \cdot V_{c}}{K_{v} (n) \cdot V_{c} + V_{b}' (n)} \cdot \frac{V_{b}' (n)}{K_{v} (n) \cdot V_{c}} \cdot Q_{a} (n) \cdot Δ T (n) \end{array}$
Die Gleichung (17) wird durch eine Substitution einer Zwischenvariable, die als Gleichung (16) definiert ist, in Gleichung (15) erhalten, und die Zylinder-Ansaugluftmenge Qc kann unter Verwendung der Gleichung (17) auf Grundlage der AFS-Ansaugluftmenge Qa berechnet werden. $\begin{array}{l} W (n) = \frac{V_{b}' (n)}{K_{v} (n) \cdot V_{c}}, \\ K' = \frac{V_{b}' (n)}{K_{v} (n) \cdot V_{c} + V_{b}' (n)}, \\ 1 - K' = \frac{K_{v} (n) \cdot V_{c}}{K_{v} (n) \cdot V_{c} + V_{b}' (n)} \end{array}$
$\begin{array}{l} W (n) \cdot Q_{c} (n) \cdot Δ T (n) \\ = K' \cdot W (n - 1) Q_{c} (n - 1) \cdot Δ T (n - 1) + (1 - K') \cdot W (n) \cdot Q_{a} (n) \cdot Δ T_{(n)} \end{array}$
Wenn zum Beispiel die Gleichung (17), die wie oben beschrieben, abgeleitet wird, in einer Unterbrechungsverarbeitung berechnet wird, die bei jedem bestimmten vorabeingestellten Kurbelwinkel der Kurbelwelle, die mit der Rotation der Kraftmaschine 1 synchronisiert wird, ausgeführt wird, dient die Gleichung (17) als eine Berechnungsgleichung eines digitalen Tiefpassfilters. Mit anderen Worten kann das Ansaugsystem der Kraftmaschine 1 als ein Verzögerungs- bzw. Lag-Element erster Ordnung betrachtet werden.
Die Volumeneffizienz Kv(n) des Standards des Ansaugkrümmers ist für die Verwendung der Gleichung (17) erforderlich, und Kv muss vorab unter Verwendung von Gleichung (10) nagepasst werden. Wenn bezüglich Kv ein Mechanismus, wie zum Beispiel VVT oder VVL, der die Volumeneffizienz des Standards des Ansaugkrümmers ändert, nicht existiert, kann eine Anpassung einer Arbeitslast und der Anzahl von Kennfeldern (engl. maps) reduziert werden. Wenn jedoch der Ansaug-/Abgas-VVT oder dergleichen verwendet wird, wird die Anpassungsarbeitsbelastung und die Anzahl der Kennfelder enorm groß (Kv, berechnet unter Verwendung von Kennfeldern, wird im Folgenden als „Kennfeld-Kv“ bezeichnet). Es erfolgt nun eine Erläuterung eines Verfahrens zum Berechnen von Kv in Echtzeit unter Verwendung der AFS-Ansaugluftmenge Ka und der Ansaugkrümmerdichte pb. Mit anderen Worten wird Gleichung (18) durch eine Substitution der Gleichung (10) in die Gleichung (12) erhalten, wodurch die Zylinder-Ansaugluftmenge Qc eliminiert wird, und durch ein Lösen der Gleichung (12) bezüglich von Kv. $\begin{array}{l} Q_{a} (n) \cdot Δ T (n) - K_{v} (n) \cdot ρ_{b} (n) \cdot V_{c} = ρ_{b} (n) \cdot V_{b}' (n) - ρ_{b} (n - 1) - V_{b}' (n - 1) \\ ∴ K_{v} (n) = \frac{Q_{a} (n) \cdot Δ T (n) - {ρ_{b} (n) \cdot V_{b}' (n) - ρ_{b} (n - 1) \cdot V_{b}' (n)}}{ρ_{b} (n) \cdot V_{c}} \end{array}$
Die Volumeneffizienz Kv des Standards des Ansaugkrümmers kann in Echtzeit auf diese Art und Weise berechnet werden (im Folgenden als „Echtzeit-Kv“ bezeichnet). Es wird vermerkt, dass die Echtzeit-Kv, die berechnet wird unter Verwendung der Gleichung (18), eine Phasendifferenz enthalten kann, die dann erzeugt wird, wenn die Sensorausgabewerte gemittelt werden, sowie ein Rauschen, das durch ein geringes Messrauschen verursacht wird. Die Rauschkomponenten werden daher durch Anwenden einer Filterung auf die Sensorausgabewerte, die für die Gleichung (18) verwendet werden, und der Echtzeit-Kv, die der Gleichung (18) folgend berechnet werden, unterdrückt. Es ist dann effizient, dass die Gleichung (17) unter Verwendung von Kv berechnet wird, die die abgeschwächten Rauschkomponenten nach der Filterung aufweisen. Es wird vermerkt, dass als Filtern zum Unterdrücken beziehungsweise Abschwächen der Rauschkomponenten ein Tiefpassfiltern, eine Verarbeitung zum Berechnen eines einfachen gleitenden Durchschnitts (engl. moving average) für Werte in den zurückliegenden mehreren Huben bzw. Takten, und eine Verarbeitung zum Berechnen eines gewichteten gleitenden Durchschnitts (Mittelwert von unterschiedlich gewichteten Datenwerten in den vorhergehenden mehreren Huben bzw. Takten) verwendet werden kann. Die Kennfeld-Kv kann darüber hinaus durch ein Lernen auf Grundlage der Echtzeit-Kv, berechnet in dem stationären Zustandsbetrieb, korrigiert werden.
Im Folgenden wird ein Verfahren erläutert, zum Berechnen der Drossel-Ansaugluftmenge Qth, die erforderlich ist für die Feedback-Steuerung für den Ziel-Drosselöffnungsgrad TPt, die auszuführen ist, um die oben beschriebene Ziel-Drossel-Ansaugluftmenge Qtht hochgenau zu realisieren. In dem Fall des Steuersystems für eine mit einem Turbocharger ausgestattete Kraftmaschine wird die Drossel-Ansaugluftmenge Qth während des stationären Zustands betrieben als gleich zu sowohl der AFS-Ansaugluftmenge Qa als auch der Zylinder-Ansaugluftmenge Qc angesehen. In einem transienten Betrieb tritt jedoch eine Antwortverzögerung auf, und die Drossel-Ansaugluftmenge Qth kann nicht als gleich zu der AFS-Ansaugluftmenge Qa oder der Zylinder-Ansaugluftmenge Qc betrachtet werden. Das Massenerhaltungsgesetz wird daher neu auf die Frischluft bezüglich des Bereiches „d“ von 3 angewendet, wie durch die Gleichung (19) dargestellt, wodurch die Drossel-Ansaugluftmenge Qth abgeleitet wird. $\begin{array}{l} Q_{t h} (n) \cdot Δ T (n) - Q_{c} (n) \cdot Δ T (n) = {ρ_{b} (n) - ρ_{b} (n - 1)} \cdot V_{b} \end{array}$
Die Gleichung (20) wird durch eine Substitution der Gleichung (10) in die Gleichung (19) und ein Eleminieren von pb erhalten. $\begin{array}{l} Q_{t h} (n) \cdot Δ T (n) - Q_{c} (n) \cdot Δ T (n) \\ = {\frac{Q_{c} (n) \cdot Δ T (n)}{K_{v} (n)} - \frac{Q_{c} (n - 1) \cdot Δ T (n - 1)}{K_{v} (n - 1)}} \cdot \frac{V_{b}}{V_{c}} \end{array}$
In der Gleichung (20) wird die Gleichung (22) durch Definieren einer Zwischenvariablen gemäß Gleichung (21) und durch ein Umordnen der Gleichung (21) erhalten. $K = \frac{V_{b}}{V_{b} + K_{v} (n) \cdot V_{c}}$
$\frac{Q_{c} (n) \cdot Δ T (n)}{K_{v} (n)} = K \cdot \frac{Q_{c} (n - 1) \cdot Δ T (n - 1)}{K_{v} (n - 1)} + (1 - K) \cdot \frac{Q_{t h} (n) \cdot Δ T (n)}{K_{v} (n)}$
Die Gleichung (23) wird durch ein Transformieren der Gleichung (22) erhalten, und die Drossel-Ansaugluftmenge Qth kann unter Verwendung der Gleichung (23) berechnet werden, unter Verwendung der Zylinder-Ansaugluftmenge Qc, berechnet unter Verwendung der Gleichung (17), und der Echtzeit-Kv, berechnet unter Verwendung der Gleichung (18). $\frac{Q_{t h} (n) \cdot Δ T (n)}{K_{v} (n)} = \frac{1}{1 - K} \cdot \frac{Q_{c} (n) \cdot Δ T (n)}{K_{v} (n)} - \frac{K}{1 - K} \cdot \frac{Q_{c} (n - 1) \cdot Δ T (n - 1)}{K_{v} (n - 1)}$
Die Zylinder-Ansaugluftmenge Qc und die Drossel-Ansaugluftmenge Qth können auf Grundlage der AFS-Ansaugluftmenge Qa berechnet werden, indem das physikalische Modell des Ansaugsystems wie oben beschrieben betrachtet wird.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Schätzen des stromaufwärtsseitigen (engl. upstream) Drosseldrucks P2 erläutert. Die oben erwähnte Berechnung der Zylinder-Ansaugluftmenge Qc und der Drossel-Ansaugluftmenge Qth nimmt an, dass der stromaufwärtsseitige Drosseldruck P2 geschätzt wurde. Die Zylinder-Ansaugluftmenge Qc und die Drossel-Ansaugluftmenge Qth müssen daher nach der Schätzung des stromaufwärtsseitigen Drosseldrucks P2, wie im Folgenden erläutert, berechnet werden. Zuerst wird die Gleichung (10) in die Gleichung (7) substituiert, um die mittlere Dichte pave in dem Bereich „bcd“, wobei es sich um die Stromabwärtsseite des Kompressors handelt, zu berechnen, wodurch die Gleichung (24) erhalten wird. $ρ_{a v e} (n) = ρ_{a v e} (n - 1) + \frac{Q_{a} (n) \cdot Δ T (n) - K_{v} (n) \cdot ρ_{b} (n) \cdot V_{c}}{V_{a l l}}$
Die Volumeneffizienz Kv(n) des Standards des Ansaugkrümmers, die hier verwendet wird, muss nicht von der oben erwähnten Echtzeit-Kv berechnet werden, sondern aus der Kennfeld-Kv, die vorab angepasst wird. Die Kennfeld-Kv kann darüber hinaus durch ein Lernen auf Grundlage der Echtzeit-Kv, die in dem stationären Zustandsbetrieb berechnet wird, wie oben erläutert, korrigiert werden. Die mittlere Dichte pave(n) kann aus der AFS-Ansaugluftmenge Qa(n), dem Ansaugkrümmerdruck Pb(n) und der vorhergehenden mittleren Dichte pave(n-1) unter Verwendung der Gleichung (24) berechnet werden, Es wird vermerkt, dass ein Anfangswert pave(0) der mittleren Dichte die Ansaugkrümmerdichte oder die Atmosphärendichte vor dem Start der Kraftmaschine sein kann.
Die Gleichung (9) wird transformiert, um die Gleichung (25) zu erlangen, um die Dichte stromaufwärts von der Drossel aus der mittleren Dichte pave(n) zu berechnen. $ρ_{2 u} (n) \cdot V_{2 u} + ρ_{2 d} (n) \cdot V_{2 d} = ρ_{a v e} (n) \cdot V_{a l l} - ρ_{b} (n) \cdot V_{b}$
Die rechte Seite der Gleichung (25) ist bekannt, und es wird ein Fall betrachtet, bei dem p2u und p2d an der linken Seite unter Verwendung von P2 abgeleitet werden. Eine Beziehung, die durch die Gleichung (26) gegeben ist, wird durch eine Substitution der Gleichungen (2) und (5) in die Gleichung (25) abgeleitet. $ρ_{a} \cdot {(\frac{P_{2}}{P_{a}})}^{\frac{1}{K}} \cdot V_{2 u} + \frac{P_{2}}{R \cdot T_{2 d}} \cdot V_{2 d} = ρ_{a v e} (n) \cdot V_{a l l} - ρ_{b} (n) \cdot V_{b}$
Wenn P2 unter Verwendung der Gleichung (26) berechnet werden kann, bedeutet diese Situation, dass P2 berechnet wird, während ein Einfluss des Zwischenkühlers berücksichtigt wird. Es wird vermerkt, dass dann, wenn der Einfluss des Zwischenkühlers nicht berücksichtigt wird, V2d nur auf null eingestellt werden muss.
