DE112006003091T5

DE112006003091T5 - Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE112006003091T5
Application number: DE112006003091T
Authority: DE
Inventors: Osamu Igarashi; Akihide Okuyama; Masakazu Tabata
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-11-11
Filing date: 2006-10-24
Publication date: 2008-09-25
Also published as: JPWO2007055094A1; WO2007055094A1; CN101305171A; CN101305171B; JP4433051B2

Abstract

Brennkraftmaschinensteuervorrichtung mit:
einem Turbolader zum Aufladen einer Brennkraftmaschine;
einem ersten Ladedruckeinstellaktuator und einem zweiten Ladedruckeinstellaktuator, die beide zur Einstellung eines Ladedrucks fähig sind;
einer Sollwertbestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Sollwerts des Ladedrucks oder eines Sollwerts eines Ladedruckkorrelationswerts, der mit dem Ladedruck korreliert, gemäß einem Betriebszustand;
einer Istwerterfassungseinrichtung zum Erfassen eines Istwerts des Ladedrucks oder eines Istwerts des Ladedruckkorrelationswerts, der mit dem Ladedruck korreliert;
einer Rückkopplungseinrichtung zum Angleichen des Istwerts an den Sollwert durch Sicherstellen, dass eine Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert auf den Zustand des ersten Ladedruckeinstellaktuators wiedergegeben wird; und
einer Empfindlichkeitsänderungseinrichtung zum Ändern der Empfindlichkeit gemäß dem Zustand des zweiten Ladedruckeinstellaktuators, mit der die Abweichung auf den Zustand des ersten Ladedruckeinstellaktuators wiedergegeben wird.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine und insbesondere eine Brennkraftmaschinensteuervorrichtung, die zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit einem Turbolader geeignet ist.
Technologischer Hintergrund
Eine Brennkraftmaschine mit einem Turbolader wird verbreitet eingesetzt. Verschiedenartige Verfahren wurden vorgeschlagen, um ein Turboloch zu verringern, das einen Schwachpunkt einer Turbokraftmaschine darstellt, indem ein variabler Düsenmechanismus hinzugefügt wird, um eine Abgasturbineneinlassfläche variabel zu gestalten, oder indem ein Elektromotor hinzugefügt wird, um eine Unterstützung für eine Turboladerrotation bereitzustellen. Eine in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-239755 offenbarte Vorrichtung steuert den Ladedruck einer Turbokraftmaschine, die sowohl den variablen Düsenmechanismus als auch einen Unterstützungselektromotor aufweist. Diese Vorrichtung führt eine Ladedrucksteuerung auf der Grundlage des variablen Düsenmechanismus vor der Ladedrucksteuerung auf der Grundlage der Antriebskraft des Elektromotors zum Zweck der Vermeidung einer Steuerinstabilität durch, die sich aus einer wechselseitigen Störung zwischen den zwei Ladedrucksteuerabläufen ergeben kann.

Patentdokument 1: japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-239755 .

Offenbarung der Erfindung Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Die herkömmliche Ladedrucksteuervorrichtung, die vorstehend beschrieben ist, führt eine Steuerung aus, um sicherzustellen, dass ein Ist-Ladedruck mit einem Soll-Ladedruck übereinstimmt. Zum Erreichen dieses Zwecks führt die herkömmliche Ladedrucksteuervorrichtung ein Signal von einem Ladedrucksensor zu dem variablen Düsenmechanismus zurück und stellt die Öffnung einer variablen Düse ein. In einem Zustand plötzlicher Beschleunigung betätigt die herkömmliche Ladedrucksteuervorrichtung die variable Düse, um den Ladedruck zu steuern, während sie den Elektromotor antreibt. In einem Zustand außer dem Zustand plötzlicher Beschleunigung unterbindet andererseits die herkömmliche Ladedrucksteuervorrichtung, dass der Elektromotor angetrieben wird, und steuert den Ladedruck unter Verwendung von nur der variablen Düse.
Wie vorstehend beschrieben ist, führt die vorstehend beschriebene herkömmliche Vorrichtung eine Rückkopplungsregelung über die variable Düsenöffnung durch, während sie eine Elektromotorunterstützung für eine Turboladerrotation bereitstellt, oder führt eine Rückkopplungsregelung über die variable Düsenöffnung ohne Bereitstellen einer Elektromotorunterstützung durch. Wenn die Elektromotorunterstützung vorgesehen wird, steigt der Ladedruck rasch an, da die Drehzahl der Turboladerrotation frühzeitig angehoben werden kann. Wenn jedoch keine Elektromotorunterstützung vorgesehen wird, steigt der Ladedruck langsam an. Wie vorstehend beschrieben ist, variiert das Verhalten des Ladedrucks in Abhängigkeit der Tatsache, ob die Elektromotorunterstützung vorgesehen ist. Daher variieren ideale Charakteristiken für die variable Düsenrückkopplungsregelung ebenso. Jedoch berücksichtigt die vorstehend genannte herkömmliche Vorrichtung die vorstehend beschriebenen Umstände nicht angemessen. Folglich ergibt sich bei der vorstehend genannten herkömmlichen Vorrichtung beispielsweise einfach ein Ladedrucküberschwingen, Ladedruckunterschwingen oder Regelabweichungen. In dieser Hinsicht bedarf die vorstehend genannte herkömmliche Vorrichtung noch einer Verbesserung.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das vorstehend genannte Problem zu lösen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschinensteuervorrichtung zu schaffen, die die Möglichkeit unterdrücken kann, dass Ladedrucküberschwingen, Ladedruckunterschwingen und Regelabweichungen bei einer Brennkraftmaschine auftreten, die eine Vielzahl von unterschiedlichen Bauarten von Ladedruckeinstellaktuatoren hat, die den Ladedruck eines Turboladers einstellen können.
Mittel zur Lösung des Problems
Ein erster Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist eine Brennkraftmaschinensteuervorrichtung mit Folgendem:
einem Turbolader zum Aufladen einer Brennkraftmaschine;
einem ersten Ladedruckeinstellaktuator und einem zweiten Ladedruckeinstellaktuator, die beide einen Ladedruck einstellen können;
einer Sollwertbestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Sollwerts des Ladedrucks oder eines Sollwerts eines Ladedruckkorrelationswerts, der mit dem Ladedruck korreliert, gemäß einem Betriebszustand;
einer Istwerterfassungseinrichtung zum Erfassen eines Istwerts des Ladedrucks oder eines Istwerts des Ladedruckkorrelationswerts, der mit dem Ladedruck korreliert;
einer Rückkopplungseinrichtung zum Angleichen des Istwerts an den Sollwert durch Sicherstellen, dass eine Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert auf den Zustand des ersten Ladedruckeinstellaktuators wiedergegeben wird; und
einer Empfindlichkeitsänderungseinrichtung zum Ändern der Empfindlichkeit, mit der die Abweichung auf den Zustand des ersten Ladedruckeinstellaktuators wiedergegeben wird, gemäß dem Zustand des zweiten Ladedruckeinstellaktuators.
Ein zweiter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die Brennkraftmaschinensteuervorrichtung gemäß dem ersten Gesichtspunkt, wobei die Empfindlichkeitsänderungseinrichtung eine Rückkopplungsverstärkung für die Rückkopplungseinrichtung gemäß dem Zustand des zweiten Ladedruckeinstellaktuators ändert.
Ein dritter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die Brennkraftmaschinensteuervorrichtung gemäß dem ersten Gesichtspunkt, wobei die Empfindlichkeitsänderungseinrichtung die Rückkopplungsverstärkung für einen Differentialausdruck der Rückkopplungseinrichtung gemäß dem Zustand des zweiten Ladedruckeinstellaktuators ändert.
Ein vierter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die Brennkraftmaschinensteuervorrichtung gemäß dem ersten Gesichtspunkt, wobei die Empfindlichkeitsänderungseinrichtung einen Grenzwert für das Maß der Rückkopplung, die durch die Rückkopplungseinrichtung bereitgestellt wird, gemäß dem Zustand des zweiten Ladedruckeinstellaktuators ändert.
Ein fünfter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die Brennkraftmaschinensteuervorrichtung gemäß einem ersten bis vierten Gesichtspunkt, wobei der erste Ladedruckeinstellaktuator ein variabler Düsenmechanismus ist, der die Abgasturbineneinlassfläche des Turboladers variiert; wobei der zweite Ladedruckeinstellaktuator ein Elektromotor ist, der eine Unterstützung für eine Turboladerrotation bereitstellt; und wobei die Empfindlichkeitsänderungseinrichtung sicherstellt, dass die Empfindlichkeit, mit der die Abweichung auf die variable Düsenöffnung des variablen Düsenmechanismus wiedergegeben wird, geringer ist, während eine Unterstützung durch den Elektromotor bereitgestellt wird, als dann, während keine Unterstützung durch den Elektromotor bereitgestellt wird.
