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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Regelungs-/Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor, und insbesondere auf ein System zum Regeln/Steuern des Motors unter Verwendung eines neuronalen Netzes.
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HINTERGRUND
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Das
JP H11-85719 A zeigt eine Parameterschätzungsvorrichtung zum Schätzen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Verwendung eines neuronalen Netzes, in welches Parameter eingegeben werden, die einen Betriebszustand des Verbrennungsmotors, wie beispielsweise eine Drosselventilöffnung, einen Ansaugdruck, eine Motordrehgeschwindigkeit und eine Ansauglufttemperatur anzeigen.
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In dieser Vorrichtung werden eine Mehrzahl von Motorbetriebsbereichen gemäß den Eingabeparametern eingestellt und der Berechnungspfad in dem verwendeten neuronalen Netz wird gemäß dem Motorbetriebsbereich verändert.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Durch die Erfindung zu lösende Probleme
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Wenn ein Motorbetriebsparameter, wie beispielsweise das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, in Anlehnung an anderen Motorbetriebsparametern geschätzt (berechnet) wird, kann sich die Schätzungsgenauigkeit stark ändern, abhängig davon, ob der Motorbetriebszustand ein stationärer Motorbetriebszustand oder ein instationärer Motorbetriebszustand ist. Die Vorrichtung aus Patentdokument 1 geht mit dem instationären Betriebszustand dadurch um, dass frühere Werte des Motorbetriebsparameters eingegeben werden. Allerdings besteht eine Möglichkeit, dass die Vorrichtung mit dem instationären Betriebszustand unter Verwendung von nur einem neuronalen Netz nicht umgehen kann. Ferner wird die Größe von einem neuronalen Netz sehr groß, wodurch der Aufwand an erforderlicher Berechnung zunimmt.
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Aus der
DE 10 2006 061 659 A1 ist eine einzelnen Steuervorrichtung bekannt, in der ein physikalisches Modell implementiert ist. Die Ermittlung von Stellgrößen mittels der Steuervorrichtung erfolgt in Abhängigkeit von mindestens einer Betriebsgröße, unabhängig davon, ob sich die Brennkraftmaschine in einem stationären oder in einem instationären Betriebszustand befindet.
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Aus der
DE 10 2004 031 296 A1 ist ein Regelungs-/Steuerungsverfahren für einen Verbrennungsmotor bekannt. Gemäß diesem Verfahren erfolgt eine Bestimmung von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors in einem stationären Zustand unter Verwendung eines Models für den stationären Zustand des Motors. In dem instationären Zustand werden jedoch die Betriebsparameter ohne Verwendung eines Models bestimmt.
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Darüber hinaus beschreibt die
DE 10 2004 031 296 A1 , dass eine Bestimmung von Betriebsparametern im instationären Betriebszustand ohne Verwendung eines Models durchgeführt werden sollte, da dann, wenn zusätzlich zu einem Modell für einen stationären Betriebszustand ein Model verwendet wird, welches eine Brennkraftmaschine in einem instationären Zustand beschreibt, die erforderliche Rechenleistung erheblich zunimmt, was die Anforderungen an die Hardware erhöht und das Motorsteuergerät in erheblicher Weise verteuert. Daher schlägt die
DE 10 2004 031 296 A1 vor, dann, wenn im Betrieb der Brennkraftmaschine ein instationärer Zustand auftritt, vom Model-basierten Ermitteln der Größen von Betriebsparametern auf ein zündsynchrones Ermitteln der Größen von Betriebsparametern überzugehen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Regelungs-/Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, welches ein neuronale Netz nicht nur in einem stationären Motorbetriebszustand sondern auch in einem instationären Betriebszustand derart einsetzt, dass es möglich ist, eine Regelungs-/Steuerungsgenauigkeit bei Unterdrückung der Berechnungslast während des Motorbetriebs zu verbessern.