In diesem Zusammenhang ist ein Verfahren zum Berechnen von P2 unter Verwendung der Gleichung (26) problematisch. Die Gleichung (26) enthält einen exponentiellen Ausdruck und kann nicht als einfache Gleichung gelöst werden, kann jedoch zum Beispiel durch eine numerische Lösung mittels Newton-Verfahren gelöst werden. Dieses Verfahren führt jedoch iterativ eine Berechnung aus und kann eine Berechnungsgröße erhöhen, und somit ist dieses Verfahren für eine Implementierung an der ECU für eine Kraftmaschinensteuerung nicht geeignet. Es wird daher ein einfacheres Verfahren beschrieben. Wenn ein möglicher Bereich von P2/Pa approximativ als 1,0 bis zu 2,4 betrachtet wird, ist ein Diagramm der Gleichung (27) in dem Bereich von 1,0≤x≤2,4 und eine lineare Approximationslinie davon wie in 19 gezeigt. $y = {(x)}^{\frac{1}{κ}}$
Wenn der Bereich auf diesen Bereich beschränkt ist, kann die lineare Approximation, die einen Fehler von circa 11,0[%] ausweist, ausgeführt werden, und die Gleichung (28) wird durch die Approximation erhalten. ${(\frac{P_{2}}{P_{a}})}^{\frac{1}{κ}} = K_{c} \cdot \frac{P_{2}}{P_{a}} + K_{d}$
Wenn die Gleichung (28) in die Gleichung (26) substituiert wird, kann P2 unter Verwendung der Gleichung 829) berechnet werden. $P_{2} = \frac{ρ_{a v e} (n) \cdot V_{a l l} - ρ_{b} (n) \cdot V_{b} - ρ_{a} \cdot K_{d} \cdot V_{2 u}}{ρ_{a} \cdot K_{c} \cdot \frac{V_{2 u}}{P_{a}} + \frac{V_{2 d}}{R \cdot T_{2 d}}}$
Es wird verstanden, dass P2 durch eine Approximation der Gleichung (27) durch eine quadratische Funktion oder eine Funktion höherer Ordnung und durch ein analytisches Lösen der Gleichung berechnet werden kann. Wenn darüber hinaus die adiabatische Effizienz ηad des Kompressors 31 berücksichtigt wird, wird die Gleichung (3) anstelle der Gleichung (2) in die Gleichung (25) substituiert, jedoch kann auch in diesem Fall P2 durch eine Approximation durch eine lineare Funktion oder eine quadratische Funktion oder eine Funktion höherer Ordnung berechnet werden.
Der somit geschätzte P2 wird im Übrigen durch eine Gleichgewichtsberechnung erlangt, und es wird betrachtet, dass ein Fehler normalerweise akkumuliert. P2 kann daher hochgenau geschätzt werden, indem der geschätzte P2 mittels eines im Folgenden beschriebenen Verfahrens korrigiert wird. Eine Volumenflussraten-Berechnungsgleichung (für ein kompressibles Fluid) für einen sogenannten Öffnungsdurchflussmesser (engl. orifice flow meter) vor und nach dem Drosselventil 4 wird durch die Gleichung (30) gegeben. $Q_{t h v} = α_{2 d} \cdot C A_{t} \cdot \sqrt{\frac{2}{κ - 1} [{(\frac{P_{b}}{P_{2}})}^{\frac{2}{κ}} - {(\frac{P_{b}}{P_{2}})}^{\frac{κ + 1}{κ}}]}$
In diesem Zusammenhang ist eine Drossel-Ansaugluftmenge (Volumenflussrate) als Qthv [L/s] gegeben, die Schallgeschwindigkeit, stromaufwärts von der Drossel, ist gegeben als α2d [m/s], und eine effektive Öffnungsfläche der Drossel ist als CAt [cm²] gegeben. Es wird vermerkt, dass die Drossel-Ansaugluftmenge (Volumenflussrate) Qthv [L/s] aus der Drossel-Ansaugluftmenge Qth [g/s] und der stromaufwärtsseitigen Drosseldichte p2d [g/m³] (Schätzwerte) berechnet werden kann.
Wenn in diesem Zusammenhang eine dimensionslose Flussrate σ[] durch die Gleichung (31) definiert ist, wird die Gleichung (30) einfach als Gleichung (32) beschrieben. $σ = \sqrt{\frac{2}{κ - 1} [{(\frac{P_{b}}{P_{2}})}^{\frac{2}{κ}} - {(\frac{P_{b}}{P_{2}})}^{\frac{κ + 1}{κ}}]}$
$Q_{t h v} = α_{2 d} \cdot C A_{t} \cdot σ$
Es wird vermerkt, dass die Schallgeschwindigkeit α2d [m/s], stromaufwärts der Drossel, unter Verwendung der Gleichung (33) berechnet werden kann, welche die stromaufwärtsseitige Drosseltemperatur T2d [K] verwendet. $α_{2 d} = \sqrt{κ R T_{2 d}}$
Wenn in diesem Zusammenhang die Drossel-Ansaugluftmenge (Volumenflussrate) Qthv, die Schallgeschwindigkeit α2d stromaufwärts der Drossel, und die dimensionslose Flussrate σ bereitgestellt werden, kann die effektive Öffnungsfläche CAt der Drossel durch die folgenden Gleichung berechnet werden, die durch eine Transformierung der Gleichung (32) erlangt wird. $C A_{t} = \frac{Q_{t h v}}{α_{2 d} \cdot σ}$
Wenn, gemäß früherer Anmeldung 2, der Atmosphärendruck und die anderen physikalischen Größen korrekte Werte sind, ist die Beziehung zwischen dem Drosselöffnungsgrad und der effektiven Öffnungsfläche approximativ eine Eins-zu-Eins-Beziehung. Wenn jedoch der tatsächliche Atmosphärendruck und der geschätzte Atmosphärendruck, der verwendet wird für die Berechnung, sich voneinander unterscheiden, wird in der Beziehung eine Abweichung erzeugt. Als Ergebnis tritt eine Variation in der Beziehung zwischen dem Drosselöffnungsgrad und der effektiven Öffnungsfläche auf. In der früheren Anmeldung 2 ist daher ein Verfahren zum Detektieren der Variation offenbart, um den geschätzten Atmosphärendruck zu korrigieren, wodurch die Schätzgenauigkeit des Atmosphärendrucks erhöht wird. Der geschätzte P2 kann daher auf einen genaueren P2 korrigiert werden, indem der Atmosphärendruck in dem Verfahren gemäß früherer Anmeldung 2 durch den stromaufwärtsseitigen Drosseldruck ersetzt werden, um das Verfahren auf diese Ausführungsform anzuwenden.
Eine Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß früherer Anmeldung 2 weist ein Merkmal auf, wonach die Steuervorrichtung ein Betriebszustands-Detektionsmittel zum Detektieren eines Betriebszustands der Verbrennungskraftmaschine aufweist, sowie ein Ziel-Ansaugluft-Flussratenberechnungsmittel zum Berechnen einer Ziel-Ansaugluft-Flussrate auf Grundlage des Betriebszustands der Verbrennungskraftmaschine, eine Drossel, die bereitgestellt ist in einer Ansaugpassage der Verbrennungskraftmaschine, ein Drossel-Öffnungsgrad-Steuermittel zum Steuern eines Drosselöffnungsgrades der Drossel, um eine effektive Öffnungsfläche der Ansaugpassage zu ändern, wodurch eine Ansaugluftmenge, die zu der Verbrennungskraftmaschine geliefert wird, variabel gesteuert wird, ein Drosselöffnungsgrad-Detektionsmittel zum Detektieren des Drosselöffnungsgrades, ein Druckdetektionsmittel zum Detektieren eines Drucks in der Drossel an der Seite der Verbrennungskraftmaschine als ein Ansaugkrümmerdruck, ein Ansauglufttemperatur-Detektionsmittel zum Detektieren einer Ansauglufttemperatur der Drossel, ein Ansaugluft-Flussraten-Detektionsmittel zum Detektieren einer Ansaugluft-Flussrate, die geliefert wird an die Verbrennungskraftmaschine, sowie ein Atmosphärendruck-Schätzmittel zum Schätzen des Atmosphärendrucks, der angewendet wird für eine Berechnung eines Steuerparameters der Verbrennungskraftmaschine. Das Atmosphärendruck-Schätzmittel enthält eine effektives Öffnungsgrad-Berechnungsmittel zum Berechnen des effektiven Öffnungsgrades entsprechend dem Drosselöffnungsgrad basierend auf dem geschätzten Atmosphärendruck der Ansaugluft-Flussrate, Ansaugkrümmerdruck und der Ansauglufttemperatur, einem Beziehungskennfeld zwischen der eingestellten effektiven Öffnungsfläche und dem Drosselöffnungsgrad, ein Drossel-Öffnungsgrad-Lernwert-Berechnungsmittel zum Berechnen eines Lernwerts in einer Beziehung zwischen der effektiven Öffnungsfläche und dem Drosselöffnungsgrad, ein effektives Öffnungsflächen-/Drossel-Öffnungsgrad-Beziehungsbereich-Bestimmungsmittel zum Bestimmen, ob oder ob nicht die Beziehung der effektiven Öffnungsfläche und dem Drosselöffnungsgrad in einen vorab eingestellten Bereich fällt, ein Fehlerdispersions-Berechnungsmittel zum Berechnen einer Fehlerdispersion auf Grundlage eines Fehlers zwischen dem Beziehungskennfeld zwischen der effektiven Öffnungsfläche und dem Drosselöffnungsgrad und einem Beziehungskennfeld zwischen der effektiven Öffnungsfläche und dem Drosselöffnungsgrad, korrigiert auf Grundlage des Drosselöffnungsgrad-Lernwert-Berechnungsmittels, ein Dispersionsbereich-Bestimmungsmittel zum Bestimmen, ob oder ob nicht die Fehlerdispersion in einen Bereich fällt, der darauf eingestellt ist, ein Atmosphärendruck-Schätzwert-Aktualisierungsmittel zum Aktualisieren des Atmosphärendruck-Schätzwerts, wenn die Beziehung zwischen der effektiven Öffnungsfläche und dem Drosselöffnungsgrad außerhalb des Bereiches ist und wenn die Fehlerdispersion außerhalb des Bereiches ist, und ein Ziel-Drossel-Öffnungsgrad-Berechnungselement zum Berechnen eines Ziel-Drossel-Öffnungsgrades unter Verwendung des Atmosphärendruck-Schätzwerts, der durch das Atmosphärendruck-Schätzwert-Aktualisierungsmittel aktualisiert wird. Der Drossel-Öffnungsgrad wird durch den Ziel-Drossel-Öffnungsgrad gesteuert. Die Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß früherer Anmeldung 2, die auf diese Art und Weise konfiguriert ist, aktualisiert den Atmosphärendruck-Schätzwert unter Verwendung des Lernbereiches des Drosselöffnungsgrades und der statistischen Dispersion der Beziehung zwischen dem Drosselöffnungsgrad und der effektiven Öffnungsfläche als ein Bestimmungskriterium, während die Beziehung zwischen dem Drosselöffnungsgrad und der effektiven Öffnungsfläche entsprechend einer Maschinendifferenzdispersion der Drossel erlernt wird, um dadurch in der Lage zu sein, den Atmosphärendruck in einem breiten Betriebsbereich genau zu schätzen, während die Maschinendifferenzdispersion der Drossel erlernt wird. Wie oben erläutert, kann der geschätzte P2 daher auf einen genaueren P2 korrigiert werden, indem der Atmosphärendruck in dem Verfahren gemäß früherer Anmeldung 2 durch den stromaufwärtsseitigen Drosseldruck ersetzt wird, um das Verfahren auf diese Ausführungsform anzuwenden.
Bezugnehmend auf die 4 bis 8 wird nun insbesondere ein Berechnungsinhalt erläutert, der auf Grundlage des physikalischen Modells des Ansaugsystems in der ECU 100 tatsächlich ausgeführt wird. Zuerst erfolgt eine Beschreibung eines physikalischen Modells des Ansaugsystems zum Berechnen der Zylinder-Ansaugluftmenge Qc, die in den Zylinder 8 eintritt, und der Drossel-Ansaugluftmenge Qth, die durch das Drosselventil 4 hindurch tritt, unter der Annahme, dass der Schätzwert des stromaufwärtsseitigen Drosseldrucks P2 bereits berechnet ist. 4 ist ein Steuerblockdiagramm zum Berechnen eines virtuellen Ansaugkrümmervolumens des Steuersystems für eine mit einem Turbocharger ausgestattete Kraftmaschine gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 5 ist ein Steuerblockdiagramm zum Berechnen der Zylinder-Ansaugluftmenge, und 6 ist ein Steuerblockdiagramm zum Berechnen der Drossel-Ansaugluftmenge.