Ein sechster Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die Brennkraftmaschinensteuervorrichtung gemäß einem ersten bis fünften Gesichtspunkt, ferner mit Folgendem: einer Lerneinrichtung zum Lernen der Konvergenz des Istwerts an dem Sollwert und zum Korrelieren der Rückkopplungsverstärkung für die Rückkopplungseinrichtung.
Ein siebter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die Brennkraftmaschinensteuervorrichtung gemäß einem ersten bis sechsten Gesichtspunkt, wobei die Empfindlichkeitsänderungseinrichtung die Empfindlichkeit kontinuierlich oder gestuft gemäß dem Zustand des zweiten Ladedruckeinstellaktuators ändert.
Ein achter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die Brennkraftmaschinensteuervorrichtung gemäß einem ersten bis siebten Gesichtspunkt, wobei der erste Ladedruckeinstellaktuator ein variabler Düsenmechanismus ist, der die Abgasturbineneinlassfläche des Turboladers variiert; wobei der zweite Ladedruckeinstellaktuator ein Elektromotor ist, der eine Unterstützung für eine Turboladerrotation bereitstellt; und wobei die Empfindlichkeitsänderungseinrichtung sicherstellt, dass die Empfindlichkeit, mit der die Abweichung auf die variable Düsenöffnung des variablen Düsenmechanismus wiedergegeben wird, sich mit einer Änderung des Maßes der Unterstützung verringert, die durch den Elektromotor bereitgestellt wird.
Wirkungen der Erfindung
Gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann die Abweichung zwischen dem Ist-Ladedruckwert oder dem Ist-Ladedruckkorrelationswert und dem Sollwert auf den Zustand des ersten Ladedruckeinstellaktuators wiedergegeben werden, so dass der Ist-Ladedruck oder der Ist-Ladedruckkorrelationswert mit dem Sollwert übereinstimmt. Ferner kann die Empfindlichkeit, mit der die vorstehend genannte Abweichung auf den Zustand des ersten Ladedruckeinstellaktuators wiedergegeben wird, gemäß dem Zustand des zweiten Ladedruckeinstellaktuators geändert werden. Daher kann die vorstehend genannte Abweichung auf den Zustand des ersten Ladedruckeinstellaktuators mit einer geeigneten Empfindlichkeit gemäß dem Zustand des zweiten Ladedruckeinstellaktuators wiedergegeben werden. Folglich kann der erste Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ständig eine geeignete Ladedrucksteuerung gemäß dem Zustand des zweiten Ladedruckeinstellaktuators ausführen und das Ladedrucküberschwingen, -unterschwingen und Regelabweichungen untersuchen.
Gemäß dem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann die Rückkopplungsverstärkung für die Rückkopplungsregelung über den ersten Ladedruckeinstellaktuator auf einen geeigneten Wert gemäß dem Zustand des zweiten Ladedruckeinstellaktuators eingestellt werden. Das macht es möglich, Ladedrucküberschwingen, -unterschwingen und Regelabweichungen zu unterdrücken.
Gemäß dem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann die Differentialausdruckrückkopplungsverstärkung für die Rückkopplungsregelung über den ersten Ladedruckeinstellaktuator auf einen geeigneten Wert gemäß dem Zustand des zweiten Ladedruckeinstellaktuators eingestellt werden. Das macht es möglich, Ladedrucküberschwingen, -unterschwingen und Regelabweichungen zu unterdrücken.
Gemäß dem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann der Rückkopplungsmassgrenzwert für die Rückkopplungsregelung über den ersten Ladedruckeinstellaktuator auf einen geeigneten Wert gemäß dem Zustand des zweiten Ladedruckeinstellaktuators eingestellt werden. Das macht es möglich, Ladedrucküberschwingen, -unterschwingen und Regelabweichungen zu unterdrücken.
Gemäß dem fünften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann der Ladedruck auf einen Sollwert durch Ausführen einer Rückkopplungsregelung über die variable Düsenöffnung des variablen Düsenmechanismus eingestellt werden. Während der Elektromotor, der eine Unterstützung für eine Turboladerrotation bereitstellt, in Betrieb ist, kann ferner die Empfindlichkeit, mit der die Abweichung auf die variable Düsenöffnung wiedergegeben wird, verringert werden. Auch wenn daher der Ladedruck rasch aufgrund einer Elektromotorunterstützung ansteigt, ist es möglich, beispielsweise Ladedrucküberschwingen, -unterschwingen und Regelabweichungen zu unterdrücken.
Gemäß dem sechsten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann die Rückkopplungsverstärkung für die Rückkopplungsregelung über den ersten Ladedruckeinstellaktuator durch Lernen des Ladedrucksteuerzustands korrigiert werden. Daher kann der Einfluss einer Variabilität von Kraftmaschine zu Kraftmaschine und einer Alterung korrekt auf die Ladedruckrührführregelung wiedergegeben werden. Das macht es möglich, beispielsweise Ladedrucküberschwingen, -unterschwingen und Regelabweichungen mit einer erhöhten Sicherheit zu unterdrücken.
Gemäß dem siebten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann die Empfindlichkeit, mit der die Abweichung zwischen dem Soll-Ladedruckwert oder dem Soll-Ladedruckkorrelationswert und dem Istwert auf den Zustand des ersten Ladedruckeinstellaktuators wiedergegeben wird, kontinuierlich oder gestuft gemäß dem Zustand des zweiten Ladedruckeinstellaktuators geändert werden. Daher kann die Empfindlichkeit gemäß dem Zustand des zweiten Ladedruckeinstellaktuators sofort eingestellt werden. Somit kann die Ladedrucksteuerung mit einer verbesserten Eignung ungeachtet des Zustands des zweiten Ladedruckeinstellaktuators ausgeführt werden. Folglich ist es möglich, beispielsweise Ladedrucküberschwingen, -unterschwingen und Regelabweichungen mit einer erhöhten Sicherheit zu unterdrücken.
Gemäß dem achten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann der Ladedruck auf einen Sollwert durch Ausführen einer Rückkopplungsregelung über die variable Düsenöffnung des variablen Düsenmechanismus eingestellt werden, der als der erste Ladedruckeinstellaktuator dient. Ferner kann die Empfindlichkeit, mit der die Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert auf die variable Düsenöffnung wiedergegeben wird, mit einer Erhöhung des Maßes der Turboladerrotationsunterstützung verringert werden, die durch den Elektromotor bereitgestellt wird, der als zweiter Ladedruckeinstellaktuator dient. Somit kann die Empfindlichkeit, mit der die Rückkopplungsregelung über die variable Düsenöffnung ausgeführt wird, optimal gemäß einer Ladedruckanstiegscharakteristik eingerichtet werden, die mit dem Maß der Elektromotorunterstützung variiert. Folglich ist es möglich, beispielsweise Ladedrucküberschwingen, -unterschwingen und Regelabweichungen mit einer erhöhten Sicherheit zu unterdrücken.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 stellt die Konfiguration eines Systems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
2 zeigt ein Kennfeld, das eine Basis-VN-Öffnung definiert.
3 zeigt die Beziehung zwischen der Differentialverstärkung, der Kraftmaschinendrehzahl und der Kraftmaschinenlast.
4 ist ein Zeitabstimmungsdiagramm, das eine Ladedrucksteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt.
5 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine darstellt, die durch das erste Ausführungsbeispiel der ersten Erfindung ausgeführt wird.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm, das eine Routine darstellt, die durch das erste Ausführungsbeispiel der dritten Erfindung ausgeführt wird.
7 zeigt, wie die elektrische Leistung, die zu dem Elektromotor zugeführt wird (Elektromotorabgabe), sich ändert, wenn eine Elektromotorunterstützung für eine Turboladerrotation gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel bereitgestellt wird.
Bester Weg zum Ausführen der Erfindung Erstes Ausführungsbeispiel
[Beschreibung der Systemkonfiguration]
1 stellt die Konfiguration eines Systems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Das in 1 gezeigte System weist eine Dieselkraftmaschine 2 mit einer Vielzahl von Zylindern (vier Zylinder in 1), einem Kraftstoffzuführsystem zum Zuführen von Kraftstoff zu der Dieselkraftmaschine 2, einem Einlasssystem zum Zuführen von Luft zu der Dieselkraftmaschine 2, einem Abgassystem zum Emittieren von Abgas aus der Dieselkraftmaschine 2 und einem Steuersystem zum Steuern des Betriebs der Dieselkraftmaschine 2 auf. Die Dieselkraftmaschine 2 ist in einem Fahrzeug montiert und wird als Antriebsquelle für das Fahrzeug verwendet.