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Mittel zum Lösen der Aufgabe
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Zum Lösen der obigen Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung ein Regelungs-/Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor bereit, umfassend Regelungs-/Steuerungsparameter-Berechnungsmittel zum Berechnen eines Regelungs-/Steuerungsparameters (IDTH) des Motors unter Verwendung eines Stationärer-Motorbetriebszustand-Models und eines Instationärer-Motorbetriebszustand-Models. Das Stationärer-Motorbetriebszustand-Model entspricht einem stationären Betrieb des Motors und gibt einen vorbestimmten Betriebsparameter (THCMD) des Motors unter Verwendung eines neuronalen Netzes. (SOMSS) aus. Das Instationärer-Motorbetriebszustand-Model entspricht einem instationären Betrieb des Motors und gibt den vorbestimmten Betriebsparameter (THCMD) unter Verwendung eines anderen neuronalen Netzes (SOMTS) aus. Die Regelungs-/Steuerungsparameter-Berechnungsmittel umfassen Instationärer-Motorbetriebszustand-Bestimmungsmittel und Auswahlmittel. Die Instationärer-Motorbetriebszustand-Bestimmungsmittel bestimmen, ob der Motor sich in dem instationären Betriebszustand befindet oder nicht. Die Auswahlmittel wählen eines aus dem Stationärer-Motorbetriebszustand-Model und dem Instationärer-Motorbetriebszustand-Model aus, gemäß dem Bestimmungsergebnis der Instationärer-Motorbetriebszustand-Bestimmungsmittel. Die Regelungs-/Steuerungsparameter-Berechnungsmittel berechnen den Regelungs-/Steuerungsparameter (IDTH) gemäß der Betriebsparameter(THCMD)-Ausgabe des ausgewählten Models. Die Instationärer-Motorbetriebszustand-Bestimmungsmittel bestimmen, dass sich der Motor in dem stationären Betriebszustand befindet, wenn Änderungsbeträge (DGAIRCMD, DPB, DPI, DNE) von Eingabeparametern (GAIRCMD, PB, PI, NE), welche zur Berechnung des Regelungs-/Steuerungsparameters (IDTH) des Motors verwendet werden, während einer Zeitdauer kleiner als ein vorbestimmter Änderungsbetrag (DGATH, DPBTH, DPITH, DNETH) sind. Die Instationärer-Motorbetriebszustand-Bestimmungsmittel bestimmen, dass sich der Motor in dem instationären Betriebszustand befindet, wenn wenigstens einer von Änderungsbeträgen (DGAIRCMD, DPB, DPI, DNE) der Eingabeparameter (GAIRCMD, PB, PI, NE), welche in das Stationärer-Motorbetriebszustand-Model eingegeben werden, während einer Zeitdauer größer als ein vorbestimmter Änderungsbetrag (DGATH, DPBTH, DPITH, DNETH) ist. Ferner wird ein erster Satz von Eingabeparametern (GAIRCMD, PB, PI, NE) in das Stationärer-Motorbetriebszustand-Model eingegeben und wird ein zweiter Satz von Eingabeparametern (DGAIRCMD, DPB, DPI, DNE) in das Instationärer-Motorbetriebszustand-Model eingegeben, wobei der zweite Satz von Eingabeparametern (DGAIRCMD, DPB, DPI, DNE) Änderungsbeträgen von dem ersten Satz von Eingabeparametern (GAIRCMD, PB, PI, NE) für eine konstante Zeitperiode (TC) entspricht.
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Mit dieser Konfiguration wird der Regelungs-/Steuerungsparameter des Motors unter Verwendung des Stationärer-Motorbetriebszustand-Models, welches einem stationären Betrieb des Motors entspricht, und welches einen vorbestimmten Betriebsparameter des Motors unter Verwendung eines neuronalen Netzes ausgibt, und des Instationärer-Motorbetriebszustand-Models berechnet, welches einem instationären Zustand des Motors entspricht, und welches den vorbestimmten Betriebsparameter unter Verwendung eines anderen neuronalen Netzes ausgibt. Insbesondere wird es bestimmt, ob der Motor sich in dem instationären Betriebszustand befindet oder nicht, und ein aus dem Stationärer-Motorbetriebszustand-Model und dem Instationärer-Motorbetriebszustand-Model wird gemäß dem Bestimmungsergebnis ausgewählt und der Regelungs-/Steuerungsparameter wird gemäß der Ausgabe des ausgewählten Models berechnet. Somit kann der Regelungs-/Steuerungsparameter erhalten werden, welcher sowohl für den Zustand eines stationären Betriebs als auch für den Zustand eines instationären Betriebs des Motors geeignet ist, wodurch die Regelungs-/Steuerungsgenauigkeit mit dem mittels dem Betriebsparameter berechneten Regelungs-/Steuerungsparameter erhöht wird.