Zuerst wird ein Verfahren zum Berechnen des virtuellen Ansaugkrümmervolumens Vb', das in 4 dargestellt ist, erläutert. Diese Berechnung wird in einer Unterbrechungsverarbeitung (im Folgenden als „B05-Unterbrechungsverarbeitung“ bezeichnet) ausgeführt, die bei jedem vorab eingestellten konstanten Kurbelwinkel (zum Beispiel, BTDC 5 degCA) der Kurbelwelle synchron mit der Rotation der Kraftmaschine 1 ausgeführt wird. Einige der vorliegenden Berechnungen verwenden darüber hinaus einen Mittel-beziehungsweise Durchschnittswert von Werten, die durch den Sensor über einen Hub detektiert werden. Der Mittelwert kann durch eine Detektion eines Sensorausgabewerts bei jedem vorab eingestellten konstanten Intervall (zum Beispiel eine Millisekunde oder 10 degCA) und Berechnen des Durchschnittswerts aller Sensordetektionswerte von einem Start der vorhergehenden B05-Unterbechungsverarbeitung zu einem Start der gegenwärtigen B05-Unterbrechungsverarbeitung erfasst werden.
Im Block B401 wird die Atmosphärendichte pa(n) auf Grundlage der Gleichung (1) aus dem Atmosphärendruck Pa(n) und der Ansauglufttemperatur Ta(n) berechnet. Im Block B402 wird die Ansaugkrümmerdichte pb(n) auf Grundlage von Gleichung (6) aus dem Ansaugkrümmerdruck Pb(n) und der Ansaugkrümmertemperatur Tb(n) berechnet. Im Block B403 wird dann die stromabwärtsseitige I/C-Temperatur Tsd(n) auf Grundlage der Gleichung (4) aus der Ansaugkrümmertemperatur Tb(n) berechnet. Es wird vermerkt, dass die Werte der Koeffizienten Ka und Kb, die für die Gleichung (4) verwendet werden, vorläufig auf 1,0 beziehungsweise 0,0 eingestellt werden können, jedoch die Genauigkeit erhöht werden kann, indem Approximationskoeffizienten aus Messresultaten erfasst werden. Im Block B404 wird dann die stromabwärtsseitige I/C-Dichte p2d(n) berechnet auf Grundlage der Gleichung (5) aus der stromabwärtsseitigen I/C-Temperatur T2d(n), berechnet im Block B403 und dem stromaufwärtsseitigen Drosseldruck P2(n) berechnet.
Im Block B405 wird die stromaufwärtsseitige I/C-Dichte p2u(n) auf Grundlage der Gleichung (2) von dem stromaufwärtsseitigen Druck P2(n), dem Atmosphärendruck Pa(n) und der Atmosphärendichte pa(n), die vorab berechnet werden, berechnet. In diesem Zusammenhang muss eine Exponentialfunktion berechnet werden, um die Gleichung (2) zu berechnen, jedoch führt eine hochgenaue Berechnung zu einer hohen Berechnungslast. Werte, die unabhängig im Voraus berechnet werden, können daher als Tabellenwerte gespeichert werden, und es kann nach einem Wert entsprechend dem verwendeten Betriebszustand gesucht und verwendet werden. Wenn die adiabatische Effizienz ηad des Kompressors 31 darüber hinaus berücksichtigt wird, kann die Gleichung (3) anstelle der Gleichung (2) verwendet werden.
In dem Block B406 wird die mittlere Dichte pave(n) auf Grundlage der Gleichungen 88) du (9) aus der stromaufwärtsseitigen I/C-Dichte p2u(n), der stromabwärtsseitigen I/C-Dichte p2d(n) und der Ansaugkrümmerdichte pb(n) berechnet. Im Block B407 wird darüber hinaus das virtuelle Ansaugkrümmervolumen Vb'(n) auf Grundlage der Gleichung (11) berechnet, indem die mittlere Dichte pave(n), berechnet im Block B406, und die Ansaugkrümmerdichte pb(n) verwendet werden. Das virtuelle Ansaugkrümmervolumen Vb'(n) kann aus den existierenden Sensordetektionswerten erfasst werden, indem die Berechnung in der oben beschriebenen Sequenz ausgeführt wird.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Berechnen der Zylinder-Ansaugluftmenge, dargestellt in 5 erläutert. Es wird vermerkt, dass der diesbezügliche Berechnungszeitpunkt nach der Berechnung des virtuellen Ansaugkrümmervolumens Vb'(n) in der B05-Unterbrechungsverarbietung liegt, und die Periode ΔT(n) entsprechend einem Hub aus der Differenz zwischen dem vorhergehenden B05-Unterbrechungsverarbeitungs-Startzeitpunkt und der gegenwärtigen B05-Unterbrechungsverarbetungs-Startzeit berechnet werden kann. Darüber hinaus bedeutet (n-1) ein Wert, der in der vorhergehenden B05-Unterbrechungsverarbeitung berechnet wird.
Im Block B501 wird die Echtzeit-Kv auf Grundlage der Gleichung (18) aus Ansaugkrümmerdichten pb(n) und pb(n-1), virtuellen Ansaugkrümmervolumen Vb'(n) und Vb*(n-1), und der AFS-Ansaugluftmenge Qa(n) berechnet. Im Block B502 wird dann ein Filtern zum Unterdrücken beziehungsweise Abschwächen von Rauschkomponenten ausgeführt. Es wird vermerkt, dass als Filtern zum Abschwächen der Rauschkomponenten ein Tiefpassfiltern, eine Verarbeitung zum Berechnen eines einfachen gleitenden Mittelwerts für Werte in den vorhergehenden mehreren Huben, und eine Verarbeitung zum Berechnen eines gewichteten gleitenden Mittelwerts (Mittelwert unterschiedlich gewichteter Datenwerten in den vorhergehenden mehreren Huben) verwendet werden kann. Die Echtzeit-Kv kann auf diese Art und Weise berechnet werden.
Im Block B503 wird dann die Zwischenvariable, die durch die Gleichung (16) gegeben wird, auf Grundlage der Echtzeit-Kv und dem virtuellen Ansaugkrümmervolumen Vb'(n) berechnet. Die Echtzeit-Kv wird hier verwendet, ohne jedoch auf die Echtzeit-Kv beschränkt zu sein, kann ein Kennfeld-Kv verwendet werden, das wie folg berechnet wird. Kv-Werte die im Voraus unter Verwendung der Gleichung (10) angepasst werden, sind als ein Kennfeld gespeichert, und es wird nach einem Kennfeldwert entsprechend dem verwendeten Betriebszustand gesucht. Die Kennfeld-Kv kann darüber hinaus durch einen Lernprozess auf Grundlage der Echtzeit-Kv, berechnet in dem stationären Zustandsbetrieb, korrigiert werden. Im Block 504 wird dann die Zylinder-Ansaugluftmenge Qc(n) auf Grundlage der Gleichung (17) aus der Zwischenvariablen, berechnet im Block B503, der AFS-Ansaugluftmenge Qa(n) und der vorhergehenden Zylinder-Ansaugluftmenge Qc(n-1) berechnet. Die Zylinder-Ansaugluftmenge Qc kann außer der AFs-Ansaugluftmenge Qa auf Grundlage des physikalischen Modells des Ansaugsystems auf diese Art und Weise berechnet werden.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Berechnen der Drossel-Ansaugluftmenge, dargestellt in 6, erläutert. Es wird vermerkt, dass der diesbezügliche Berechnungszeitpunkt nach der Berechnung der Zylinder-Ansaugluftmenge Qc(n) in der B05-Unterbrechungsverarbeitng ist.
Im Block B601 wird die Zwischenvariable auf Grundlage der Gleichung 821) aus der Echtzeit-Kv oder der Kennfeld-Kv berechnet. Im Block B602 wird dann die Drossel-Ansaugluftmenge Qth auf Grundlage der Gleichung (23) aus der Zwischenvariablen und den Zylinder-Ansaugluftmengen Qc(n) und Qc(n-1) berechnet.
Wenn, wie oben erläutert, die Berechnung in der in den 4 bis 6 dargestellten Sequenz ausgeführt wird, kann das physikalische Modell des Ansaugsystems in der ECU 100 installiert werden, um in dem Kraftmaschinensteuersystem verwendet zu werden. Die Zylinder-Ansaugluftmenge Qc und die Drossel-Ansaugluftmenge Qth, die auf diese Art und Weise berechnet werden, können verwendet werden, um das Ausgabedrehmoment, das Luft-zu-Kraftstoff-Verhältnis, dem Zündzeitpunkt und dergleichen in dem Steuersystem für eine mit einem Turbocharger ausgestattete Kraftmaschine hochgenau zu steuern. Auch in einem Steuersystem für eine Kraftmaschine, die mit einem mechanischem Supercharger oder einem elektrischen Charger anstelle eines Turbochargers ausgestattet ist, kann die Zylinder-Ansaugluftmenge Qc und die Drossel-Ansaugluftmenge Qht auf die vollständig gleiche Art und Weise berechnet werden, solange das System die Konfiguration des in 3 dargestellten Ansaugsystems (den Kompressor, den I/C, und das Drosselventil in dieser Reihenfolge von stromaufwärts) aufweist.
Im Folgenden wird das physikalische Modell des Ansaugsystems zum Berechnen des Schätzwerts des stromaufwärtsseitigen Drosseldrucks P2 erläutert. 7 ist ein Steuerblockdiagramm zum Berechnen eines Schätzwerts des stromaufwärtsseitigen Drosseldrucks P2 (Im Folgenden als „geschätzter P2“ bezeichnet) des Steuersystems für eine mit einem Turbocharger ausgestattete Kraftmaschine gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8 ist ein Steuerblockdiagramm zum Berechnen eines korrigierten P2 und einer korrigierten pave.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Berechnen des Schätzwerts des stromaufwärtsseitigen Drosseldrucks, das in 7 dargestellt ist, erläutert. Es wird vermerkt, dass der diesbezügliche Berechnungszeitpunkt vor der Berechnung des virtuellen Ansaugkrümmervolumens Vb'(n), der Zylinder-Ansaugluftmenge Qc(n) der Drossel-Ansaugluftmenge Qth(n) und dergleichen in der B05-Unterbrechungsverarbietung ist. Es wird vermerkt, dass die Blöcke B401 (Berechnung einer Atmosphärendichte pa), B402 (Berechnung einer Ansaugkrümmerdichte pb) und B403 (Berechnung einer stromabwärtsseitigen I/C-Temperatur T2d) gemäß 4 vorab ausgeführt werden.
Im Block B701 wird die mittlere Dichte pave(n) auf Grundlage der Gleichung (24) aus der AFS-Ansaugluftmenge Qa(n), der Ansaugkrümmerdichte pb(n), der vorhergehenden mittleren Dichte pave(n-1) und der Kennfeld-Kv berechnet. Dann wird im Block B702 der geschätzte P2 auf Grundlage der Gleichung (29) aus der mittleren Dichte pave(n), der Ansaugkrümmerdichte pb(n), der Atmosphärendichte pa(n), dem Atmosphärendruck Pa(n) und der stromabwärtsseitigen I/C-Temperatur T2d(n) berechnet.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Berechnen des korrigierten P2 und der korrigierten pave, das in 8 dargestellt ist, erläutert. Es wird vermerkt, dass der diesbezügliche Berechnungszeitpunkt nach der Berechnung des geschätzten P2 ist. Im Block B801 werden das virtuelle Ansaugkrümmervolumen Vb'((n), die Zylinder-Ansaugluftmenge Qc8n) und die Drossel-Ansaugluftmenge Qth(n) berechnet. Die Berechnungen, die obenstehend mit Bezug auf die 4 bis 6 beschrieben wurden, werden für diese Werte ausgeführt. Im Block B802 wird dann die Verarbeitung eines Drossellernens, einer Dispersionsberechnung und einer P2-Korrektur ausgeführt, und eine diesbezügliche detaillierte Beschreibung folgt später. Der geschätzte P2 wird durch die später beschriebene Verarbeitung korrigiert, um einen genaueren Schätzwert des stromaufwärtsseitigen Drosseldrucks P2 als den korrigierten P2 zu berechnen. Im Block B803 wird darüber hinaus die korrigierte pave(n) auf Grundlage der Gleichungen (2), (5) und (9) aus dem korrigierten P2(n), der stromaufwärtsseitigen Drosseltemperatur T2d(n), der Atmosphärendichte pa(n), dem Atmosphärendruck Pa(n) und der Ansaugkrümmerdichte pb(n) berechnet. Eine Schätzgenauigkeit des geschätzten P2 kann unter Verwendung der korrigierten pave8n) als die vorhergehende mittlere Dichte pave(n-1) gemäß 7 zu dem nächsten Berechnungszeitpunkt erhöht werden. Wenn darüber hinaus die adiabatische Effizienz ηad des Kompressors 31 berücksichtigt wird, kann die Gleichung (3) anstelle der Gleichung (2) verwendet werden.