Das Kraftstoffzuführsystem für die Dieselkraftmaschine 2 weist einen Zylinderinneninjektor 32 auf, der Kraftstoff direkt in eine Brennkammer einspritzt. Der Zylinderinneninjektor 32 ist für jeden Zylinder vorgesehen und mit einer Common-Rail 34 verbunden. Anders gesagt ist die Dieselkraftmaschine 2 eine Common-Rail-Dieselkraftmaschine. In einem Kraftstofftank (nicht gezeigt) gespeicherter Kraftstoff wird durch eine Zufuhrpumpe 36 angesaugt, auf einen vorbestimmten Kraftstoffdruck komprimiert und zu der Common-Rail 34 zugeführt. Die Zufuhrpumpe 36 weist eine Niederdruckpumpe und eine Hochdruckpumpe auf, die in der Figur nicht gezeigt sind.
Das Abgassystem für die Dieselkraftmaschine 2 weist einen Abgaskrümmer 6 und ein Abgasrohr 10 auf, das mit dem Abgaskrümmer 6 verbunden ist. Von dem jeweiligen Zylinder der Dieselkraftmaschine 10 emittiertes Abgas wird in dem Abgaskrümmer 6 gesammelt und in das Abgasrohr 10 durch den Abgaskrümmer 6 emittiert. Ein Katalysatorbehälter 30 ist in der Mitte des Abgasrohrs 10 installiert. Ein Katalysator, wie z. B. ein NOx-Katalysator, ein DPF (Dieselpartikelfilter) oder ein DPNR (Dieselpartikel-NOx-Reduktionssystem) ist in dem Katalysatorbehälter 30 positioniert.
Das Einlasssystem für die Dieselkraftmaschine 2 weist einen Einlasskrümmer 4 und ein Einlassrohr 8 auf, das mit dem Einlasskrümmer 4 verbunden ist. Luft wird aus der Atmosphäre entnommen, in das Einlassrohr 8 aufgenommen und zu der Brennkammer eines jeweiligen Zylinders durch den Einlasskrümmer 4 verteilt. Ein Luftfilter 12 ist in einem Einlassabschnitt des Einlassrohrs 8 montiert. Ein Luftdurchflussmessgerät 76 ist in der Nähe sowie stromabwärts des Luftfilters 12 positioniert, um ein Signal gemäß der Durchflussrate der Luft abzugeben, die in das Einlassrohr 8 aufgenommen wird. Ein Einlassdrosselventil 22 ist stromaufwärts des Einlasskrümmers 4 positioniert.
Das System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist einen Turbolader 14 der Bauart mit variabler Düse auf. Dieser Turbolader 14 weist einen Verdichter 14a, eine Abgasturbine 14b und einen variablen Düsenmechanismus 14c auf. Der Verdichter 14a ist in der Mitte des Einlassrohrs 8 zwischen dem Luftdurchflussmessgerät 76 und einem Einlassdrosselventil 22 positioniert. Die Abgasturbine 14b ist in dem vorstehend erwähnten Abgassystem installiert und in der Mitte des Abgasrohrs 10 zwischen dem Abgaskrümmer 6 und dem Katalysatorbehälter 30 positioniert. Der Verdichter 14a und die Abgasturbine 14b drehen sich gemeinsam, da ihre Drehwellen integriert sind. Der Turbolader 14, der vorstehend beschrieben ist, kann eine Aufladung durch Antreiben des Verdichters 14a unter Verwendung der Abgasenergie durchführen, die durch die Abgasturbine 14b zurückgewonnen wird.
Der variable Düsenmechanismus 14c weist eine Düse mit einer einstellbaren Öffnung (im Folgenden als "variable Düse" oder "VN" bezeichnet) und einen Antriebsmechanismus auf, der die Öffnung der variablen Düse elektrisch variiert.
Dieser variable Düsenmechanismus 14c kann den Ladedruck durch Einstellen der Öffnung der variablen Düse steuern. Genauer gesagt verringert sich, wenn die Öffnung der variablen Düse sich verringert, die Einlassfläche der Abgasturbine 14b, so dass die Strömungsgeschwindigkeit einer Abgaseinströmung zu der Abgasturbine 14b sich vergrößert. Das vergrößert die Turboladerdrehzahl, so dass der Ladedruck ansteigt. Wenn andererseits die Öffnung der variablen Düse sich vergrößert, vergrößert sich die Einlassfläche der Abgasturbine 14b, so dass sich die Strömungsgeschwindigkeit der Abgaseinströmung zu der Abgasturbine 14b verringert. Das verringert die Turboladerdrehzahl, so dass sich der Ladedruck verringert. Die Öffnung der variablen Düse wird im Folgenden als die "VN-Öffnung" bezeichnet.
Ein Elektromotor 15 ist zwischen dem Verdichter 14a und der Abgasturbine 14b positioniert, um eine Unterstützung für eine Turborotation bereitzustellen. Wenn elektrische Leistung zu dem Elektromotor 15 zugeführt wird, stellt die Abgabe des Elektromotors 15 eine Unterstützung für die Turboladerrotation zur Verfügung, so dass die Turboladerdrehzahl sofort ansteigt. Der Elektromotor 15 ist eingebaut, um das Turboloch zu mindern und ein verbessertes Ansprechverhalten bereitzustellen.
Ein Drehzahlsensor 16 ist in dem Elektromotor 15 eingebaut, um die Rotordrehzahl des Elektromotors 15, nämlich die Turbodrehzahl, zu erfassen. Ein Zwischenkühler 17 ist stromabwärts des Verdichters 14a eingebaut, um verdichtete Luft zu kühlen. Ein Ladedrucksensor 74, der den Ladedruck erfasst, ist stromabwärts des Zwischenkühlers 17 und noch stromabwärts des Einlassdrosselventils 22 positioniert.
Ein Ende eines Bypassrohrs 50 ist mit der Mitte des Einlassrohrs 8 zwischen dem Verdichter 14a und dem Zwischenkühler 17 verbunden. Der Einlass des Bypassrohrs 50 ist mit einem Bypassventil 18 versehen, das den Einlass öffnen und schließen kann. Das andere Ende des Bypassrohrs 50 ist mit dem Einlassrohr 8 verbunden und stromaufwärts des Verdichters 14a positioniert. Wenn das Bypassventil 18 betätigt wird, um den Einlass des Bypassrohrs 50 zu öffnen, kehrt ein Teil der durch den Verdichter 14a verdichteten Luft zu der Einlassseite des Verdichters 14a zurück. Wenn ein Teil der von dem Verdichter 14a abgegebenen Luft zu der Einlassseite des Verdichters 14a durch das Bypassrohr 50 in einen Betriebszustand zurückkehrt, in dem ein Pumpen des Turboladers 14 wahrscheinlich auftreten kann, kann das Pumpen vermieden werden.
Ferner ist ein Ende eines EGR-Rohrs 24 mit der Mitte des Einlassrohrs 18 zwischen dem Einlassdrosselventil 22 und dem Einlasskrümmer 4 verbunden. Andererseits ist das EGR-Rohr 24 mit dem Abgaskrümmer 6 verbunden. Bei dem System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ein Teil des Abgases in das Einlassrohr 8 durch das EGR-Rohr 24 eingeführt werden. Ein EGR-Kühler 26 ist in der Mitte des EGR-Rohrs 24 positioniert, um das EGR-Gas zu kühlen. Ein EGR-Ventil 28 zum Steuern der Menge des EGR-Gases (EGR-Menge) ist in dem EGR-Rohr 24 eingebaut und stromabwärts des EGR-Kühlers 26 positioniert. Wenn das EGR-Gas, das eine höhere spezifische Wärme und einen geringeren Sauerstoffgehalt als Luft hat, in das Einlassrohr 8 eingeführt wird, kann die Zylinderinnenverbrennungstemperatur verringert werden, so dass sich die Menge der NOx-Erzeugung reduziert.