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Ferner werden der erste und der zweite Satz von Eingabeparametern, welche voneinander verschieden sind, in das Stationärer-Motorbetriebszustand-Model und das Instationärer-Motorbetriebszustand-Model jeweils eingegeben und die Berechnung der Modelausgabe wird nur bezüglich eines durch die Auswahlmittel ausgewählten Models durchgeführt. Dementsprechend ist es nicht erforderlich die den neuronalen Netzen entsprechenden Berechnungen in den zwei Modellen durchzuführen, wodurch die Berechnungslast unterdrückt wird.
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Ferner wird bestimmt, dass der Motor sich in dem instationären Betriebszustand befindet, wenn wenigstens einer der Änderungsbeträge der Eingabeparameter (GAIRCMD, PB, PI, NE), welche in das Stationärer-Motorbetriebszustand-Model eingegeben werden, größer als der vorbestimmte Änderungsbetrag ist. Dementsprechend kann der instationäre Betriebszustand, in welchem das Instationärer-Motorbetriebszustand-Model verwendet werden soll, angemessen bestimmt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 zeigt eine Konfiguration eines Verbrennungsmotors und eines Regelungs-/Steuerungssystems desselben gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist ein Diagramm, welches eine selbst-organisierende Karte zeigt.
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3 ist ein Diagramm, welches eine andere selbst-organisierende Karte zeigt.
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4 zeigt eine Beziehung zwischen einem Ansaugluftdurchsatz (GAIR) und einer Drosselventilöffnung (TH).
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5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahren zum Berechnen einer Zielöffnung (THCMD) des Drosselventils.
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6 ist ein Flussdiagramm eines Berechnungsverfahrens einer selbstorganisierenden Karte (SOM), welches in dem Verfahren aus 5 ausgeführt wird.
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MITTEL ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die Figuren erläutert.
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1 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Konfiguration eines Verbrennungsmotors und eines Regelungs-/Steuerungssystems desselben gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Verbrennungsmotor 1 (nachstehend als „Motor” bezeichnet) ist ein Dieselmotor, wobei Kraftstoff direkt in den Zylindern eingespritzt wird. Jeder Zylinder ist mit einem Kraftstoffeinspritzventil 9 vorgesehen, welches mit einer elektronischen Regelungs-/Steuerungseinheit 20 (nachstehend als „ECU” bezeichnet) elektrisch verbunden ist. Die ECU 20 regelt/steuert einen Ventilöffnungszeitpunkt und eine Ventilöffnungsperiode von jedem Kraftstoffeinspritzventil 9. D. h. die Kraftstoffeinspritzsperiode und die Kraftstoffeinspritzsmenge werden durch die ECU 20 geregelt/gesteuert.
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Der Motor 1 umfasst ein Ansaugrohr 2, ein Abgasrohr 4 und einen Turbolader 8. Der Turbolader 8 umfasst eine Turbine 11 und einen Kompressor 16. Die Turbine 11 weist ein Turbinenrad 10 auf, welches durch die kinetische Energie der Abgase drehbar angetrieben ist. Der Kompressor 16 weist ein Kompressorrad 15 auf, welches mit dem Turbinenrad 10 mittels einer Welle 14 verbunden ist. Das Kompressorrad 15 setzt die Ansaugluft des Motors 1 unter Druck (komprimiert die Ansaugluft).