Bezugnehmend auf die 9 bis 18 erfolgt im Folgenden eine detaillierte Erläuterung der Verarbeitung des Drossellernens, der Dispersionsberechnung und der P2-Korrektur, die im Block B802 von 8 ausgeführt werden.
9 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung der gesamten P2-Korrekturverarbeitung. zuerst wird im Schritt S901 des Flussdiagramms gemäß 9 bestimmt, ob oder ob nicht ein IG-S/W angeschaltet ist und die Kraftmaschine gestoppt ist. Wenn die Bestimmung ja ist, geht die Verarbeitung zum Schritt S902, wobei der Ansaugkrümmerdruck Pb als korrigierter P2 substituiert wird, und die Verarbeitung wird beendet. Es wird vermerkt, dass der Atmosphärendruck, der Ansaugkrümmerdruck und der stromaufwärtsseitige Drosseldruck als zueinander gleich angesehen werden, wenn die Kraftmaschine gestoppt ist, und somit kann der Atmosphärendruck Pa anstelle des Ansaugkrümmerdrucks Pb substituiert werden. Wenn die Bestimmung im Schritt S901 nein ist, wird bestimmt, dass die Kraftmaschine arbeitet, und die Verarbeitung geht zum Schritt S903.
Im Schritt S903 wird dann die tatsächliche effektive Öffnungsfläche CAt des Drosselventils unter Verwendung der Gleichung 834) berechnet. Im Schritt S904 wird dann der Drossel-Öffnungsgrad-Lernwert berechnet. Später erfolgt eine Beschreibung eines Verfahrens zum Berechnen des Drossel-Öffnungsgrad-Lernwerts. Im Schritt S905 wird dann die Dispersion des Drossel-Öffnungsgradfehlers berechnet. Die Dispersion des Drossel-Öffnungsgradfehlers wird in einem in 10 dargestellten Flussidagramm folgend berechnet. Im Folgenden wird das Flussidagramm gemäß 10 beschrieben. Im Schritt S1001 wird zuerst der gegenwärtige Drossel-Öffnungsgrad-Lernwert aus der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAt, berechnet im Schritt S903, dem Beziehungskennfeld zwischen der effektiven Öffnungsfläche und dem Drosselöffnungsgrad, das vorab angepasst ist, und dem Drossel-Öffnungsgrad-Lernwert an dem vorhergehenden Verarbeitungszeitpunkt berechnet, wodurch der Drosselöffnungsgrad berechnet wird, nachdem ein Lernen mit Bezug auf die tatsächliche effektive Öffnungsfläche CAt durchgeführt wird. Wenn zum Beispiel, wie in 11 gezeigt, der Drosselöffnungsrad der vertikalen Achse zu gewesen ist und die effektive Öffnungsfläche der horizontalen Achse zu gewesen ist, wenn das Beziehungskennfeld zwischen der effektiven Öffnungsfläche und dem Drosselöffnungsgrad, das vorab angepasst ist, durch die durchgezogene Linie wiedergegeben wird, wird das Beziehungskennfeld zwischen der effektiven Öffnungsfläche und dem Drosselöffnungsgrad, das durch den Drossel-Öffnungsgrad-Lernwert korrigiert wird, durch die gestrichelte Linie wiedergegeben. Wenn in diesem Zusammenhang, wie in 11 gezeigt, die tatsächliche effektive Öffnungsfläche, berechnet im Schritt S903, als CAt 1 wiedergegeben wird, wird der Drosselöffnungsgrad nach dem Lernen TP1 erfasst.
Im Schritt S1002 wird dann der Drosselöffnungsgradfehler aus einem tatsächlichen Drosselöffnungsgrad TP2, detektiert durch den Drossel-Öffnungsgradsensor 14, und dem Drosselöffnungsgrad nach dem Lernen TP1 berechnet. Im Schritt S1003 wird eine Varianz des Drossel-Öffnungsgradfehlers als die Dispersion des Drossel-Öffnungsgradfehlers berechnet, unter der Annahme, dass die diesbezügliche Dispersion eine Normalverteilung ist. Die Varianz ist durch die Gleichung (35) definiert, für ein Sample, das durch N Datenelemente (x1, x2, ..., xn) ausgebildet ist. $s^{2} = \frac{1}{N} \sum_{i = 1}^{N} {(x_{i} - \bar{x})}^{2} (∵ \bar{x} = \frac{1}{N} \sum_{i = 1}^{N} x_{i})$
Die Varianz ist das mittlere Quadrat eines Fehlers zwischen jedem Datenelement und einem Durchschnittswert beziehungsweise Mittelwert der Daten. Gemäß dieser Ausführungsform wird zur Vereinfachung der Berechnung der Varianz der Drosselöffnungsgrad nach dem Lernen TP1 als der Mittelwert verwendet, um das Quadrat eines Fehlers zwischen dem Drosselöffnungsgrad nach dem Lernen TP1 und dem tatsächlichen Drosselöffnungsgrad zu berechnen, und darüber hinaus wird ein Wert, der durch Mitteln der Quadrate mittels eines Filters erster Ordnung erfasst wird, als ein Wert entsprechend der Varianz betrachtet. Die Varianz wird insbesondere unter Verwendung der Gleichung (36) und (37) berechnet. $T P_{s} [n] = {(T P_{2} [n] - T P_{1} [n])}^{2}$
$T P_{g} [n] = K_{g} \times T P_{g} [n - 1] + (1 - K_{g}) \times T P_{s} [n]$
In den Gleichungen (36) und (37) ist TPs das Quadrat des Drosselöffnungsgradfehlers, TPg ist die Varianz des Drossel-Öffnungsgradfehlers, und kg ist ein Filterkoeffizient, für den ein Wert verwendet wird, der vorab angepasst ist. Zusätzlich zu dem oben erwähnten Wert, der durch das Filtern erster Ordnung erfasst wird, kann zum Beispiel ein gleitender Durchschnittswert beziehungsweise Mittelwert verwendet werden. In diesem Fall ist n ein gegenwärtiger Wert, und n-1 zeigt einen vorhergehenden Wert an.
Wenn, wie oben erläutert, angenommen wird, dass die Dispersion des Drossel-Öffnungsgrades eine Normalverteilung ist, kann die Varianz als Dispersion des Drossel-Öffnungsgradfehlers verwendet werden, und das Ausmaß der Dispersion kann leicht abgeschätzt werden, dies ist das Ende der Dispersionsberechnung für den Drossel-Öffnungsgradfehler. Es wird vermerkt, dass hier die Varianz verwendet wird, jedoch die Standardabweichung, wobei es sich um die Quadratwurzel der Varianz handelt, verwendet werden kann.
Die Beschreibung kehrt jetzt zu dem Flussdiagramm gemäß 9 zurück. Im Schritt S906 wird bestimmt, ob oder ob nicht ein Druckverhältnis kleiner als ein Schwellenwert A ist, der vorab eingestellt ist. In diesem Zusammenhang ist Druckverhältnis das Verhältnis des Druckes vor der Drossel zu dem Druck nach der Drossel, und wird insbesondere als Ansaugkrümmerdruck Pb/geschätzter P2 wiedergegeben. Der Schwellenwert A wird auf einen Wert eingestellt, der nahe zu 1 ist, zum Beispiel, 0,95. Dies ist der Fall, da dann, wenn das Druckverhältnis größer als 0,95 und nahe zu 1 ist, eine Empfindlichkeit der dimensionslosen Flussrate σ hoch sein kann, um den Fehler in dem Drossel-Öffnungsgrad-Lernwert zu erhöhen, was vermieden werden muss. Wenn die Bestimmung im Schritt S906 Ja ist, geht die Verarbeitung zum Schritt S907, und wenn die Bestimmung Nein ist, geht die Verarbeitung zum Schritt S9012. Im Schritt S912 wird der geschätzte P2 direkt auf den korrigierten P2 eingestellt, und die Verarbeitung wird beendet.
Im Schritt S907 wird bestimmt, ob oder ob nicht die Varianz, wobei es sich um die Dispersion des Drossel-Öffnungsgradfehlers, berechnet im Schritt S905, handelt, größer ist als ein Schwellenwert B. Wenn die Bestimmung Ja ist, geht die Verarbeitung zum Schritt S908, und wenn die Bestimmung Nein ist, geht die Verarbeitung zum Schritt S912 und die Verarbeitung wird beendet.
Im Schritt S908 wird dann bestimmt, ob oder ob nicht der tatsächliche Drosselöffnungsgrad P2 entsprechend der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAt1 kleiner ist als ein unterer Drossel-Öffnungsgrad-Lerngrenzwert. Wenn die Bestimmung Ja ist, geht die Verarbeitung zum Schritt S909, und wenn die Bestimmung Nein ist, geht die Verarbeitung zum Schritt S910. Wenn, wie in 12 gezeigt, der Drosselöffnungsgrad der vertikalen Achse zugewiesen wird und die effektive Öffnungsfläche der horizontalen Achse zugeiwesen wird, und wenn das Beziehungskennfeld zwischen der effektiven Öffnungsfläche und dem Drosselöffnungsgrad, das vorab angepasst ist, durch die durchgezogene Linie dargestellt wird, wird der untere Drossel-Öffnungsgrad-Lerngrenzwert durch die gestrichelte Linie dargestellt, und ein oberer Drossel-Öffnungsgrad-Lerngrenzwert wird durch die gestrichelt-gepunktete Linie dargestellt, und ein oberer Drossel-Öffnungsgrad-Lerngrenzwert wird durch die gestrichelt-gepunktete Linie dargestellt. Der obere/untere Lerngrenzwert wird vorab eingestellt, unter Berücksichtigung der Drossel-Maschinendifferenzdisperion. Wenn ein Schnittpunkt zwischen der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAt1, berechnet im Schritt S903, und dem tatsächlichen Drossel-Öffnungsgrad TP2, erfasst aus dem Drossel-Öffnungsgradsensor 14, kleiner ist als ein unterer Drossel-Öffnungsgrad-Lerngrenzwert TP3, ist die Bestimmung Ja. In dem in 12 gezeigten Beispiel ist der Schnittunkt oberhalb des unteren Drossel-Öffnungsgrad-Lerngrenzwert TP3, und die Bestimmung ist daher Nein.
Im Schritt S909 wird ein Wert, der durch Addieren eines konstanten Werts Ptg_up, der vorab eingestellt ist, zu dem geschätzten P2 erfasst wird, als der korrigierte P2 eingestellt, und die Verarbeitung wird beendet. Wenn der Schnittpunkt unterhalb des unteren Drossel-Öffnungsgrad-Lerngrenzwert ist, wird betrachtet, dass diese Abweichung nicht aus Grund der Drossel-Maschinendifferenzdispersion verursacht wird, sondern auf Grund der Tatsache, dass der tatsächliche stromaufwärtsseitige Drosseldruck P2 größer ist als der geschätzte P2. Die Summe des konstanten Werts, der vorab eingestellt ist, und des geschätzten P2 wird daher als korrigierte P2 eingestellt. Der konstante Wert Ptg_up ist bevorzugt ein Wert, der zum Beispiel gleich zu oder kleiner als 1 [kPa] ist, um eine schnellere Änderung in dem Schätzwert zu vermeiden.
Im Schritt S910 wird bestimmt, ob oder ob nicht der tatsächliche Drosselöffnungsgrad TP2 größer ist als ein oberer Drossel-Öffnungsgrad-Lerngrenzwert TP4. In dem in 12 gezeigten Beispiel ist der Schnittpunkt oberhalb des oberen Drossel-Öffnungsgrad-Lerngrenzwerts TP4, und die Bestimmung ist daher Ja. Wenn die Bestimmung Ja ist, geht die Verarbeitung zum Schritt S911, indem ein Wert, der erfasst wird durch Substatieren eines konstanten Werts Ptg_down, der vorab eingestellt ist, von dem geschätzten P2, als korrigierter P2 eingestellt wird, und die Verarbeitung wird beendet. Der obere Lerngrenzwert TP4 wird vorab eingestellt, unter Berücksichtigung der Drossel-Maschinendifferenzdispersion. Wenn der Drossel-Öffnungsgrad-Lernwert größer als der obere Lerngrenzwert TP4 ist, wird angenommen, dass diese Abweichung nicht auf Grund der Drossel-Maschinendifferenzdispersion verursacht wird, sondern da der tatsächliche stromaufwärtsseitige Drosseldruck P2 geringer als der geschätzte P2 ist. Ein Wert, der erfasst wird durch Subtrahieren der konstanten Größe von dem geschätzten P2, wird daher als korrigierter P2 eingestellt. Der konstante Wert Ptg_down ist bevorzugt ein Wert, der zum Beispiel gleich zu oder kleiner als 1 [kPa] ist, um eine schnelle Änderung in dem Schätzwert zu vermieden. Wenn die Bestimmung Nein ist, wird der geschätzte P2 als korrekt bestimmt, und die Verarbeitung geht zum Schritt S912 und wird beendet.