Das Steuersystem für die Dieselkraftmaschine 2 weist eine ECU (elektronische Steuereinheit) 70 und eine Motorsteuerung 60 auf. Gemäß den Anweisungen von der ECU 70 steuert die Motorsteuerung 60 die Aufbringung von Leistung auf den Elektromotor 15. Die Leistung für den Elektromotor 15 wird von einer Batterie 62 zugeführt. Die ECU 70 ist eine Steuervorrichtung, die eine integrierte Steuerung über das gesamte System bereitstellt. Das Ausgangsende der ECU 70 ist mit einem variablen Düsenmechanismus 14c, einem Zylinderinneninjektor 32, einem Einlassdrosselventil 22, einem EGR-Ventil 28, einem Bypassventil 18 und verschiedenartigen anderen Aktuatoren zusätzlich zu der Motorsteuerung 60 verbunden. Das Eingangsende der ECU 70 ist mit einem Beschleunigeröffnungssensor 72, einem Kurbelwinkelsensor 78 und verschiedenartigen anderen Sensoren zusätzlich zu dem Drehzahlsensor 16, dem Luftdurchflussmessgerät 76 und dem Ladedrucksensor 74 verbunden. Ein Beschleunigeröffnungssensor 72 gibt ein Signal gemäß einer Beschleunigeröffnung ab, nämlich den Niederdrückbetrag eines Beschleunigerpedals (nicht gezeigt). Der Kurbelwinkelsensor 78 gibt ein Signal gemäß dem Drehwinkel einer Kurbelwelle ab. Die Abgabe des Kurbelwinkelsensors 78 kann verwendet werden, um beispielsweise die Kraftmaschinendrehzahl NE [U/min] zu erfassen. Eine Vielzahl von Vorrichtungen und Sensoren außer denjenigen, die vorstehend beschrieben sind, sind ebenso mit der ECU 70 verbunden; jedoch sind sie hier nicht beschrieben. Die ECU 70 treibt die jeweilige Vorrichtung gemäß den Abgaben der Sensoren und gemäß einem vorbestimmten Steuerprogramm an.
[Merkmale des ersten Ausführungsbeispiels]
Bei dem System gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel speichert die ECU 70 ein Kennfeld, das die Beziehung zwischen dem Betriebszustand der Dieselkraftmaschine 2 und einem Soll-Ladedruck für den Betriebszustand definiert. Die ECU 70 steuert die VN-Öffnung derart, dass ein Ist-Ladedruck, der durch den Ladedrucksensor 74 erfasst wird, mit einem Soll-Ladedruck für den gegenwärtigen Betriebszustand übereinstimmt. Genauer gesagt misst die ECU 70 die Differenz zwischen dem Soll-Ladedruck und dem Ist-Ladedruck (im Folgenden als "Ladedruckabweichung" bezeichnet), und führt die Ladedruckabweichung zum Steuern der VN-Öffnung zurück, bis der Ist-Ladedruck mit dem Soll-Ladedruck übereinstimmt. Diese Steuerung wird im Folgenden als "VN-Rückkopplungsregelung" bzw. "VN-Rückführregelung" bezeichnet.
Die VN-Rückkopplungsregelung wird nun im Einzelnen beschrieben. 2 zeigt ein Kennfeld, das eine Basis-VN-Öffnung definiert. Bei einer Kraftmaschine mit einem Turbolader der Bauart mit variabler Düse vergrößert die Verringerung der VN-Öffnung rasch die Turbodrehzahl, erhöht nämlich rasch den Ladedruck. Wenn jedoch die VN-Öffnung verringert wird, ist es wahrscheinlich, dass der Gegendruck (Abgasdruck) sich erhöht. Von diesem Standpunkt ausgehend, beispielsweise bezüglich der Kraftstoffeffizienz, der Emissionen und des Schutzes der Kraftmaschine ist es wichtig, dass das Gleichgewicht zwischen dem Ladedruck und dem Gegendruck innerhalb eines gewissen Bereichs gehalten wird. In dieser Hinsicht gibt es einen zulässigen Bereich der VN-Öffnung, der sich mit dem Betriebszustand verändert. Die in 2 gezeigte VN-Öffnung wird gemäß der Kraftmaschinendrehzahl NE und der Kraftmaschinenlast vorbestimmt und wird als Referenz-VN-Öffnung zum Erfüllen der vorstehend erwähnten Anforderung auf eine ausgeglichene Weise verwendet.
2 verwendet einen Prozentanteil von 0% um eine maximale VN-Öffnung (vollständige Öffnung) darzustellen, und einen Prozentanteil von 100%, um eine minimale VN- Öffnung darzustellen. Wenn die Kraftmaschinendrehzahl und die Last ansteigen, ist es notwendig, die variable Düse zu öffnen, da der Gegendruck wahrscheinlich ansteigt. Daher wird das Basis-VN-Öffnungskennfeld so aufgetragen, dass die VN-Öffnung sich mit einer Erhöhung der Kraftmaschinendrehzahl NE vergrößert. Ferner vergrößert sich die VN-Öffnung, die in dem Basis-VN-Öffnungskennfeld gezeigt ist (verschiebt sich nämlich nach unten in 2) mit einer Vergrößerung der Kraftmaschinenlast und verringert sich (verschiebt sich nämlich in 2 nach unten) mit einer Verringerung der Kraftmaschinenlast. In einer EGR-Region, in der eine EGR (Abgasrezirkulation) stattfindet, gibt es keine Übereinstimmung mit dem Kennfeld und wird die VN-Öffnung auf herkömmliche Weise bestimmt, nämlich gemäß der EGR-Menge in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen.
Eine VN-Rückkopplungsregelung wird so vorgenommen, dass die Ist-VN-Öffnung durch Addieren eines Rückkopplungskorrekturausdrucks zu der vorstehend erwähnten Basis-VN-Öffnung bestimmt wird. Der Rückkopplungskorrekturausdruck wird als Summe eines Proportionalausdrucks (Differenzausdrucks) auf der Grundlage der Ladedruckabweichung, eines Integralausdrucks auf der Grundlage eines Integralwerts der Ladedruckabweichung und eines Differentialausdrucks auf der Grundlage eines Differentialwerts der Ladedruckabweichung berechnet. Anders gesagt nimmt das vorliegende Ausführungsbeispiel eine PID-Regelung zum Bereitstellen der VN-Rückkopplungsregelung vor.
Eine Rückkopplungsverstärkung für den Proportionalausdruck (im Folgenden als "Proportionalverstärkung" bezeichnet), eine Rückkopplungsverstärkung für den Integralausdruck (im Folgenden als "Integralverstärkung" bezeichnet) und eine Rückkopplungsverstärkung für den Differentialausdruck (im Folgenden als "Differentialverstärkung" bezeichnet) werden gemäß einer Betriebsregion der Dieselkraftmaschine 2 bestimmt. 3 zeigt die Beziehung zwischen der Differentialverstärkung, der Kraftmaschinendrehzahl NE und der Kraftmaschinenlast. In dem in 3 gezeigten Beispiel ist die Betriebsregion in fünfzehn Zonen geteilt und wird die Differentialverstärkung für jede Zone bestimmt. Die bestimmte Differentialverstärkung vergrößert sich mit einem Anstieg der Kraftmaschinendrehzahl und -last.
Es wird angenommen, dass die in 3 gezeigte Differentialverstärkung angewendet wird, um eine Unterstützungs-VN-Rückkopplungsregelung bereitzustellen, die später beschrieben wird. Die Proportionalverstärkung und die Integralverstärkung werden ebenso gemäß einer Betriebsregion bestimmt, obwohl sie in der Figur nicht gezeigt sind. Ferner können die Rückkopplungsverstärkungen getrennt für die Überschwingseite und die Unterschwingseite eingerichtet werden.
4 ist ein Zeitabstimmungsdiagramm, das die Ladedrucksteuerung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel darstellt. Die Darstellung A von 4 zeigt Ladedruckänderungen. Die Darstellung B von 4 zeigt Änderungen der Leistung, die zu dem Elektromotor 15 zuzuführen ist (Elektromotorabgabe). Die Darstellung C von 4 zeigt ein VN-Öffnungssteuerverfahren.
Wenn ein Fahrer auf das Beschleunigerpedal drückt, um eine Anforderung zur Beschleunigung auszustellen, steigt der Soll-Ladedruck entsprechend an, wie in der Darstellung A von 4 gezeigt ist. Die ECU 70 nimmt dann eine VN-Rückkopplungsregelung vor, um den Ist-Ladedruck auf den Soll-Ladedruck anzuheben, und beginnt eine Turboladerrotationsunterstützung mit dem Elektromotor 15 bereitzustellen. Wenn eine Elektromotorunterstützung bereitgestellt wird, kann der Ladedruck im Vergleich mit einer Situation rasch angehoben werden, in der keine Elektromotorunterstützung bereitgestellt wird (die durch eine gestrichelte Linie in der Darstellung A von 4 angegeben ist). Das macht es möglich, das Turboloch zu verringern. Nachdem der Ist-Ladedruck auf ein Niveau in der Nähe des Soll-Ladedrucks angehoben ist, hält der Elektromotor 15 an. Nachfolgend wird nur die VN-Rückkopplungsregelung kontinuierlich vorgenommen.