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Die Turbine
11 weist eine Mehrzahl von beweglichen Schaufeln
12 (nur zwei sind gezeigt) und einen Aktuator (nicht gezeigt) auf, zum Betätigen der beweglichen Schaufeln
12, damit diese öffnen und schließen. Die Mehrzahl der beweglichen Schaufeln
12 werden betätigt, um sich zu öffnen und zu schließen, um einen Durchsatz von in das Turbinenrad
10 injizierten Abgasen zu ändern. Die Turbine
11 ist derart konfiguriert, dass der Durchsatz der Abgase, die in das Turbinenrad
10 injiziert werden, durch Verändern einer Öffnung der beweglichen Schaufel
12 (nachfolgend „Schaufelöffnung” genannt) θvgt geändert wird, um die Drehgeschwindigkeit des Turbinenrads
10 zu ändern. Der Aktuator, welcher die beweglichen Schaufeln
12 betätigt, ist an der ECU
20 angeschlossen und die Schaufelöffnung θvgt ist durch die ECU
20 geregelt/gesteuert. Insbesondere liefert die ECU
20 ein Regelungs-/Steuerungssignal von einem variablen Tastverhältnis an dem Aktuator und regelt/steuert die Schaufelöffnung θvgt durch das Regelungs-/Steuerungssignal. Die Konfiguration des Turboladers mit beweglichen Schaufeln ist weithin bekannt, wie beispielsweise in der
JP H01-208501 A offenbart.
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Das Ansaugrohr 2 ist mit einem dem Kompressor 16 nachgelagerten Zwischenkühler 18 und mit einem dem Zwischenkühler 18 nachgelagerten Drosselventil 3 vorgesehen. Das Drosselventil 3 ist konfiguriert, um durch einen Aktuator 19 zum Öffnen und Schließen betätigt zu werden, und der Aktuator 19 ist mit der ECU 20 verbunden. Die ECU 20 führt eine Regelung/Steuerung der Öffnung des Drosselventils 3 mittels des Aktuators 19 durch.
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Ein Abgasrückführungsdurchgang 5 zum Rückführen von Abgasen zu dem Ansaugrohr 2 ist zwischen dem Abgasrohr 4 und dem Ansaugrohr 2 bereitgestellt. Der Abgasrückführungsdurchgang 5 ist mit einem Abgasrückführungsdurchgang-Regelungs-/Steuerungsventil 6 (nachfolgend als „EGR-Ventil 6” bezeichnet) bereitgestellt, welches die Menge (EGR-Menge) der Abgase, die zurückgeführt werden, regelt/steuert. Das EGR-Ventil 6 ist ein elektromagnetisches Ventil, welches ein Solenoid aufweist. Eine Ventilöffnung des EGR-Ventils 6 wird durch die ECU 20 geregelt/gesteuert. Das EGR-Ventil 6 ist mit einem Hubsensor 7 zum Erkennen einer Ventilöffnung (eines Ventilhubbetrages) LACT vorgesehen, und das Erfassungssignal wird der ECU 20 zugeführt. Der Abgasrückführungsdurchgang 5 und das EGR-Ventil 6 bilden eine Abgasrückführungsvorrichtung.
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Ein Ansaugluftdurchsatz-Sensor 21, ein Ladedrucksensor 22, ein Ansauglufttemperatursensor 23 und ein Ansaugdrucksensor 24 sind in dem Ansaugrohr 2 angebracht. Der Ansaugluftdurchsatz-Sensor 21 erfasst einen Ansaugluftdurchsatz GA. Der Ladedrucksensor 22 erfasst einen Ansaugdruck (Ladedruck) PB an einem Abschnitt des Ansaugrohres 2 flussabwärts des Kompressors 16. Der Ansauglufttemperatursensor 23 erfasst eine Temperatur TI der Ansaugluft. Der Ansaugdrucksensor 24 erfasst einen Ansaugdruck PI.
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Diese Sensoren 21 bis 24 sind mit der ECU 20 verbunden, und die Erfassungssignale von den Sensoren 21 bis 24 werden der ECU 20 zugeführt.
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Ein mager NOx Katalysator 31 und ein Partikelfilter 32 sind flussabwärts der Turbine 11 in dem Abgasrohr 4 angebracht. Der magere NOx Katalysator 31 ist eine NOx-Entfernungsvorrichtung zum Entfernen von in den Abgasen enthaltenen NOx. Der Partikelfilter 32 fängt in den Abgasen enthaltene Partikelmaterie (welche hauptsächlich aus Ruß besteht) ein. Der magere NOx Katalysator 31 ist derart konfiguriert, dass NOx in einem Zustand eingefangen wird, in welchem eine Sauerstoffkonzentration in den Abgasen verhältnismäßig hoch ist, d. h. eine Konzentration der Reduktionskomponenten (HC, CO) verhältnismäßig niedrig ist, und das eingefangene NOx durch die Reduktionskomponenten reduziert und in einem Zustand abgegeben wird, in welchem die Konzentration der Reduktionskomponenten in den Abgasen verhältnismäßig hoch ist.