Über die oben erläuterte Verarbeitung kann die statistische Dispersion der Abweichung zwischen dem Drosselöffnungsgrad und dem tatsächlichen Drosselöffnungsgrad unter Berücksichtigung des Drossel-Öffnungsgrad-Lernwerts als Bestimmungskriterium eingestellt werden, wodurch der geschätzt P2 genau korrigiert wird.
Im Folgenden wird eine Berechnung des Drossel-Öffnungsgrad-Lernwerts im Schritt S904 detailliert erläutert. Im Wesentlichen ist die Berechnung gleich zu der in dem Verfahren, das in der früheren Anmeldung 2 offenbart ist. Es erfolgt jetzt eine Beschreibung eines Verfahrens zum Realisieren der Verarbeitung zur Berechnung des Drossel-Öffnungsgrad-Lernwerts und einer Verarbeitung zum Speichern eines Langzeit-Lernwerts unter Verwendung der theoretischen Gleichungen, die durch die Gleichungen (30) bis (34) gegeben sind. Die 13 und 14 sind Steuerblockdiagramme zur Darstellung der Verarbeitung der Berechnung des Drossel-Öffnungsgrad-Lernwerts und der Verarbeitung zum Speichern des Langzeit-Lernwerts. Bezugnehmend auf das Steuerblockdiagramm, das in 13 dargestellt ist, erfolgt zunächst eine Beschreibung einer Übersicht der Drosselsteuerung und des Drossel-Öffnungsgradlernens. Im Block B1301 wird ein Kraftmaschinen-Ausgabeindex, wie zum Beispiel ein Zieldrehmoment aus der Eingabe verschiedener Datentypen berechnet, wie zum Beispiel dem Beschleuniger-beziehungsweise Gaspedalöffnungsgrad. Es wird eine Ziel-Zylinder-Ansaugluftmenge berechnet, die zum Erreichen des berechneten Kraftmaschinen-Ausgabeindex erforderlich ist. Eine Ziel-Ansaugluftmenge (im Folgenden als „Ziel-Qthv*“ bezeichnet), die durch die Drossel hindurchtritt, wird darüber hinaus auf Grundlage der Ziel-Zylinder-Ansaugliftgröße berechnet. Im Block B1302 wird dann eine effektive Ziel-Öffnungsfläche (im Folgenden als „Ziel-CAt^*“ bezeichnet) unter Verwendung der Gleichung (34) aus der Ziel-Qthv*, der Schallgeschwindigkeit α2d stromaufwärts der Drossel, und der dimensionslosen Flussrate σ berechnet. Da die Ziel-CAt* auf Grundlage der Flussraten-Berechnungsgleichung für den ÖffnungsDurchflussmesser auf diese Art und Weise berechnet wird, kann die Ziel-CAt* zum Erreichen der Ziel-Qthv* approximativ berechnet werden, selbst dann, wenn der Betriebszustand der Kraftmaschine sich auf Grundlage einer Änderung in Umgebungsbedingungen und einem Einführen des EGR ändert.
Wenn die Schallgeschwindigkeit α2d, die für die Berechnung im Block B1302 erforderlich ist, im Übrigen unter Verwendung der Gleichung (33) in der ECU 100 berechnet wird, erhöht sich eine Berechnungslast. Ein theoretischer Wert der Schallgeschwindigkeit stromaufwärts der Drossel wird daher vorab berechnet und als ein Kennfeld gespeichert, das die stromaufwärtsseitige Drosseltempermatur T2d als eine Achse aufweist, wir im Block B1303. Im Block B1303 wird dann die Schallgeschwindigkeit α2d unter Bezugnahme auf das Kennfeld berechnet, indem die stromaufwärtsseitige Drosseltemperatur T2d vor der Berechnung im Block B1302 verwendet wird.
Wenn darüber hinaus die dimensionslose Flussrate σ, die erforderlich ist für die Berechnung im Block B1302, unter Verwendung der Gleichung (31) in der ECU 100 berechnet wird, wird eine Berechnungslast enorm groß, was nicht praktikabel ist. Wie im Block B1304 wird daher zur Unterdrückung der Berechnungslast in der ECU 100 ein theoretischer Wert der dimensionslosen Flussrate vorab berechnet und als ein Kennfeld gespeichert, das das Druckverhältnis Pb/P2 des Ansaugkrümmerdrucks Pb zu dem geschätzten P2 als eine Achse aufweist. Das Druckverhältnis Pb/P2 des Ansaugkrümmerdrucks Pb zu dem geschätzten P2 wird vor der Berechnung im Block B1302 berechnet, und im Block B1304 wird die dimensionslose Flussrate σ unter Verwendung des berechneten Druckverhältnisses Pb(P2 berechnet.
Im Übrigen ist es allgemein bekannt, dass dann, wenn das Druckverhältnis Pb/P2 gleich zu oder kleiner als ein Schwellenwert E ist (ungefähr 0,528 für Luft), die Flussrate der Luft, die durch die Drossel hindurchtritt, gesättigt wird (sogenannte Starterklappe) . es ist auch bekannt, dass die dimensionslose Flussrate σ, die unter Verwendung der Gleichung (31) berechnet wird, konstant wird, wenn das Drosseln (engl. choke) auftritt. Wenn daher das Druckverhältnis des Ansaugkrümmerdrucks zu dem Atmosphärendruck gleich zu der kleiner als der Schwellenwert E ist, kann der Fall beherrscht werden, bei dem das Drosseln auftritt, indem der Wert des Kennfelds im Block B1304 auf einen konstante Wert (circa 0,5787 für Luft) entsprechend dem Schwellenwert E eingestellt wird.
Wenn darüber hinaus das Druckverhältnis Pb/P2 auf einen bestimmten Wert ansteigt, gibt es einen Fall, bei dem ein Einfluss einer Vibration des Ansaugkrümmerdrucks, verursacht durch eine Ansaugluftschwankung, auf die dimensionslose Flussrate σ ansteigt. Wenn daher das Druckverhältnis Pb/P2 gleich zu oder größer als ein Schwellenwert Pr ist (wie zum Beispiel 0,95), der vorab eingestellt ist, kann der Wert des Kennfelds im Block B1304 als ein konstanter Wert (wie zum Beispiel circa 0,26) entsprechend dem Schwellenwert Pr behandelt werden, wodurch der Einfluss der Ansaugluftschwingungen verringert wird, um die Steuerbarkeit der Drossel sicherzustellen. Wenn ein Spitzenwert des Ansaugkrümmerdrucks größer ist als der stromaufwärtsseitige Drosseldruck, wird betrachtet, dass Luft rückwärts durch die Drossel fließt, durch eine Druckoszillation in dem Ansaugkrümmer. In diesem Fall kann daher der Wert des Kennfelds im Block B1304 als ein konstanter Wert (wie zum Beispiel circa 0,26) entsprechend dem Schwellwert Pr behandelt werden.
Wie oben erläutert wird die Ziel-CAt*, berechnet im Block B1302, zur Berechnung des Ziel-Drossel-Öffnungsgrad TP* im Block B1305 verwendet. Die Beziehung zwischen der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAt, berechnet aus der Drossel-Ansaugluft-Flussrate Qthv unter Verwendung der Gleichung (3$) und dem Drosselöffnungsgrad TP wird in diesem Zusammenhang vorab gemessen, und wird als ein Beziehungskennfeld zwischen der effektiven Öffnungsfläche und dem Drosselöffnungsgrad gespeichert, wobei die tatsächliche effektive Öffnungsfläche CAt und der Drosselöffnungsgrad TP einander in einer Eins-zu-Eins-Beziehung entsprechen. Dieses Kennfeld kann zur Berechnung des Ziel-Drosselöffnungsgrad TP* aus der effektiven Ziel-Öffnungsfläche CAt* verwendet werden.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Berechnen eines Drossel-Öffnungsgrad-Lernwerts TPLRN erläutert, um den Fehler zwischen dem Ziel Qthv und dem tatsächlichen Qthv zu verringern, der verursacht wird durch Dispersionen des Drosselkörpers und der verschiedenen Sensoren und verschiedenen Schätzfehler, wenn die Drossel unter Verwendung des Ziel-Drosselöffnungsgrads TP*, der wie oben beschrieben berechnet wird, gesteuert wird.
Zur Berechnung des Drossel-Öffnungsgrad-Lernwerts TPLRN wird im Block B1306 die tatsächliche effektive Öffnungsfläche CAti, die zum Lernen verwendet wird, aus der tatsächlichen Drossel-Ansaugluft-Flussrate Qthv, der Schallgeschwindigkeit α2d der Drossel und der dimensionslosen Flussrate σ berechnet. Im Block B1307 wird dann ein Drossel-Öffnungsgrad zum Lernen aus der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAti berechnet, indem das gleiche Kennfeld wie im Block B1305 verwendet wird. Im Block B1308 wird dann eine Abweichung ΔTP (=TP*-TPi) zwischen dem Ziel-Drosselöffnungsgrad TP* und dem Drosselöffnungsgrad zum Lernen TPi als ein Drossel-Öffnungsgrad-Basislernwert berechnet. Im Block B1309 wird der Drossel-Öffnungsgrad-Lernwert TPLRN berechnet, zum Beispiel durch Integrieren von ΔTP, und wird gespeichert. Eine detaillierte Beschreibung der Speicherverarbeitung für den Drossel-Öffnungsgrad-Lernwert TPLRN im Block B1309 erfolgt später. Der Ziel-Drosselöffnungsgrad TP* und der Drossel-Öffnungsgrad-Lernwert TPLRN, der wir oben beschrieben berechnet wird, werden im Block B1310 miteinander addiert, wodurch ein Ziel-Drossel-Öffnungsgrad nach der Korrektur durch Lernen TPLRN* zum finalen Ansteuern des Drosselventils 4 berechnet wird.
In der Berechnungsverarbeitung für den Drossel-Öffnungsgrad-Lernwert wird auf diese Art und Weise der Drossel-Öffnungsgrad-Lernwert TPLRN auf Grundlage des Drossel-Öffnungsgrad-Basislernwerts ΔTP (Abweichung zwischen dem Ziel-Öffnungsgrad TP* und dem Öffnungsgrad zum Lernen TPi) berechnet, und der Ziel-Drosselöffnungsgrad TP* wird unter Verwendung des Drossel-Öffnungsgrad-Lernwerts TPLRN korrigiert, wodurch der Ziel-Drosselöffnungsgrad nach Korrektur Lernen TPLRN* berechnet wird.
Auch bezugnehmend auf 15 wird im Folgenden eine Lernfunktion der Drossel-Öffnungsgradsteuerung spezifisch erläutert. 15 ist ein Diagramm zur Darstellung des Verfahrens der Berechnung des Drossel-Öffnungsgrad-Basislernwerts. Wenn in diesem Zusammenhang der Drosselöffnungsgrad TP und die tatsächliche effektive Öffnungsfläche CAt als zueinander in einer Eins-zu-Eins-Basis entsprechend angenommen werden, und ein Fehler auftritt zwischen der Ziel-Drossel-Ansaugluftmenge Qthv* und der tatsächlichen Drossel-Ansaugluftmenge Qthv, tritt ebenfalls ein Fehler zwischen der effektiven Zielöffnungsfläche CAt*. berechnet aus der Ziel-Drossel-Ansaugluftmenge Qthv*, und der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAti, die auf der tatsächlichen Drossel-Ansaugluftmenge Qthv berechnet wird.
Wie in 15 gezeigt, wird zum Beispiel ein Fall betrachtet, bei dem ein Fehler zwischen dem Beziehungskennfeld (im Folgenden als „CAt-TP-Kennfeld“ bezeichnet) (verwendet in den Blöcken B1305 und B1307, Verweis auf die gestrichelte Linie) zwischen der effektiven Öffnungsfläche und dem Drosselöffnungsgrad, der für die Steuerung verwendet wird, und der Beziehung (im Folgenden als „tatsächliche CAt-TP-Beziehung“, Verweis auf die durchgezogene Linie) zwischen der tatsächlichen Öffnungsfläche Cat und dem tatsächlichen Drosselöffnungsgrad TP auftritt, der berechnet wird durch eine Schätzung unter Berücksichtigung der Dispersion des Drosselkörpers der Kraftmaschine 1, wobei es sich um den gegenwärtigen Gegenstand der Steuerung handelt, und den Dispersionen der verschiedenen Sensoren zum Messen des Ansaugkrümmerdrucks Pb, der Ansauglufttemperatur Ta, und dergleichen.