Wenn unterdessen eine Elektromotorunterstützung aufgrund beispielsweise eines niedrigen Batterieniveaus oder einer inakzeptabel hohen Elektromotortemperatur nicht bereitgestellt werden kann, kann die Funktion zum Bereitstellen einer Elektromotorunterstützung außer Kraft gesetzt werden. In einem solchen Fall wird nur die VN-Rückkopplungsregelung ohne Antreiben des Elektromotors 15 vorgenommen.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird die VN-Rückkopplungsregelung entweder vorgenommen, während eine Elektromotorunterstützung bereitgestellt wird, oder vorgenommen, ohne dass die Elektromotorunterstützung bereitgestellt wird. Wie vorstehend erwähnt ist, variiert der Ladedruckanstiegsgradient in hohem Maße in Abhängigkeit der Tatsache, ob die Elektromotorunterstützung bereitgestellt wird. Daher variiert eine gewünschte VN-Rückkopplungsregelcharakteristik in Abhängigkeit der Tatsache, ob die Elektromotorunterstützung bereitgestellt wird.
Wenn beispielsweise die VN-Rückkopplungsregelung vorgenommen wird, während einer Elektromotorunterstützung in einer Situation bereitgestellt wird, in der die VN-Rückkopplungsregelcharakteristik für eine Situation optimiert ist, in der keine Elektromotorunterstützung bereitgestellt wird, kann der Ist-Ladedruck den Soll-Ladedruck rasch übersteigen, da es wahrscheinlich ist, dass der Ladedruck aufgrund der Elektromotorunterstützung rasch ansteigt. Wenn der Ist-Ladedruck beträchtlich höher als der Soll-Ladedruck ist, kann eine nachfolgende VN-Rückkopplungsregelung ein Ladedrucküberschwingen oder Regelabweichungen verursachen.
Wenn anders gesagt die VN-Rückkopplungsregelung mit einer Charakteristik, die für eine Situation optimiert ist, in der keine Elektromotorunterstützung bereitgestellt wird, vorgenommen wird, während eine Elektromotorunterstützung bereitgestellt wird, wird der Ist-Ladedruck instabil, da die Empfindlichkeit, mit der die Ladedruckabweichung für eine VN-Öffnungseinstellung zurückgeführt wird, zu hoch ist.
Zum Lösen des vorstehend genannten Problems wählt das vorliegende Ausführungsbeispiel eine geeignete Empfindlichkeit, mit der die Ladedruckabweichung für die VN-Öffnungseinstellung zurückgeführt wird, in Abhängigkeit der Tatsache aus, ob eine Elektromotorunterstützung bereitzustellen ist. Wenn genauer gesagt eine Elektromotorunterstützung bereitzustellen ist, verwendet das vorliegende Ausführungsbeispiel eine geringere Rückkopplungsverstärkung für die VN-Rückkopplungsregelung als wenn keine Elektromotorunterstützung bereitgestellt wird, um dadurch die Empfindlichkeit zu verringern, mit der die Ladedruckabweichung für die VN-Öffnungseinstellung zurückgeführt wird.
Die VN-Rückkopplungsregelung für eine Situation, in der keine Elektromotorunterstützung bereitgestellt wird, wird im Folgenden als "normale VN-Rückkopplungsregelung" bzw. "normale VN-Rückführregelung" bezeichnet, wohingegen die VN-Rückkopplungsregelung für eine Situation, in der eine Elektromotorunterstützung bereitgestellt wird, im Folgenden als "Unterstützungs-VN-Rückkopplungsregelung" bezeichnet wird.
Wenn die Rückkopplungsverstärkung für die Unterstützungs-VN-Rückkopplungsregelung geringer auszuführen ist als die Rückkopplungsverstärkung für die normale VN-Rückkopplungsregelung, können eine, zwei oder jede von der Proportionalverstärkung, der Integralverstärkung und Differentialverstärkung geändert werden. Jedoch ist es vorzuziehen, dass zumindest die Differentialverstärkung geändert wird. Da die Differentialverstärkung am engsten mit einer dynamischen Charakteristik verknüpft ist, ist diese am besten zum Ausgleichen einer Differenz der dynamischen Ladedruckcharakteristik geeignet, die sich in Abhängigkeit der Tatsache ergibt, ob die Elektromotorunterstützung bereitgestellt wird.
Wenn die Rückkopplungsverstärkung für die Unterstützungs-VN-Rückkopplungsregelung geringer als die Rückkopplungsverstärkung für die normale VN-Rückkopplungsregelung auszuführen ist, können alle oder einige der Verstärkungswerte geändert werden, die für jede Betriebszone eingerichtet werden.
[Details des durch das erste Ausführungsbeispiel durchgeführten Prozesses]
5 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine darstellt, die die ECU 70 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausführt, um die vorstehend beschriebene Funktionalität herzustellen. Es wird angenommen, dass die Routine periodisch bei vorbestimmten Zeitintervallen ausgeführt wird.
Zuerst führt die in 5 gezeigte Routine einen vorbestimmten Prozess bezüglich Signalen durch, die von den vorstehend erwähnten Sensoren eingegeben werden (Schritt 100). Dieser Eingabesignalprozess bezieht verschiedenartige Parameter, die den Betriebszustand der Dieselkraftmaschine 2 angeben. Genauer gesagt bezieht der Eingabesignalprozess beispielsweise die Kraftmaschinendrehzahl NE, die Beschleunigeröffnung, die Soll-Drosselöffnungen, die Kraftstoffeinspritzmenge, den Ist-Ladedruck und die Ist-Turboladerdrehzahl.
Als Nächstes wird Schritt 102 durchgeführt, um zu beurteilen, ob Bedingungen erfüllt sind, um zu verursachen, dass der Elektromotor 15 die Bereitstellung einer Unterstützung startet oder fortsetzt. Zwei Bedingungen sind damit verknüpft. Die erste Bedingung ist, ob eine Elektromotorunterstützung benötigt wird. Beispielsweise ist die erste Bedingung, ob die Dieselkraftmaschine 2 sich in einer Region mit niedriger Kraftmaschinendrehzahl/hoher Last oder in einem Übergangszustand (Beschleunigungszustand) befindet. Die zweite Bedingung ist, ob eine Bedingung zum Außerkraftsetzen der Elektromotorunterstützungsfunktion vorliegt. Beispielsweise ist die zweite Bedingung, ob die verbleibende Batterieleistung ausreichend ist oder die Turboladerdrehzahl geringer als ein Unterstützungsgestattungswert. Wenn die Bedingungen zum Starten oder Fortsetzen der Bereitstellung einer Elektromotorunterstützung nicht erfüllt sind, beendet die Routine unmittelbar ihren Prozess.
Wenn andererseits die Bedingungen zum Starten oder Fortsetzen der Bereitstellung einer Elektromotorunterstützung erfüllt sind, führt die Routine einen Prozess zum Bestimmen des Soll-Ladedrucks durch (Schritt 104). Der Soll-Ladedruck wird durch ein Kennfeld gemäß der Kraftmaschinendrehzahl NE und der Kraftmaschinenlast im Voraus definiert. Auf das Kennfeld wird Bezug genommen, um einen Soll-Ladedruck auszuwählen, der für den gegenwärtigen Betriebszustand geeignet ist. Das System gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel überprüft beispielsweise die Beschleunigeröffnung, die Solldrosselöffnung oder die Kraftstoffeinspritzmenge, um zu bestimmen, ob die Kraftmaschinenlast hoch oder niedrig ist.
Nachdem der Soll-Ladedruck bestimmt ist, wird Schritt 106 durchgeführt, um die Zufuhr von Leistung zu dem Elektromotor 15 zu starten, nämlich die Bereitstellung einer Elektromotorunterstützung für eine Turboladerrotation bereitzustellen. Zusätzlich wird Schritt 108 durchgeführt, um die Vornahme der Unterstützungs-VN-Rückkopplungsregelung zu starten. Eine Elektromotorunterstützung wird dann bereitgestellt, so dass der Ist-Ladedruck rasch angehoben werden kann, um den Soll-Ladedruck zu erhalten. Wie vorstehend beschrieben ist, wird die Unterstützungs-VN-Rückkopplungsregelung durch die Verwendung einer Rückkopplungsverstärkung vorgenommen, die eine geringere Empfindlichkeit als diejenige bei der normalen VN-Rückkopplungsregelung hat.
Während eine Elektromotorunterstützung kontinuierlich bereitgestellt wird, beurteilt die ECU 70, ob Bedingungen zum Anhalten der Bereitstellung einer Elektromotorunterstützung erfüllt sind (Schritt 110). Wenn der Ist-Ladedruck nicht angehoben wird, so dass der Soll- Ladedruck erhalten wird, oder wenn der Ist-Ladedruck nicht ausreichend mit dem Soll-Ladedruck konvergiert ist (vor dem Zeitpunkt t₁ in 4), wird beurteilt, dass die Elektromotorunterstützungsstoppbedingungen nicht erfüllt sind. In einem solchen Fall wird die Elektromotorunterstützung kontinuierlich bereitgestellt. Wenn andererseits erkannt wird, dass der Ist-Ladedruck ausreichend mit dem Soll-Ladedruck konvergiert ist (Zeitpunkt t₁), wird beurteilt, dass die Elektromotorunterstützungsstoppbedingungen erfüllt sind.