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Ein Beschleunigungssensor 27 und ein Motordrehzahlsensor 28 sind mit der ECU 20 verbunden. Der Beschleunigungssensor 27 erfasst einen Betätigungsbetrag AP eines Gaspedals (nicht gezeigt) des durch den Motor 1 angetriebenen Fahrzeugs (nachstehend als „Gaspedal-Betätigungsbetrag AP” bezeichnet). Der Motordrehzahlsensor 28 erfasst eine Motordrehgeschwindigkeit NE. Die Erfassungssignale dieser Sensoren werden der ECU 20 zugeführt. Der Motordrehzahlsensor 28 führt der ECU 20 einen Kurbelwinkelpuls und einen TDC-Puls zu. Der Kurbelwinkelpuls wird an jedem vorbestimmten Kurbelwinkel (z. B. 6 Grad) erzeugt. Der TDC-Puls wird synchron zu einem Zeitpunkt, in welchem sich ein Kolben in jedem Zylinder des Motors 1 am oberen Totpunkt befindet, erzeugt.
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Die ECU 20 umfasst einen Eingangsschaltkreis, eine zentrale Recheneinheit (nachstehend als „CPU” bezeichnet), einen Speicherschaltkreis und einen Ausgangsschaltkreis. Der Eingangsschaltkreis führt verschiedene Funktionen aus, umfassend ein Formen der Wellenform von Eingangssignalen von verschiedenen Sensoren, ein Korrigieren der Spannungspegel der Eingangssignale auf einem vorbestimmten Pegel und ein Umwandeln von analogen Signalwerten nach digitalen Werten. Der Speicherschaltkreis speichert vorläufig verschiedene Betriebsprogramme, um durch die CPU ausgeführt zu werden, und speichert die Ergebnisse von Berechnungen oder dergleichen durch die CPU. Der Ausgangsschaltkreis liefert Regelungs-/Steuerungssignale zu dem Aktuator, zum Betätigen der beweglichen Schaufeln 12 der Turbine 11, der Kraftstoffeinspritzventile 9, des EGR-Ventils 6, des Aktuators 19 zum Betätigen des Drosselventils 3 und dergleichen.
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Die ECU 20 führt eine Kraftstoffeinspritzregelung/-steuerung mit dem Kraftstoffeinspritzventil 9, eine Abgasrückführungsregelung/-steuerung mit dem EGR-Ventil 6, eine Ladedruckregelung/-steuerung mit den beweglichen Schaufeln 12 und dergleichen durch, gemäß einem Motorbetriebszustands (welcher im Wesentlichen durch die Motordrehgeschwindigkeit NE und einen Motorlastzielwert Pmecmd angezeigt ist). Der Motorlastzielwert Pmecmd wird gemäß dem Gaspedal-Betätigungsbetrag AP berechnet und derart eingestellt, dass er mit einer Zunahme des Gaspedal-Betätigungsbetrages AP zunimmt.
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Die ECU 20 berechnet eine Zieldrosselventilöffnung (THCMD) gemäß einer Zielansaugluftmenge GAIRCMD [g/sec] unter Verwendung eines neuronalen Netzes, auf welches ein Selbst-organisierende-Karte-Algorithmus angewendet wird. Dieses neuronale Netz wird nachfolgend einfach als „selbst-organisierende Karte” bezeichnet. Die ECU 20 treibt den Aktuator 19 an, so dass die ermittelte Drosselventilöffnung mit der Zieldrosselventilöffnung THCMD übereinstimmt.
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In dieser Ausführungsform wird die Zieldrosselventilöffnung THCMD mittels einer selbst-organisierenden Karte SOMSS eines Stationärer-Motorbetriebszustand-Models und einer selbst-organisierenden Karte SOMTS eines Instationärer-Motorbetriebszustand-Models berechnet. Die selbst-organisierende Karte SOMSS eines Stationärer-Motorbetriebszustand-Models entspricht eisern stationären (dauerhaften) Betriebszustand des Motors 1 und die selbstorganisierenden Karte SOMTS eines Instationärer-Motorbetriebszustand-Models entspricht einem instationären (vorübergehenden) Betriebszustand des Motors 1.