In diesem Zusammenhang wird die Beziehung zwischen der Ziel-Öffnungsfläche CAt* und dem Ziel-Drosselöffnungsgrad TP* als ein Punkt „a“ an dem CAt-TP-Kennfeld von 15 wiedergegeben. Einen Fehler zwischen dem CAt-TP-Kennfeld (gestrichelte Linie) und der tatsächlichen CAt-TP-Beziehung (durchgezogene Linie), wie in 15 gezeigt, auftritt, unterscheidet sich die tatsächliche effektive Öffnungsfläche CAti eines Punktes „b“ an der tatsächlichen CAt-TP-Beziehung (durchgezogene Linie) entsprechend dem Ziel-Drosselöffnungsgrad TP* von der effektiven Ziel-Öffnungsfläche CAt*. In dem Fall stimmt die tatsächliche Drossel-Ansaugluftmenge Qthv, die erfasst wird, wenn der Drosselöffnungsgrad TP gesteuert wird, um mit dem Ziel-Drosselöffnungsgrad TP* übereinzustimmen, daher nicht mit der Ziel-Drossel-Ansaugluftmenge Qthv* überein.
Um den Lernwert zum Korrigieren dieses Fehlers zu berechnen, wird dann die tatsächliche effektive Öffnungsfläche CAti berechnet, auf Grundlage der tatsächlichen Drossel-Ansaugluftmenge Qthv, die gemessen wird, wenn der Drosselöffnungsgrad TP gesteuert wird, um mit dem Ziel-Öffnungsgrad TP* übereinzustimmen. Die Beziehung zwischen der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAti und dem Ziel-Öffnungsgrad TP* wird durch den Punkt „b“ an der Kurve der tatsächlichen CAt-TP-Beziehung (durchgezogene Linie) von 15 wiedergegeben.
Um die effektive Ziel-Öffnungsfläche CAt* (Ziel-Drossel-Ansaugluftmenge Qthv*) zu erreichen, muss der Drosselöffnungsgrad TP in 15 gesteuert werden, um mit einem Punkt „d“ an der Kurve der tatsächlichen CAti-TP-Beziehung (durchgezogene Linie) übereinzustimmen. Eine Differenz zischen dem Punkt „a“ und dem Punkt „d“ muss daher als ein Lernwert berechnet werden. Wenn in diesem Zusammenhang, wie in 15 gezeigt, angenommen wird, dass das CAt-TP-Kennfeld (gestrichelte Linie) und die tatsächliche CAt-TP-Beziehung (durchgezogene Linie) lokal parallel zueinander angenähert werden, wird ein Drosselöffnungsgrad zum Lernen TPi unter Verwendung des CAt-TP-Kennfelds (gestrichelte Linie) auf Grundlage der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAti berechnet, die berechnet wird aus der tatsächlichen Drossel-Ansaugluftmenge Qthv, wenn der Drosselöffnungsgrad TP gesteuert wird, um mit dem Ziel-Drosselöffnungsgrad TP* übereinzustimmen.
Die Beziehung zwischen dem somit berechneten Drosselöffnungsgrad zum Lernen TPi und der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAti wird durch einen Punkt „c“ an dem CAt-TP-Kennfeld (gestrichelte Linie) der 15 wiedergegeben. Der Drossel-Öffnungsgrad-Basislernwert ΔTP (=TP*-TPi), wiedergegeben als eine Differenz zwischen dem Punkt „b“ und dem Punkt „c“ kann somit als nahezu gleich dem Basislernwert zwischen dem Punkt „a“ und dem Punkt „d“ betrachtet werden. Ein Wert, der erfasst wird durch Multiplizieren dieses Drossel-Öffnungsgrad-Basislernwerts ΔTP mit einer Verstärkung, und dann einem Integrieren des Produkts, ist der Drossel-Öffnungsgrad-Lernwert TPLRN. Der Fehler zwischen der Ziel-Drossel-Ansaugluftmenge Qthv* und der tatsächlichen Drossel-Ansaugluftmenge Qthv wird verringert, durch ein Steuern des Drosselöffnungsgrads basierend auf dem Ziel-Drosselöffnungsgrad nach Korrektur durch Lernen TPLRN*, berechnet durch Addieren des Drossel-Öffnungsgradlernwert TPLRN zu dem Ziel-Drosselöffnungsgrad TP*.
Wenn der Drosselöffnungsgrad TP als ein Ergebnis berechnet wird, um die Ziel-Drossel-Ansaugluftmenge Qthv* zu erfassen, kann die Beziehung zwischen der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAt und dem Drosselöffnungsgrad TP durch Lernen korrigiert werden, sodass die Ziel-Drossel-Ansaugluftmenge Qthv* approximativ mit Bezug auf die Dispersionen des Drosselkörpers und der verschiedenen Sensoren und den Fehlern in den verschiedenen Schätzwerten erreicht wird. Wenn in diesem Zusammenhang der Fehler zwischen dem CAt-TP-Kennfeld (gestrichelte Linie) und der tatsächlichen CAt-TP-Beziehung (durchgezogene Linie) approximativ konstant ist (praktisch parallel zueinander), kann eine geeignete Steuerung über einen gesamten Betriebsbereich durchgeführt werden, selbst dann, wenn der Drosselöffnungsgrad-Lernwert TPLRN einzig für die Feedback-Steuerung verwendet wird.
Im Übrigen kann zum Beispiel, wie in 16 gezeigt, (1) wenn das CAt-TP-Kennfeld die tatsächliche CAT-TP-Beziehung kreuzt (Verweis auf die durchgezogene Linie), oder (2) wenn der Fehler des CAt-TP-Kennfelds nicht konstant (parallel) mit Bezug auf die tatsächliche CAt-TP-Beziehung (Verweis auf die gestrichelt-gepunktete Linie) ist, ein derartiges Problem wie eine Verzögerung im Folgen und ein Überspringen in einem transienten Betrieb auftreten, wenn einzig der Drossel-Öffnungsgrad-Lernwert TPLRN verwendet wird.
Um diesen Fall zu behandeln ist es daher, wie in 14 gezeigt, wünschenswert, dass der Drossel-Öffnungsgrad-Basislernwert ΔTP gespeichert wird nach einer Verteilung auf einen Echtzeit-Lernwert TPR, der für eine Feedback-Steuerung verwendet wird, und einen Langzeit-Lernwert TPL, der gespeichert wird für jeweilige Lernbereiche entsprechend der CAt-Achse (horizontale Achsen der 15 und 16) des CAt-TP-Kennfelds, und der Drossel-Öffnungsgrad-Lernwert TPLRN wird auf Grundlage des Echtzeit-Lernwerts TPR und dem Langzeit-Lernwert TPL berechnet. Als ein Ergebnis kann eine Summe des Werts an dem CAt-TP-Kennfeld und dem Langzeit-Lernwert TPL als in der Nähe zu der tatsächlichen CAt-TP-Beziehung gebracht werden. Wenn darüber hinaus der Echtzeit-Lernwert TPR simultan verwendet wird, kann ein momentaner Fehler durch die Feedback-Steuerung absorbiert werden. Bezugnehmend auf die erläuternden Diagramme der 17 und 18 zusammen mit dem funktionalen Blockdiagramm der 14 erfolgt im Folgenden eine detaillierte Beschreibung des Verfahrens zum Berechnen und Speichern des Drossel-Öffnungsgrad-Lernwerts.
In 14 wird im Block B1401 die Verteilungsverarbeitung für den Drossel-Öffnungsgrad-Basislernwert ΔTP ausgeführt, und der Drossel-Öffnungsgrad-Basislernwert ΔTP wird auf den Echtzeit-Lernwert TPR und den Langzeit-Lernwert TPL bei einem bestimmten Verhältnis, das voreingestellt ist, erteilt. Ein Schaltmittel 1404a gibt eine „0“ in Block B1402 zum Berechnen des Echtzeit-Lernwerts ein, wenn eine Rückstellbedingung, die vorab eingestellt ist, erfüllt ist. Ein Schaltmittel 1404a gibt einen vorhergehenden Echtzeit-Lernwert TPR (n-1) ein, wenn eine Aktualisierungsunterdrückungsbedingung, die vorab eingestellt ist, erfüllt ist. Ein Schaltmittel 1404a gibt darüber hinaus, wenn weder die Rückstellbedingung noch die Aktualisierungsunterdrückungsbedingung für den Echtzeit-Lernwert TPR erfüllt ist, den Drossel-Öffnungsgrad-Basislernwert ΔTP nach der Verteilung ein. Wenn daher im Block 1402 weder die Rückstellbedingung noch die Aktualisierungsunterdrückungsbedingung (später erläutert) für den Echtzeit-Lernwert TPR erfüllt ist, wird ein finaler Echtzeit-Lernwert TPR auf Grundlage des Drossel-Öffnungsgrad-Basislernwert ΔTP nach der Verteilung berechnet.
Ein Schaltmittel 1401b gibt dann, wenn die im Voraus eingestellte Aktualisierungsunterdrückungsbedingung erfüllt ist, einen vorhergehenden Langzeit-Lernwert TPL (n-1) in Block B1403 ein, und gibt dann, wenn die Aktualisierungsunterdrückungsbedingung für den Langzeit-Lernwert TPL nicht erfüllt ist, den Drossel-Öffnungsgrad-Basislernwert ΔTP nach der Verteilung ein. Wenn daher im Block B1403 die Aktualisierungsunterdrückungsbedingung für den Langzeit-Lernwert TPL nicht erfüllt ist, wird auf Grundlage des Drossel-Öffnungsgrad-Basislernwerts ΔTP nach der Verteilung der finale Langzeit-Lernwert TPL für jeden Lernbereich entsprechend der CAt-Achse des CAt-TP-Kennfelds berechnet.
Es wird vermerkt, dass spezifische Beispiele der Aktualisierungsunterdrückungsbedingung für die Schaltmittel 1404a und 1404b einen Fall beinhalten, bei dem das Druckverhältnis Pb/P2 des Ansaugkrümmerdrucks Pb zu dem geschätzten P2 einen Wert aufweist, der gleich zu oder größer als ein Schwellenwert F ist, er im Voraus eingestellt ist, und einen Fall, bei dem der Ansaugkrümmerdruck-Spitzenwert größer als der stromaufwärtsseitige Drosseldruck ist. Da in diesen Fällen ein Fehler in der Berechnung der Gleichung (34) auftritt, können die Aktualisierungen des Echtzeit-Lernwerts TPR und des Langzeit-Lernwert TPL unterdrückt werden.
Als ein spezifisches Beispiel der Rückstellbedingung für das Schaltmittel 1404a in einer Periode, in der eine abgelaufene Zeit nach einer zeitlichen Änderungsrate dQthv*/dt der Ziel-Drossel-Ansaugluftmenge Qthv* einen Wert erreicht, der gleich zu oder größer als ein Schwellenwert G ist, der im Voraus eingestellt ist, kleiner ist als ein Schwellwert H ist, der im Voraus eingestellt ist, kann darüber hinaus der Echtzeit-Lernwert TPR zurückgestellt werden. Diese Bedingung, die einer Detektion eines transienten Betriebs entspricht, kann ebenso als Aktualisierungsunterdrückungsbedingung für den Langzeit-Lernwert TPL verwendet werden, um ein inkorrektes Lernen zu unterdrücken.
Im Block B1404 wird der Langzeit-Lernwert TPL begrenzt, sodass das CAt-TP-Kennfeld und die tatsächliche CAt-TP-Beziehung nach der Korrektur durch die Addition des Langzeit-Lernwerts TPL einen monotonen Anstieg darstellen. Dies ist ebenso eine Verarbeitung zum Unterdrücken eines inkorrekten Lernens, und ist eine Verarbeitung zum Beibehalten der Beziehung zwischen dem Drosselöffnungsgrad und der Ansaugluftmenge als einen monotonen Anstieg. Im Block B1405 wird der Langzeit-Lernwert TPL nach der monotonen Anstiegsverarbeitung für jeden Lernbereich gespeichert. Im Block B1406 werden der Echtzeit-Lernwert TPR und der Langzeit-Lernwert TPL miteinander addiert, um den Drossel-Öffnungsgrad-Lernwert TPLRN zu berechnen.
Es wird vermerkt, dass im Block B1405 der Langzeit-Lernwert in einem Backup-Speicher gespeichert wird. Wenn mit anderen Worten die Kraftmaschine 1 gestoppt wird, oder eine Stromversorgung in der ECU 100 abgeschaltet wird, wird der Echtzeit-Lernwert TPR zurückgestellt, jedoch wird der Langzeit-Lernwert TPL in dem Backup-Speicher gehalten.