Wenn beurteilt wird, dass die Elektromotorunterstützungsstoppbedingungen erfüllt sind, wird Schritt 112 durchgeführt, um die Zufuhr elektrischer Leistung zu dem Elektromotor 15 anzuhalten und die Elektromotorunterstützung zu beenden. Nachdem die Elektromotorunterstützung beendet ist, wird Schritt 114 zum Zeitpunkt t₂ in 4 durchgeführt, um die Vornahme einer normalen VN-Rückkopplungsregelung zu starten. Nachfolgend wird die normale VN-Rückkopplungsregelung vorgenommen, so dass der Ist-Ladedruck konstant mit dem Soll-Ladedruck übereinstimmt.
Während eine Elektromotorunterstützung bereitgestellt wird, kann das vorliegende Ausführungsbeispiel eine Unterstützungs-VN-Rückkopplungsregelung vornehmen, die eine geringere Empfindlichkeit als die normale VN-Rückkopplungsregelung hat, wie vorstehend beschrieben ist. Daher kann das vorliegende Ausführungsbeispiel verhindern, dass die Rückkopplung der Ladedruckabweichung die VN-Öffnung übermäßig beeinflusst, nämlich auch in einer Situation, in der der Ladedruck sich aufgrund der Elektromotorunterstützung sofort ändert (nämlich ansteigt). Das macht es möglich, beispielsweise ein Ladedrucküberschwingen, -unterschwingen und Regelabweichungen zu unterdrücken, um dadurch sicherzustellen, dass der Ist-Ladedruck mit dem Soll-Ladedruck rasch und problemlos konvergiert.
Während keine Elektromotorunterstützung bereitgestellt wird, kann das vorliegende Ausführungsbeispiel die normale VN-Rückkopplungsregelung mit einer Charakteristik vornehmen, die für eine Situation optimiert ist, in der keine Elektromotorunterstützung bereitgestellt wird. Daher kann der Ist-Ladedruck so eingestellt werden, dass er dem Soll-Ladedruck rasch und problemlos auch dann folgt, wenn keine Elektromotorunterstützung bereitgestellt wird.
In dem ersten Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben wurde, entspricht der variable Düsenmechanismus 14c dem "ersten Ladedruckeinstellaktuator" gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung; entspricht der Elektromotor 15 dem "zweiten Ladedruckeinstellaktuator" gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung; und entspricht der Ladedrucksensor 74 der "Istwerterfassungseinrichtung" gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung. Ferner wird die "Sollwertbestimmungseinrichtung" gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ausgeführt, wenn die ECU 70 Schritt 104 durchgeführt; und werden die "Rückkopplungseinrichtung" und die "Empfindlichkeitsänderungseinrichtung" gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung dargestellt, wenn die ECU die Schritte 108 und 114 durchführt.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben wurde, wird angenommen, dass die vorliegende Erfindung auf die Steuervorrichtung für die Dieselkraftmaschine 2 angewendet wird. Jedoch kann die vorliegende Erfindung ebenso auf eine Steuervorrichtung für eine Benzinkraftmaschine oder eine andere fremdgezündete Kraftmaschine angewendet werden.
Zweites Ausführungsbeispiel
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Die Unterschiede zwischen dem zweiten Ausführungsbeispiel und dem ersten Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben wurde, werden jedoch hauptsächlich beschrieben, während Sachverhalte beschrieben werden, die diesen zwei Ausführungsbeispielen gemeinsam sind, oder die Beschreibung solcher Sachverhalte übersprungen wird.
[Merkmale des zweiten Ausführungsbeispiels]
In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Grenzwert (Schutzwert) für das Maß der Rückkopplung zum Sicherstellen der Stabilität der VN-Rückkopplungsregelung definiert. Genauer gesagt werden obere und untere Grenzwerte für die Proportional-, Integral- und Differentialausdrücke definiert. Wenn ein Proportional-, Integral- oder Differentialausdruckswert, der aus der Ladedruckabweichung berechnet wird, außerhalb der zugehörigen oberen Grenze oder unteren Grenze liegt, wird der berechnete Wert durch seinen oberen oder unteren Grenzwert ersetzt, um einen VN-Öffnungsrückkopplungskorrekturausdruck zu berechnen.
In dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Rückkopplungsverstärkung für die Unterstützungs-VN-Rückkopplungsregelung zu einer geringeren Empfindlichkeit im Vergleich mit der normalen VN-Rückkopplungsregelung geändert. Jedoch ändert das zweite Ausführungsbeispiel die Grenzwerte für die vorstehend genannten Rückkopplungsmaße ohne Ändern der Rückkopplungsverstärkung. Genauer gesagt ändert das vorliegende Ausführungsbeispiel die oberen und unteren Grenzwerte der Rückkopplungsmaße für die Unterstützungs-VN-Rückkopplungsregelung auf innen liegende Werte im Vergleich mit der normalen VN-Rückkopplungsregelung. Die Empfindlichkeit, mit der die Ladedruckabweichung zum Einstellen der VN-Öffnung während der Unterstützungs-VN-Rückkopplungsregelung wiedergegeben wird, kann dann geringer gemacht werden als für die normale VN-Rückkopplungsregelung. Folglich stellt das vorliegende Ausführungsbeispiel die gleichen Vorteile wie das erste Ausführungsbeispiel zur Verfügung.
Die oberen und unteren Grenzwerte für die Rückkopplungsmaße können für einen, zwei oder jeden der Proportional-, Integral- und Differentialausdrücke geändert werden. Jedoch ist es vorzuziehen, dass derartige Änderungen auf zumindest den Differentialausdruck angewendet werden.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel hat dieselbe Hardwarekonfiguration wie das erste Ausführungsbeispiel. Die durch die ECU 70 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausgeführte Routine ist dieselbe wie diejenige für das erste Ausführungsbeispiel außer der VN-Rückkopplungsregelung, die vorstehend beschrieben ist. Daher wird die weitergehende Beschreibung des vorliegenden Ausführungsbeispiels ausgelassen.
Drittes Ausführungsbeispiel
Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Die Unterschiede zwischen dem dritten Ausführungsbeispiel und dem ersten Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben wurde, werden jedoch hauptsächlich beschrieben, während Sachverhalte, die diesen zwei Ausführungsbeispielen gemeinsam sind, kurz beschrieben werden oder die Beschreibung derartiger Sachverhalte übersprungen wird. Das System gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel kann dargestellt werden, wenn die in 1 gezeigte Hardwarekonfiguration eingesetzt wird, um die ECU 70 eine in 6 gezeigte Routine zusätzlich zu der in 5 gezeigten Routine ausführen zu lassen.
[Merkmale des dritten Ausführungsbeispiels]
Das vorliegende Ausführungsbeispiel korrigiert die Rückkopplungsverstärkung für die Untersützungs-VN-Rückkopplungsregelung durch Lernen der Konvergenz des Ist-Ladedrucks an den Soll-Ladedruck. Genauer gesagt berechnet das vorliegende Ausführungsbeispiel die Rückkopplungsverstärkung durch Multiplizieren eines Referenzwerts mit einem Lernkoeffizienten. Der Lernkoeffizient wird je nach Bedarf von dem Wert 1,0 gemäß den Lernergebnissen erhöht oder verringert. Dieser sich vergrößernde/verringernde Lernkoeffizient korrigiert die Rückkopplungsverstärkung.
Die Rückkopplungsverstärkung kann gemäß der Veränderlichkeit von Kraftmaschine zu Kraftmaschine und einer Alterung durch Vornehmen der Lernsteuerung über die Rückkopplungsverstärkung richtig korrigiert werden. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist dasselbe wie das erste Ausführungsbeispiel, außer dass das Erstgenannte die Lernsteuerung bereitstellt.
[Details des durch das dritte Ausführungsbeispiel durchgeführten Prozesses]
6 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine darstellt, die die ECU 70 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausführt, um die vorstehend beschriebene Funktionalität darzustellen. Die folgende Beschreibung behandelt einen Fall, in dem eine Lernkorrektur bezüglich der Differentialverstärkung vorzunehmen ist; jedoch kann eine Lernkorrektur ebenso bezüglich der Proportionalverstärkung und der Integralverstärkung auf dieselbe Weise wie für die Differentialverstärkung vorgenommen werden.
Zuerst führt die in 6 gezeigte Routine Schritt 120 durch, und zu beurteilen, ob ein Ladedrucküberschwingmaß und -unterschwingmaß (siehe Darstellung A von 4) nicht kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert sind. Wenn das Überschwingmaß und das Unterschwingmaß kleiner als der Schwellwert sind, endet die Routine unmittelbar, da sie daraus schließen kann, dass die gegenwärtige Verstärkung geeignet ist.