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Die selbst-organisierende Karte wird nachfolgend detailliert beschrieben.
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Ein Eingabedatenvektor xj, welcher aus „N” Elemente besteht, ist durch die folgende Gleichung (1) definiert, und ein Gewichtungsvektor wi von jedem Neuron, welches die selbst-organisierende Karte bildet, ist durch die folgende Gleichung (2) definiert. Eine Anzahl von Neuronen ist durch „M” bezeichnet. D. h. ein Parameter „i” nimmt Werte von „1” bis „M” an. Ein initialwert des Gewichtungsvektors wi ist unter Verwendung einer Zufallszahl gegeben. xj = (xj1, xj2, ..., xjN) (1) wi = (wi1, wi2, ..., wiN) (2)
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Für jedes der „M” Neuronen wird ein euklidischer Abstand DWX (= |wi – xj|) zwischen dem Eingabedatenvektor xj und dem Gewichtungsvektor wi des entsprechenden Neurons berechnet. Ein Neuron, dessen Abstand DWX einen Minimalwert annimmt, wird als das Gewinnerneuron definiert. Der euklidische Abstand DWX wird durch die folgende Gleichung (3) berechnet. [Gl. 1]
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Als nächstes werden die Gewichtungsvektoren wi des Gewinnerneurons und der Neuronen, die in einer Neuronenmenge Nc in der Nachbarschaft des Gewinnerneurons enthalten sind, durch die folgende Gleichung (4) aktualisiert. In der Gleichung (4) bezeichnen „α(t)” einen Trainingskoeffizienten und „t” eine Anzahl der Trainingseinheiten (nachfolgend einfach als „Trainingsanzahl” bezeichnet). Der Trainingskoeffizient α(t) ist zum Beispiel auf „0,8” als Initialwert gesetzt, und wird derart eingestellt, dass er mit einer Zunahme der Trainingsanzahl „t” abnimmt. wi(t + 1) = wi(t) + α(t)(xj – wi(t)) (4)
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Die Gewichtungsvektoren wi der Neuronen, die in der Neuronenmenge Nc nicht enthalten sind, behalten einen vorhergehenden Wert, wie durch die folgende Gleichung (5) gezeigt. wi(t + 1) = wi(t) (5)
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Es sei angemerkt, dass die Neuronenmenge Nc ebenfalls eine Funktion der Trainingsanzahl „t” ist, und derart eingestellt ist, dass ein Bereich der Nachbarschaft des Gewinnerneurons mit Zunahme der Trainingsanzahl „t” enger wird. Die Gewichtungsvektoren des Gewinnerneurons und der Neuronen in der Nachbarschaft des Gewinnerneurons werden durch Aktualisieren mit der Gleichung (4) verändert, um sich dem Eingabedatenvektor anzunähern.
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Falls die Berechnung gemäß der oben beschriebenen Trainingsregel für viele Eingabedatenvektoren durchgeführt wird, widerspiegelt die Verteilung der „M” Neuronen die Verteilung der Eingabedatenvektoren. Zum Beispiel verteilen sich, dann, wenn die Eingabedatenvektoren zu zweidimensionalen Vektoren vereinfacht werden und die Verteilung der Eingabedatenvektoren auf einer zweidimensionalen Ebene dargestellt ist, die Neuronen gleichförmig über die Ebene, wenn die Eingabedatenvektoren sich über die Ebene gleichförmig verteilen. Falls Ungleichförmigkeit in der Verteilung der Eingabedatenvektoren herrscht (falls Änderungen in der Verteilungsdichte vorhanden sind), dann wird aus der Verteilung der Neuronen schließlich eine Verteilung, welche eine ähnliche Ungleichförmigkeit aufweist.
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Die selbst-organisierende Karte, welche wie oben beschrieben erhalten wurde, kann weiterhin durch Anwendung des Lernende-Vektorquantisierung-(LVQ)-Algorithmus modifiziert werden, wodurch eine geeignetere Verteilung der Neuronen erhalten wird.