Bezugnehmend auf die 17 und 18 folgt im Folgenden eine spezifische Beschreibung der Verarbeitung zum Berechnen des Langzeit-Lernwerts TPL für jeden Lernbereich, wie in 14 dargestellt. Die 17 und 18 sind Diagramme zur Darstellung der Speicherverarbeitung und der monotonen Anstiegsverarbeitung für den Langzeit-Lernwert. In 15 ist der Drossel-Öffnungsgrad-Basislernwert ΔTP die Differenz zwischen dem Punkt „b“ und dem Punkt „c“, wird jedoch ebenso als Lernwert zwischen dem Punkt „a“ und dem Punkt „d“ angewendet. Es wird nun ein Fall betrachtet, bei dem der Drossel-Öffnungsgrad-Basislernwert ΔTP verteilt und für jeden Lernbereich entsprechend der CAt-Achse des CAt-TP-Kennfelds an einer Eins-zu-Eins-Basis gespeichert wird. In diesem Zusammenhang, wie in 15 gezeigt, wird der verteilte Drossel-Öffnungsgrad-Basislernwert ΔTP als der Langzeit-Lernwert TPL in zumindest einem von einem Lernbereich entsprechend der CAt-Achse vor und nach der effektive Ziel-Öffnungsfläche CAt* oder einem Lernbereich entsprechend der CAt-Achse vor und nach der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAti gespeichert werden.
Es wird vermerkt, dass der Langzeit-Lernwert TPL, der gespeichert ist in jedem Lernbereich entsprechend der CAt-Achse, berechnet werden kann durch Addieren eines bestimmten Werts, der vorab eingestellt ist, basierend auf dem Drossel-Öffnungsgrad-Basislernwert ΔTP zu dem vorhergehenden Langzeit-Lernwert TPL (n-1), oder durch Berechnen eines Werts entsprechend eines Verhältnisses eines Abstands von dem bestimmten Wert zu der CAt-Achse vor und nach der effektiven Ziel-Öffnungsfläche CAt* zu einem Abstand von dem bestimmten Wert zu der CAt-Achse vor und nach der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAti und einem Addieren des berechneten Werts zu dem vorhergehenden Langzeit-Lernwerts TPL (n-1). Wenn darüber hinaus die Langzeit-Lernwerte TPL für sowohl die effektive Ziel-Öffnungsfläche CAt* als auch der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAti gespeichert werden, kann eine Konvergenzperiode des Langzeit-Lernwerts TPL verringert werden.
Wenn der Langzeit-Lernwert TPL auf diese Art und Weise berechnet wird, ist die Bedingung zum Erlauben des Lernens nur der Fall, bei dem die Aktualisierungsunterdrückungsbedingung nicht erfüllt ist, und das Lernen wird daher tatsächlich nur in einem normal verwendeten Bereich des stationären Zustandsbetriebs ausgeführt. Darüber hinaus befinden sich im Allgemeinen der Drosselöffnungsgrad CP und die Ansaugluftmenge Qthv in der monoton anwachsenden Beziehung, und die Beziehung zwischen der effektiven Öffnungsfläche CAt und dem Drosselöffnungsgrad TP muss daher ebenso eine monoton ansteigende Beziehung sein.
Wenn jedoch das lokale Lernen ausgeführt wird, wie durch die gestrichelte Linie und den gestrichelten Linienrahmen gemäß 18 angezeigt, kann es sein, dass die Summe (Verweis auf die gestrichelte Linie) des Wertes des CAt-TP-Kennfelds (Verweis auf die durchgezogene Linie) und dem Langzeit-Lernwert TPL nicht monoton ansteigt. Obwohl in diesem Fall zum Beispiel die Ziel-Drossel-Ansaugluftmenge Qthv* ansteigt, wird der Ziel-Öffnungsgrad nach Korrektur durch Lernen TPLRN* verringert, was zu Problemen einer Verringerung in der Ausgabe der Kraftmaschine 1 und einem inkorrekten Lernen des Drossel-Öffnungsgrad-Lernwerts TPLRN führt.
Im Block B1404 wird daher, wie durch die gepunktete Linie und den gepunkteten Linienrahmen von 18 angezeigt, eine Verarbeitung zum Begrenzen des Langzeit-Lernwerts TPL für jeden Lernbereich für jeden Langzeit-Lernwert TPL ausgeführt, sodass die Summe (Verweis auf die gepunktete Linie) des Werts des CAt-TP-Kennfelds (Verweis auf die durchgezogene Linie) und dem Langzeit-Lernwert TPL monoton ansteigt. Als ein Ergebniskann das inkorrekte Lernen des Drossel-Öffnungsgrad-Lernwerts TPLRN und ein fehlerhafter Betrieb verhindert werden. Als ein Ergebnis der oben erläuterten Konfiguration kann der Drosselöffnungsgrad durch Lernen korrigiert werden, und die Beziehung zwischen dem Drosselöffnungsgrad und der effektiven Öffnungsfläche kann erlernt werden.
In dieser Ausführungsform wurde beschrieben, dass der stromaufwärtsseitige Drosseldruck P2 geschätzt werden kann, indem das physikalische Modell des Ansaug-beziehungsweise Einlasssystems gemäß der vorliegenden Erfindung für das Steuersystem für eine mit einem Turbocharger ausgestattete Kraftmaschine auf diese Art und Weise angewendet wird. Der geschätzte P2 kann verwendet werden, um die Zylinder-Ansaugluftmenge Qc und dergleichen genau zu berechnen, selbst in einem System ohne den stromaufwärtsseitigen DrosselDrucksensor. Der geschätzte P2 kann darüber hinaus auch für eine Fehlerdiagnose des stromaufwärtsseitigen Drossel-Drucksensors in einem System mit dem stromaufwärtsseitigen Drosselsensor verwendet werden. Ferner kann P2 genau geschätzt werden, indem der stromaufwärtsseitige Drosseldruck korrigiert wird, und die Zylinder-Ansaugluftmenge Qc und dergleichen kann unter Verwendung des korrigierten P2 genau berechnet werden.
Wie oben erläutert umfasst die Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dieser Ausführungsform das Drosselventil 4, das bereitgestellt ist in dem Ansaugsystem der Verbrennungskraftmaschine, den Drossel-Öffnungsgradsensor 14 (Drossel-Öffnungsgrad-Detektionselement) zum Detektieren des Öffnungsgrads des Drosselventils 4, den Supercharger 36 mit dem Kompressor 31, bereitgestellt in dem Ansaugsystem stromaufwärts von dem Drosselventil 4, das Drossel-Stromaufwärts-Druck-Steuerelement (ECU 100) zum Steuern des Antriebszustands des Superchargers 36, wodurch der stromaufwärtsseitige Drosseldruck P2 gesteuert wird, wobei es sich um den Druck in dem supergeladenen Abschnitt stromabwärts von dem Kompressor und stromaufwärts des Drosselventils handelt, das AFS 12 (Ansaugluftmengen-Detektionselement), bereitgestellt stromaufwärts von dem Kompressor 31, zum Detektieren der Ansaugluftmenge Qa, den Ansaugkrümmer-Drucksensor 15 (Ansaugkrümmer-Druckdetektionselement) zum Detektieren des Drucks in dem Ansaugkrümmerabschnitt (Ansaugkrümmer 5), stromabwärts von dem Drosselventil, als den Ansaugkrümmerdruck Pb, das Zylinder-Ansaugluftmengen-Berechnungselement (ECU 100) zum Berechnen der Zylinder-Ansaugluftmenge Qc, die von dem Ansaugkrümmerabschnitt in den Zylinder 8 angenommen wird, auf Grundlage des Ansaugkrümmerdrucks Pb, und das Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzelement (ECU 100) zum Berechnen der mittleren Dichte pave(n) in dem Bereich, der den supergeladenen Abschnitt und den Ansaugkrümmerabschnitt miteinander kombiniert (Bereiche „b“, „c“ und „d“ von 3) auf Grundlage der Ansaugluftmenge Qa und der Zylinder-Ansaugluftmenge Qc, und zum Schätzen des stromaufwärtsseitigen Drosseldrucks P2 auf Grundlage des Ansaugkrümmerdrucks Pb und der mittleren Dichte pave(n), um den geschätzten stromaufwärtsseitigen Drosseldruck als den Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzwert (geschätzter P2) auszugeben. Diese Ausführungsform ist auf diese Art und Weise konfiguriert, und die mittlere Dichte pave(n) in dem Bereich, der den supergeladenen Abschnitt und den Ansaugkrümmerabschnitt miteinander kombiniert (Bereiche „b“, „c“ und „d“ von 3) kann auf Grundlage der Ansaugluftmenge Qa und der Zylinder-Ansaugluftmenge Qc berechnet werden, wodurch der stromaufwärtsseitige Drosseldruck P2 auf Grundlage des Ansaugkrümmerdrucks Pb und der mittleren Dichte pave(n) geschätzt wird. Der Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzwert (geschätzter P2) kann verwendet werden, um zum Beispiel die Drosselsteuerung und die Drossel-Stromaufwärtsdruck-Steuerung auszuführen. In einem Fall eines Steuersystems für eine mit einem Supercharger ausgestattete Kraftmaschine mit dem Drossel-Stromaufwärtsdruck-Sensor, kann der Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzwert (geschätzter P2) zum Beispiel für eine Fehlerbestimmung für den stromaufwärtsseitigen Drosseldrucksensor verwendet werden.
Die Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dieser Ausführungsform enthält darüber hinaus den Ansaugkrümmer-Temperatursensor 16) Ansaugkrümmer-Temperaturdetektionselement) zum Detektieren der Temperatur in dem Ansaugkrümmerabschnitt als die Ansaugkrümmertemperatur Tb, und den I/C 30 (Zwischenkühler), bereitgestellt in dem supergeladenen Abschnitt, zum Verringern der Temperatur in dem supergeladenen Abschnitt. Das Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzelement (ECU 100) enthält das Zwischenkühler-Stromabwärtstemperatur-Schätzelement zum Schätzen der Temperatur T2d in dem supergeladenen Abschnitt, der sich stromabwärts von dem Zwischenkühler befindet, auf Grundlage der Ansaugkrümmer-Temperatur Tb, und schätzt den stromaufwärtsseitigen Drosseldruck P2 auf Grundlage des Ansaugkrümmerdrucks Pb, der mittleren Dichte pave(n) und der stromabwärtsseitigen Zwischenkühlertemperatur T2d. Der stromaufwärtsseitige Drosseldruck kann somit auch in dem Steuersystem für eine mit einem Supercharger ausgestattete Kraftmaschine geschätzt werden, das in dem supergeladenen Abschnitt einen Zwischenkühler enthält.
In der Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dieser Ausführungsform ist der Supercharger 36 darüber hinaus der Turbocharger 36, der durch die Turbine 32 ausgebildet wird, die bereitgestellt ist in dem Abgassystem der Verbrennungskraftmaschine, sowie dem Kompressor 31, der konfiguriert ist zum integralen Rotieren mit der Turbine 32, und das Drossel-Stromaufwärtsdruck-Steuerelement (ECU 100) betreibt das Waste-Gate-Ventil 34, das bereitgestellt ist in der Bypasspassage zum Umgehen der Turbine 32, wodurch der stromaufwärtsseitige Drosseldruck P2 gesteuert wird. Der stromaufwärtsseitige Drosseldruck P2 kann daher selbst in dem Steuersystem für eine Kraftmaschine, die mit einem Turbocharger ausgestattet ist, einschließlich dem Waste-Gate-Ventil 34 geschätzt werden, und es kann zum Beispiel eine Feedback-Steuerung unter Verwendung des Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzwerts (geschätzter P2) ausgeführt werden.
In der Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dieser Ausführungsform wird das Waste-Gate-Ventil 34 darüber hinaus durch den elektrischen Motor angetrieben. Der stromaufwärtsseitige Drosseldruck P2 kann daher selbst in dem Steuersystem für eine mit einem Turbocharger ausgestattete Kraftmaschine, die ein elektrisches Waste-Gate-Ventil beinhaltet, geschätzt werden.
Die Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dieser Ausführungsform enthält darüber hinaus den Beschleuniger-beziehungsweise Gaspedal-Öffnungsgrad-Detektionssensor 40 (Beschleuniger-beziehungsweise Gaspedal-Öffnungsgrad-Detektionselement) zum Detektieren einer Beschleuniger-beziehungsweise Gaspedal-Betriebsgröße durch den Fahrer, das Drosselventil-Steuerelement (ECU 100) zum Berechnen, auf Grundlage der Gaspedalbetriebsgröße, der Ziel-Ansaugluftmenge (Ziel-Qthv*), die durch das Drosselventil 4 hindurchtritt, und zum Steuern des Drosselventils 4 auf Grundlage der Ziel-Ansaugluftmenge (Ziel-Qthv*), des Ansaugkrümmerdrucks Pb, des Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzwert (geschätzter P2), und der Ansaugluftmenge Qa, sowie den Drossel-Öffnungsgradsensor 14 (Drossel-Öffnungsgrad-Detektionselement) zum Detektieren des tatsächlichen Drosselöffnungsgrads TP des Drosselventils 4. Das Drosselventil-Steuerelement enthält das Beziehungskennfeld-Speicherelement zum Speichern des Beziehungskennfelds zwischen dem Drosselöffnungsgrad TP, erfasst durch Messen und vorab angepasst, und der effektiven Öffnungsfläche CAt, das tatsächliche effektive Öffnungsflächen-Berechnungselement zum Berechnen der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAt des Drosselventils 4 auf Grundlage des Ansaugkrümmerdrucks Pb, des Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzwerts (geschätzter P2) und der Ansaugluftmenge Qa, das Drossel-Öffnungsgrad-Lernelement zum Lernen und Korrigieren des Beziehungskennfelds auf Grundlage des detektieren tatsächlichen Drosselöffnungsgrads TP und der berechneten tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAt, das das Ziel-Effektivöffnungsflächen-Berechnungselement zum Berechnen der effektiven Ziel-Öffnungsfläche CAt* des Drosselventils 4 auf Grundlage der Ziel-Ansaugluftmenge (Ziel-Qhtv*), des Ansaugkrümmerdrucks Pb und des Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzwert (geschätzter P2), und das Ziel-Drosselöffnungsgrad-Berechnungselement zum Berechnen des Ziel-Drosselöffnungsgrad TP* auf Grundlage des Beziehungskennfelds, das korrigiert wird durch Lernen und der effektiven Ziel-Öffnungsfläche CAt*. Der Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzwert (geschätzter P2) kann daher verwendet werden, um das Beziehungskennfeld zwischen der effektiven Öffnungsfläche CAt und dem Drosselöffnungsrad TP zu erlernen, wodurch die Ziel-Ansaugluftmenge genau gesteuert wird.