Wenn andererseits das Überschwingmaß oder das Unterschwingmaß nicht geringer als der Schwellwert ist, kann daraus geschlossen werden, dass es notwendig ist, die Verstärkung zu korrigieren. Das vorliegende Ausführungsbeispiel korrigiert die Verstärkung, nachdem das Überschwingmaß oder das Unterschwingmaß den Schwellwert fünfmal überstiegen hat. Wie in 3 gezeigt ist, wird die Verstärkung für jede aus einer Vielzahl von Betriebszonen definiert. Der Lernkoeffizient für die Verstärkung wird ebenso für jede Betriebszone definiert. Daher muss der Lernkoeffizient in Beziehung zu jeder Betriebszone korrigiert werden.
Ausgehend davon wird, wenn das Beurteilungsergebnis, das in Schritt 120 erhalten wird, angibt, dass das Überschwingmaß oder das Unterschwingmaß nicht kleiner als der Schwellwert ist, die Anzahl der Male, bei denen das Überschwing- oder Unterschwingmaß nicht kleiner als der Schwellwert ist, auf der Grundlage einer individuellen Betriebszone gespeichert (Schritt 122). Als Nächstes wird Schritt 124 durchgeführt, um zu beurteilen, ob eine Betriebszone einen Zählwert von fünf erreicht hat. Wenn eine Betriebszone einen Zählwert von fünf erreicht hat, wird der Lernkoeffizient für diese Betriebszone von seinem gegenwärtigen Wert erhöht oder verringert. Wenn beispielsweise der gegenwärtige Wert des Lernkoeffizienten 1,0 ist, wird er entweder auf 0,9 oder auf 1,1 geändert. Das korrigiert die Verstärkung für diese Betriebszone. Bezüglich der Betriebszone, für die der Lernkoeffizient geändert wurde, wird der Zählwert, der in Schritt 122 gespeichert wird, auf null zurückgesetzt.
Der vorstehend genannte Lernprozess kann auch nicht nur für die Unterstützungs-VN-Rückkopplungsregelung, sondern ebenso für die normale VN-Rückkopplungsregelung durchgeführt werden. Wenn die Verstärkung getrennt für die Überschwingseite und die Unterschwingseite eingerichtet wird, wird der vorstehend genannte Lernprozess getrennt für die Überschwingseite und die Unterschwingseite durchgeführt.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann das vorliegende Ausführungsbeispiel die Konvergenz des Ist-Ladedrucks an dem Soll-Ladedruck lernen und die Rückkopplungsverstärkung für die VN-Rückkopplungsregelung derart korrigieren, dass sich die Konvergenz verbessert. Daher kann der Einfluss der Veränderlichkeit von Kraftmaschine zu Kraftmaschine und der Alterung korrekt auf die VN-Rückkopplungsregelung wiedergegeben werden. Das macht es möglich, beispielsweise ein Ladedrucküberschwingen, -unterschwingen und Regelabweichungen mit einer erhöhten Sicherheit zu unterdrücken.
In dem dritten Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben wurde, wird die "Lerneinrichtung" gemäß dem sechsten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung dargestellt, wenn die ECU 70 die in 6 gezeigte Routine ausführt.
Viertes Ausführungsbeispiel
Ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Die Unterschiede zwischen dem vierten Ausführungsbeispiel und dem ersten Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben wurde, werden jedoch hauptsächlich beschrieben, während die Sachverhalte kurz beschrieben werden, die diesen zwei Ausführungsbeispielen gemeinsam sind, oder die Beschreibung derartiger Sachverhalte übersprungen wird.
[Merkmale des vierten Ausführungsbeispiels]
7 zeigt, wie die elektrische Leistung, die zu dem Elektromotor 15 zugeführt wird (nämlich die Elektromotorabgabe), sich ändert, wenn die Elektromotorunterstützung für eine Turboladerrotation gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel bereitgestellt wird. Diese Figur entspricht der Darstellung B von 4, die das erste Ausführungsbeispiel wiedergibt. Wenn eine Elektromotorunterstützung für eine Turboladerrotation bereitzustellen ist, ändert das vierte Ausführungsbeispiel den Abgabeanstiegsgradienten des Elektromotors 15 gemäß der gegenwärtigen Situation, wie in 7 gezeigt ist.
Je steiler der Ausgangsanstiegsgradient des Elektromotors 15 ist, umso höher ist die Rate des Turboladerdrehzahlaufbaus und somit umso kleiner das Turboloch. Wenn daher eine Anforderung nach einer plötzlichen Beschleunigung durch den Fahrer abgegeben wird, ist es vorzuziehen, dass der Abgabeanstiegsgradient des Elektromotors 15 steil gehalten wird, um die Anforderung des Fahrers zu erfüllen. Wenn andererseits der Abgabeanstiegsgradient des Elektromotors 15 graduell gehalten wird, verbessert sich die Kraftstoffeffizienz, da die graduelle Leistungsaufnahme des Elektromotors 15 sich verringert. Folglich ist es vorzuziehen, dass der Abgabeanstiegsgradient des Elektromotors 15 graduell ist, außer eine plötzliche Beschleunigung wird benötigt.
Ausgehend von dieser Situation beurteilt das vorliegende Ausführungsbeispiel ein Beschleunigungsanforderungsniveau des Fahrers. Wenn das Beschleunigungsanforderungsniveau hoch ist, führt das vorliegende Ausführungsbeispiel den Abgabeanstiegsgradient des Elektromotors 15 steil aus. Wenn andererseits das Beschleunigungsanforderungsniveau niedrig ist, führt das vorliegende Ausführungsbeispiel den Abgabeanstiegsgradienten des Elektromotors 15 graduell aus. In diesem Fall kann der Abgabeanstiegsgradient des Elektromotors 15 kontinuierlich oder gestuft (auf eine mehrstufige Weise) variieren.
Das Beschleunigungsanforderungsniveau des Fahrers kann beispielsweise gemäß einem Ausgangssignal des Beschleunigeröffnungssensors 72 beurteilt werden. Wenn genauer gesagt die Beschleunigeröffnung und der Beschleunigeröffnungsänderungsbetrag groß sind, kann daraus geschlossen werden, dass das Beschleunigungsanforderungsniveau groß ist; wenn die Beschleunigeröffnung und der Beschleunigeröffnungsänderungsbetrag klein sind, kann daraus geschlossen werden, dass das Beschleunigungsanforderungsniveau niedrig ist. Wenn das System gestattet, dass der Fahrer einen Sportmodus, einen Sparmodus oder einen anderen Betriebsmodus auswählt, kann das Beschleunigungsanforderungsniveau gemäß dem ausgewählten Betriebsmodus beurteilt werden.
Wenn der Abgabeanstiegsgradient des Elektromotors 15 sich ändert, ändert sich die gewünschte Charakteristik der VN-Rückkopplungsregelung ebenso. Wenn genauer gesagt der Abgabeanstiegsgradient des Elektromotors 15 steil ist, ist es wahrscheinlich, dass der Ladedruck rasch ansteigt, so dass ein Ladedrucküberschwingen und Regelabweichungen einfach auftreten. In einer solchen Situation ist es vorzuziehen, dass die Empfindlichkeit, mit der die Ladedruckabweichung für die VN-Öffnungseinstellung zurückgeführt wird, relativ verringert wird, um den Ist-Ladedruck problemlos an dem Soll-Ladedruck konvergieren zu lassen. Wenn andererseits der Abgabeanstiegsgradient des Elektromotors 15 graduell ist, ist es wahrscheinlich, dass der Ladedruck langsam ansteigt. In einer solchen Situation ist es vorzuziehen, dass die Empfindlichkeit, mit der die Ladedruckabweichung für die VN-Öffnungseinstellung zurückgeführt wird, relativ erhöht wird, um den Ist-Ladedruck rasch auf den Soll-Ladedruck ansteigen zu lassen.
Auf der Grundlage der vorstehend beschriebenen Idee verändert das vorliegende Ausführungsbeispiel die Empfindlichkeit, mit der die Ladedruckabweichung für die VN-Öffnungseinstellung zurückgeführt wird, gemäß dem Abgabeanstiegsgradient des Elektromotors 15. Genauer gesagt verringert sich die Rückkopplungsverstärkung für die Unterstützungs-VN-Rückkopplungsregelung kontinuierlich oder gestuft, wenn der Abgabeanstiegsgradient des Elektromotors 15 steil ist, oder erhöht sich kontinuierlich oder gestuft, wenn der Abgabeanstiegsgradient des Elektromotors 15 graduell ist. Der Prozess zum Erzielen des vorstehend angegebenen Zwecks umfasst den Schritt zur Verursachung, dass die ECU 70 ein Kennfeld speichert, das die Beziehung zwischen dem Abgabeanstiegsgradient des Elektromotors 15 und der Rückkopplungsverstärkung für die Unterstützungs-VN-Rückkopplungsregelung im Voraus definiert, und der Einrichtung einer Rückkopplungsverstärkung für die Unterstützungs-VN-Rückkopplungsregelung gemäß dem Kennfeld.