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2 zeigt die selbst-organisierende Karte SOMSS des Stationärer-Motorbetriebszustand-Models zum Berechnen der Zieldrosselventilöffnung TH-CMD in dieser Ausführungsform als eine zweidimensionale Karte. Diese zweidimensionale Karte ist durch die Zielansaugluftmenge GAIRCMD und den Ladedruck PB definiert, welche zwei Eingabeparameter als die am meisten dominierenden Faktoren darstellen. Ein Eingabedatenvektor xTH ist durch die folgende Gleichung (10) definiert. D. h., die Eingabeparameter sind die Zielansaugluftmenge GAIRCMD, der Ladedruck PB, der Ansaugdruck PI und die Motordrehgeschwindigkeit NE. xTH = (GAIRCMD, PB, PI, NE) (10)
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Die in 2 gezeigte Karte ist in einer Mehrzahl von Bereichen RNRi (i = 1 bis M, M = 36) unterteilt. Jeder Bereich umfasst ein Neuron NRi (dargestellt durch „*”). Durch vorhergehendes Durchführen des Trainings (des Lernens) mit vielen Eingabedatenvektoren xTH wird die Position (Gewichtungsvektor wi) von jedem Neuron NRi bestimmt. Jeder Bereich RNRi wird durch Zeichnen von Grenzlinien definiert unter Berücksichtigung der Positionsbeziehungen mit den benachbarten Neuronen. Durch Bringen der Verteilung des Eingabedatenvektors xTH, welches auf das Training angewendet wird, in Übereinstimmung mit einer tatsächlichen Verteilung, die bei dem tatsächlichen Motorbetrieb auftritt, wird die Verteilungsdichte des Neurons NRi in den Bereichen verhältnismäßig hoch, die einem Motorbetriebszustand mit einer hohen Auftrittshäufigkeit während des tatsächlichen Motorbetriebs entsprechen. Mit diesem Merkmal der selbst-organisierenden Karte kann eine Genauigkeit der Zieldrosselventilöffnung THCMD in den Betriebszuständen mit hoher Auftrittshäufigkeit verbessert werden. Die in 2 gezeigte Karte wird durch Durchführen des Trainings, welches dem Referenzmotor entspricht (welcher neu ist und ein durchschnittliches Betriebsverhalten aufweist), erhalten. In 2 werden die Eingabedaten, die auf das Training angewendet werden, mit schwarzen Punkten angezeigt.
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Beim Training der selbst-organisierenden Karte wird ein Gewichtungskoeffizientenvektor Ci (i = 1 bis M), welches durch folgende Gleichung (11) ausgedrückt ist, unter Verwendung des Eingabedatenvektors xTH und der tatsächlichen Drosselventilöffnung TH, welche dem Eingabedatenvektor xTH entspricht, berechnet und gespeichert. Der Gewichtungskoeffizientenvektor Ci wird entsprechend jedem Neuron NRi berechnet und gespeichert. Ci = (C0i, C1i, C2i, C3i, C4i) (11)
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Bei dem tatsächlichen Regelungs-/Steuerungsvorgang wird der Bereich RNRi, welcher den gegenwärtigen Betriebspunkt auf der Karte umfasst, zuerst ausgewählt. Der Betriebspunkt ist durch die Zielansaugluftmenge GAIRCMD und den Ladedruck PB definiert, welche Elemente des Eingabedatenvektors xTH sind. Als nächstes werden der Gewichtungskoeffizientenvektor Ci, welcher dem den Bereich RNRi darstellenden Neuron NRi entspricht, und der Eingabedatenvektor xTH auf die folgende Gleichung (12) angewendet, um die Zieldrosselventilöffnung THCMD zu berechnen. THCMD = C1i × GAIRCMD + C2i × PB + C3i × PI + C4i × NE + C0i (12)