In der Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dieser Ausführungsform enthält das Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzelement darüber hinaus das Dispersionsberechnungselement zum berechnen des Fehlers zwischen der Beziehung zwischen dem tatsächlichen Drosselöffnungsgrad TP und der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAt und dem Beziehungskennfeld, das durch Lernen korrigiert wird, und der Dispersion des Fehlers, das Dispersionsbereichs-Bestimmungselement zum Bestimmen, ob oder ob nicht die Dispersion des Fehlers in dem ersten Bereich (Schwellenwert B) fällt, der vorab eingestellt ist, das Beziehungsbereich-Bestimmungselement zum Bestimmen, ob oder ob nicht die Beziehung zwischen dem tatsächlichen Drosselöffnungsgrad TP und der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAt in dem zweiten Bereich fällt, der vorab eingestellt ist, mit Bezug auf das Beziehungskennfeld (ob oder ob nicht der tatsächliche Drosselöffnungsgrad TP in den Bereich von dem unteren Grenzwert zu dem oberen Grenzwert für den Lernwert fällt), und das Drossel-stromaufwärtsdruck-Korrekturelement zum Korrigieren des Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzwerts (geschätzter P2), wenn die Beziehung zwischen dem tatsächlichen Drosselöffnungsgrad TP und der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAt außerhalb des zweiten Bereiches ist und wenn die Dispersion des Fehlers außerhalb des ersten Bereiches ist. Der Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzwert (geschätzter P2) kann daher auf Grundlage der Beziehung zwischen dem tatsächlichen Drosselöffnungsgrad TP und der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAt korrigiert werden, wodurch der stromaufwärtsseitige Drosseldruck P2 genau berechnet wird.
In der Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dieser Ausführungsform ist der Fehler, der durch das Dispersionsberechnungselement berechnet wird, darüber hinaus der Drosselöffnungsgradfehler, der berechnet wird als Abweichung zwischen dem Drosselöffnungsgrad TP, der durch Lernen korrigiert wird bezüglich der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAt, die berechnet wird auf Grundlage des Beziehungskennfelds, das durch Lernen korrigiert wird, und dem tatsächlichen Drosselöffnungsgrad TP und die Dispersion des Fehlers, berechnet durch das Dispersionsberechnungselement, ist eine Varianz oder eine Standardabweichung des Drosselöffnungsgradfehlers. Die Dispersion des Fehlers kann daher leicht unter Verwendung der Varianz oder der Standardabweichung als Dispersion des Fehlers berechnet werden.
In der Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dieser Ausführungsform ist das Drossel-Stromaufwärtsdruck-Korrekturelement darüber hinaus zur Aktualisierung des Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzwerts (geschätzter P2) konfiguriert, um verringert zu werden, wenn der tatsächliche Drosselöffnungsgrad TP entsprechend der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAt größer ist als der obere Drosselöffnungsgrad-Lerngrenzwert, der vorab eingestellt ist, und zum Aktualisieren des Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzwerts (geschätzter P2), um erhöht zu werden, wenn der tatsächliche Drosselöffnungsgrad TP entsprechend der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAt kleiner ist als der untere Drosselöffnungsgrad-Lerngrenzwert, der vorab eingestellt ist. Der Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzwert (geschätzter P2) kann daher auf Grundlage der Beziehung zwischen dem tatsächlichen Drosselöffnungsgrad TP und der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche CAt korrigiert werden, wodurch der Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzwert (geschätzter P2) genau berechnet wird.

Claims

Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, umfassend: ein Drosselventil (4), angeordnet in einem Ansaugsystem (2) der Verbrennungskraftmaschine (1); einen Supercharger (36) mit einem Kompressor (31), angeordnet in dem Ansaugsystem (2), stromaufwärts des Drosselventils (4); eine Drossel-Stromaufwärtsdruck-Steuereinheit (100), konfiguriert zum Steuern eines Antriebszustands des Superchargers (36), wodurch ein stromaufwärtsseitiger Drosseldruck gesteuert wird, wobei es sich um einen Druck in einem supergeladenen Abschnitt (b, c) stromabwärts des Kompressors (31) und stromaufwärts des Drosselventils (4) handelt; eine Ansaugluftmengen-Detektionseinheit (12), angeordnet stromaufwärts des Kompressors (31), und konfiguriert zum Detektieren einer Ansaugluftmenge; eine Ansaugkrümmer-Druckdetektionseinheit (15), konfiguriert zum Detektieren eines Drucks in einem Ansaugkrümmerabschnitt (d) stromabwärts des Drosselventils (4) als ein Ansaugkrümmerdruck; eine Ansaugkrümmer-Temperatur-Detektionseinheit (16), konfiguriert um eine Temperatur in einem Ansaugkrümmerabschnitt (d) als eine Ansaugkrümmertemperatur zu erfassen; und eine Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzeinheit (100), konfiguriert zum Berechnen der Dichte des Ansaugkrümmerabschnitts als eine Ansaugkrümmerdichte anhand des Ansaugkrümmerdrucks und der Ansaugkrümmertemperatur, und zum Berechnen einer mittleren Dichte in einem Bereich (b, c, d), der den supergeladenen Abschnitt (b, c) und den Ansaugkrümmerabschnitt (d) miteinander kombiniert, basierend auf der Ansaugluftmenge, einer vorhergehenden mittleren Dichte und der Ansaugkrümmerdichte und zum Schätzen des stromaufwärtsseitigen Drosseldrucks auf Grundlage des Ansaugkrümmerdrucks und der mittleren Dichte, um den geschätzten stromaufwärtsseitigen Drosseldruck als einen Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzwert auszugeben.
Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Zwischenkühler (30), angeordnet in dem supergeladenen Abschnitt (b, c) und konfiguriert zum Verringern einer Temperatur in dem supergeladenen Abschnitt (b, c), wobei die Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzeinheit (100) eine Zwischenkühler-Stromabwärtstemperatur-Schätzeinheit umfasst, die konfiguriert ist zum Schätzen einer Temperatur in dem supergeladenen Abschnitt (b, c) stromabwärts des Zwischenkühlers (30), basierend auf der Ansaugkrümmertemperatur, und zum Schätzen des stromaufwärtsseitigen Drosseldrucks auf Grundlage des Ansaugkrümmerdrucks, der mittleren Dichte und der stromabwärtsseitigen Zwischenkühlertemperatur.
Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei: der Supercharger (36) einen Turbocharger mit einer Turbine (32) umfasst, die in einem Abgassystem (7) der Verbrennungskraftmaschine (1) angeordnet ist, und der Kompressor konfiguriert ist zum integralen Rotieren mit der Turbine; und die Drossel-Stromaufwärtsdruck-Steuereinheit (100) ein Waste-Gate-Ventil (34) betreibt, das angeordnet ist in einer Bypasspassage, die konfiguriert ist zum Umgehen der Turbine (32), wodurch der stromaufwärtsseitige Drosseldruck gesteuert wird.
Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3, wobei das Waste-Gate-Ventil (34) durch einen elektrischen Motor angetrieben wird.
Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ferner umfassend: eine Gaspedal-Öffnungsgrad-Detektionseinheit (40), die konfiguriert ist zum Detektieren einer Gaspedalbetriebsgröße durch einen Fahrer; eine Drosselventil-Steuereinheit (100), konfiguriert zum Berechnen, auf Grundlage der Gaspedalbetriebsgröße, einer Ziel-Ansaugluftmenge, die durch das Drosselventil (4) zu führen ist, und zum Steuern des Drosselventils (4) auf Grundlage der Ziel-Ansaugluftmenge, des Ansaugkrümmerdrucks, des Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzwerts und der Ansaugluftmenge; und eine Drosselöffnungsgrad-Detektionseinheit (14), konfiguriert zum Detektieren eines tatsächlichen Drosselöffnungsgrad des Drosselventils (4), wobei die Drosselventil-Steuereinheit (100) umfasst: eine Beziehungskennfeld-Speichereinheit, konfiguriert zum Speichern eines Beziehungskennfelds zwischen einem Drosselöffnungsgrad, der durch Messen erfasst und vorab angepasst wird, und einer effektiven Öffnungsfläche; eine tatsächliche effektive Öffnungsflächen-Berechnungseinheit, konfiguriert zum Berechnen einer tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche des Drosselventils (4) basierend auf dem Ansaugkrümmerdruck, dem Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzwert und der Ansaugluftmenge; einer Drosselöffnungsgrad-Lerneinheit, konfiguriert zum Lernen und Korrigieren des Beziehungskennfelds auf Grundlage des detektierten tatsächlichen Drosselöffnungsgrads und der berechneten tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche; eine Ziel-Effektivöffnungsflächen-Berechnungseinheit, konfiguriert zum Berechnen einer effektiven Ziel-Öffnungsfläche des Drosselventils (4) basierend auf der Ziel-Ansaugluftmenge, dem Ansaugkrümmerdruck und dem Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzwert; und eine Ziel-Drosselöffnungsgrad-Berechnungseinheit, konfiguriert zum Berechnen eines Ziel-Drosselöffnungsgrads basierend auf der effektiven Ziel-Öffnungsfläche unter Verwendung des gelernten und korrigierte Beziehungskennfelds.
Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 5, wobei die Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzeinheit (100) umfasst: eine Dispersionsberechnungseinheit, konfiguriert zum Berechnen eines Fehlers zwischen einer Beziehung zwischen dem tatsächlichen Drosselöffnungsgrad und der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche und dem erlernten und korrigierten Beziehungskennfeld, und einer Dispersion des Fehlers; einer Dispersionsbereichs-Bestimmungseinheit, konfiguriert zum Bestimmen, ob oder ob nicht die Dispersion des Fehlers in einen ersten Bereich fällt, der vorab eingestellt ist; eine Beziehungsbereichs-Bestimmungseinheit, konfiguriert zum Bestimmen, ob oder ob nicht der tatsächliche Drosselöffnungsgrad bezüglich der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche in einen zweiten Bereich fällt, der vorab eingestellt ist; und eine Drossel-Stromaufwärtsdruck-Korrektureinheit, konfiguriert zum Korrigieren des Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzwerts, wenn der tatsächliche Drosselöffnungsgrad bezüglich der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche außerhalb des zweiten Bereiches ist und wenn die Dispersion des Fehlers außerhalb des ersten Bereiches ist.
Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6, wobei: der Fehler, der durch die Dispersionsberechnungseinheit berechnet wird, einen Drosselöffnungsgradfehler umfasst, der berechnet wird als eine Abweichung zwischen dem tatsächlichen Drosselöffnungsgrad und einem erlernten und korrigierten Drosselöffnungsgrad bezüglich der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche, die berechnet wird auf Grundlage des erlernten und korrigierten Beziehungskennfelds; und wobei die Dispersion des Fehlers, berechnet durch die Dispersionsberechnungseinheit, zumindest eines umfasst von einer Varianz oder einer Standardabweichung des Drosselöffnungsgradfehlers.
Steuervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Drossel-Stromaufwärtsdruck-Korrektureinheit konfiguriert ist zum: Aktualisieren des Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzwerts, um verringert zu werden, wenn der tatsächliche Drosselöffnungsgrad bezüglich der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche größer ist als ein oberer Drosselöffnungsgrad-Lerngrenzwert, der vorab eingestellt ist; und Aktualisieren des Drossel-Stromaufwärtsdruck-Schätzwerts, um erhöht zu werden, wenn der tatsächliche Drosselöffnungsgrad bezüglich der tatsächlichen effektiven Öffnungsfläche kleiner ist als ein unterer Drosselöffnungsgrad-Lerngrenzwert, der vorab eingestellt ist.