Wenn der Prozess gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durchgeführt wird, wie vorstehend beschrieben ist, kann die Rückkopplungsverstärkung für die Unterstützungs-VN-Rückkopplungsregelung in Abhängigkeit der Tatsache optimiert werden, ob der Abgabeanstiegsgradient des Elektromotors 15 steil oder graduell ist, nämlich ob das Maß der Unterstützung, die durch den Elektromotor 15 bereitgestellt wird, groß oder klein ist. Das macht es möglich, beispielsweise Ladedrucküberschwingen, -unterschwingen und Regelabweichungen mit Gewissheit ungeachtet des Maßes der Unterstützung zu unterdrücken, die durch den Elektromotor 15 bereitgestellt wird. Folglich kann der Ist-Ladedruck rasch und problemlos an den Soll-Ladedruck konvergiert werden.
In dem vierten Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben wurde, wird die "Empfindlichkeitsänderungseinrichtung" gemäß dem siebten und achten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung dargestellt, wenn die ECU 70 das vorstehend erwähnte Verfahren verwendet, um die Rückkopplungsverstärkung für die Unterstützungs-VN-Rückkopplungsregelung gemäß dem Abgabeanstiegsgradienten des Elektromotors 15 zu ändern.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird angenommen, dass das System den variablen Düsenmechanismus 14c als "ersten Ladedruckeinstellaktuator" gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung verwendet und den Elektromotor 15 als den "zweiten Ladedruckeinstellaktuator" gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung verwendet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung mit einem derartigen System beschränkt. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung ebenso auf ein System angewendet werden, in dem die Rollen des variablen Düsenmechanismus 14c und des Elektromotors 15 des vorstehend erwähnten Systems ausgetauscht sind. Ferner sind die Ladedruckeinstellaktuatoren gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf den variablen Düsenmechanismus 14c und den Elektromotor 15 beschränkt. Beispielsweise kann das vorstehend erwähnte Bypassventil 18 an der Einlassseite oder ein Waste-Gate-Ventil (nicht gezeigt) als Ladedruckeinstellaktuator gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Wenn beispielsweise ein Waste-Gate-Ventil, dessen Öffnungs-/Schließbetrieb elektronisch steuerbar ist, als Ladedruckeinstellaktuator verwendet wird, kann die Ladedrucksteuerung durch Steuerung der Öffnungs-/Schließzeitabstimmung und die Öffnung des Waste-Gate-Ventils vorgenommen werden.
Ferner wird in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen angenommen, dass das System zwei verschiedene Ladedruckeinstellaktuatoren verwendet. Jedoch kann die vorliegende Erfindung ebenso auf ein System angewendet werden, das drei oder mehrere verschiedene Ladedruckeinstellaktuatoren verwendet.
Ferner wird in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen angenommen, dass das System eine Ladedrucksteuerung zum Angleichen des Ist-Ladedrucks an den Soll-Ladedruck vornimmt. Alternativ kann jedoch die vorliegende Erfindung eine Steuerung gemäß einem Ladedruckkorrelationswert vornehmen, der mit dem Ladedruck korreliert. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung ebenso auf ein System angewendet werden, das eine Turboladerdrehzahl als Ladedruckkorrelationswert verwendet und die Ladesteuerung vornimmt, um eine Ist-Turboladerdrehzahl an eine Soll-Turbodrehzahl anzugleichen, die gemäß einem Betriebszustand eingerichtet wird.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine und ermöglicht, ein Ladedrucküberschwingen, -unterschwingen und Regelabweichungen bei einer Brennkraftmaschine zu unterdrücken, die einen ersten Ladedruckeinstellaktuator und einen zweiten Ladedruckeinstellaktuator hat, die beide zum Einstellen des Ladedrucks eines Turboladers fähig sind. Der Turbolader (14), der einen variablen Düsenmechanismus (14c) hat, ist an einer Dieselkraftmaschine (2) montiert. Der Turbolader (14) weist einen Elektromotor (15) auf, der eine Unterstützung für eine Turboladerrotation bereitstellt. Eine ECU (70) steuert den variablen Düsenmechanismus (14c), so dass ein Ist-Ladedruck, der durch einen Ladedrucksensor (74) erfasst wird, mit einem Soll-Ladedruck übereinstimmt. Eine Rückkopplungsverstärkung für die variable Düsenöffnung wird geringer gehalten, während eine Unterstützung durch den Elektromotor (15) bereitgestellt wird, als wenn keine Unterstützung bereitgestellt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 2003-239755 [0002, 0002]

Claims

Brennkraftmaschinensteuervorrichtung mit: einem Turbolader zum Aufladen einer Brennkraftmaschine; einem ersten Ladedruckeinstellaktuator und einem zweiten Ladedruckeinstellaktuator, die beide zur Einstellung eines Ladedrucks fähig sind; einer Sollwertbestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Sollwerts des Ladedrucks oder eines Sollwerts eines Ladedruckkorrelationswerts, der mit dem Ladedruck korreliert, gemäß einem Betriebszustand; einer Istwerterfassungseinrichtung zum Erfassen eines Istwerts des Ladedrucks oder eines Istwerts des Ladedruckkorrelationswerts, der mit dem Ladedruck korreliert; einer Rückkopplungseinrichtung zum Angleichen des Istwerts an den Sollwert durch Sicherstellen, dass eine Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert auf den Zustand des ersten Ladedruckeinstellaktuators wiedergegeben wird; und einer Empfindlichkeitsänderungseinrichtung zum Ändern der Empfindlichkeit gemäß dem Zustand des zweiten Ladedruckeinstellaktuators, mit der die Abweichung auf den Zustand des ersten Ladedruckeinstellaktuators wiedergegeben wird.
Brennkraftmaschinensteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Empfindlichkeitsänderungseinrichtung eine Rückkopplungsverstärkung für die Rückkopplungseinrichtung gemäß dem Zustand des zweiten Ladedruckeinstellaktuators ändert.
Brennkraftmaschinensteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Empfindlichkeitsänderungseinrichtung die Rückkopplungsverstärkung für einen Differentialausdruck der Rückkopplungseinrichtung gemäß dem Zustand des zweiten Ladedruckeinstellaktuators ändert.
Brennkraftmaschinensteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Empfindlichkeitsänderungseinrichtung einen Grenzwert für das Maß einer Rückkopplung, das durch die Rückkopplungseinrichtung bereitgestellt wird, gemäß dem Zustand des zweiten Ladedruckeinstellaktuators ändert.
Brennkraftmaschinensteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Ladedruckeinstellaktuator ein variabler Düsenmechanismus ist, der die Abgasturbineneinlassfläche des Turboladers variiert; wobei der zweite Ladedruckeinstellaktuator ein Elektromotor ist, der eine Unterstützung für eine Turboladerrotation bereitstellt; und wobei die Empfindlichkeitsänderungseinrichtung sicherstellt, dass die Empfindlichkeit, mit der die Abweichung auf die variable Düsenöffnung des variablen Düsenmechanismus wiedergegeben wird, während eine Unterstützung durch den Elektromotor bereitgestellt wird, geringer als in dem Fall ist, während keine Unterstützung durch den Elektromotor bereitgestellt wird.
Brennkraftmaschinensteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner mit: einer Lerneinrichtung zum Lernen der Konvergenz des Istwerts an den Sollwert und zum Korrigieren der Rückkopplungsverstärkung für die Rückkopplungseinrichtung.
Brennkraftmaschinensteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Empfindlichkeitsänderungseinrichtung die Empfindlichkeit kontinuierlich oder gestuft gemäß dem Zustand des zweiten Ladedruckeinstellaktuators ändert.
Brennkraftmaschinensteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erste Ladedruckeinstellaktuator ein variabler Düsenmechanismus ist, der die Abgasturbineneinlassfläche des Turboladers variiert; wobei der zweite Ladedruckeinstellaktuator ein Elektromotor ist, der eine Unterstützung für eine Turboladerrotation bereitstellt; und wobei die Empfindlichkeitsänderungseinrichtung sicherstellt, dass die Empfindlichkeit, mit der die Abweichung auf die variable Düsenöffnung des variablen Düsenmechanismus wiedergegeben wird, sich mit einer Erhöhung des Maßes der Unterstützung verringert, die durch den Elektromotor bereitgestellt wird.