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Andererseits werden die Änderungsbeträge, die den Eingabeparametern der selbst-organisierenden Karte SOMSS des Stationärer-Motorbetriebszustand-Models entsprechen auf die selbst-organisierende Karte SOMTS des Instationärer-Motorbetriebszustand-Models als Eingabeparameter angewandt. Insbesondere werden ein Zielansaugluftdurchsatz-Änderungsbetrag DGAIRCMD, ein Ladedruck-Änderungsbetrag DPB, ein Ansaugdruck-Änderungsbetrag DPI und ein. Drehgeschwindigkeit-Änderungsbetrag DNE durch die folgenden Gleichungen (21)–(24) berechnet und als Eingabeparameter auf die selbst-organisierende Karte SOMTS des Instationärer-Motorbetriebszustand-Models angewandt. In diesen Gleichungen ist „k” eine mit einer Berechnungsperiode TC der Zieldrosselventilöffnung THCMD digitalisierten diskreten Zeit. DGAIRCMD = GAIRCMD(k) – GAIRCMD(k – 1) (21) DPB = PB(k) – PB(k – 1) (22) DPI = PI(k) – PI(k – 1) (23) DNE = NE(k) – NE(k – 1) (24)
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3 zeigt die selbst-organisierende Karte SOMTS des Instationärer-Motorbetriebszustand-Models zum Berechnen der Zieldrosselventilöffnung THCMD in dieser Ausführungsform als eine zweidimensionalen Karte. Diese zweidimensionale Karte ist durch den Zielansaugluftdurchsatz-Änderungsbetrag DGAIRCMD und den Ladedruck-Änderungsbetrag DPB definiert. Der Eingabedatenvektor xTHD ist durch die folgende Gleichung (25) definiert. xTHD = (DGAIRCMD, DPB, DPI, DNE) (25)
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Ein durch die folgende Gleichung (26) gezeigter Gewichtungskoeffizientenvektor CDi (i = 1 – M) wird durch Trainieren mit derselben Methode berechnet, als die, die für das Trainieren der selbst-organisierenden Karte SOMSS des Stationärer-Motorbetriebszustand-Models verwendet wurde. CDi = (CD0i, CD1i, CD2i, CD3i, CD4i) (26)
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Wenn die selbst-organisierende Karte SOMTS des Instationärer-Motorbetriebszustand-Models verwendet wird, wird die Zieldrosselventilöffnung TH-CMD durch die folgende Gleichung (27) berechnet. Diese Gleichung (27) entspricht der Gleichung, die das Instationärer-Motorbetriebszustand-Model in dieser Ausführungsform definiert. THCMD = CD1i × DGAIRCMD + CD2i × DPB + CD3i × DPI + CD4i × DNE + CD0i (27)
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4 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen dem Ansaugluftdurchsatz GAIR [g/sec] und die Drosselventilöffnung TH zeigt. Die Kurven L1–L5 in 3 entsprechen jeweils den Zuständen, in welchen die Motordrehgeschwindigkeit NE 1000, 1500, 2000, 2500 beziehungsweise 3000 UpM beträgt.
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Wie aus 4 ersichtlich, steigt, wenn die Drosselventilöffnung TH zunimmt, unter der Bedingung, dass die Motordrehgeschwindigkeit NE konstant ist, der Ansaugluftdurchsatz GAIR an, um bei einem im Wesentlichen konstanten Wert (Sättigungsniveau) eine Sättigung zu erreichen. Bei dem Sättigungsniveau ändert sich der Ansaugluftdurchsatz GAIR nicht, wenn sich die Drosselventilöffnung TH ändert. Mit anderen Worten werden Änderungen der Drosselventilöffnung TH den Ansaugluftdurchsatz GAIR nicht beeinflussen, wenn der Ansaugluftdurchsatz GAIR das Sättigungsniveau (nachstehend als „maximaler Ansaugluftdurchsatz GAIRMAX” bezeichnet) erreicht hat. Somit wird in dieser Ausführungsform, wenn der Zielansaugluftdurchsatz GAIRCMD, welcher gemäß dem Gaspedal-Betätigungsbetrag AP und der Motordrehgeschwindigkeit NE eingestellt ist, gleich einem oder größer als ein Bestimmungsschwellenwert GAIRTH wird, die Zieldrosselventilöffnung TH-CMD auf die maximale Öffnung THMAX (zum Beispiel „90 Grad”) eingestellt. Der Bestimmungsschwellenwert GAIRTH wird durch Multiplizieren eines vorbestimmten Schwellenwertkoeffizienten KTH (zum Beispiel „0,95”) mit dem maximalen Ansaugluftdurchsatz GAIRMAX erhalten. Gemäß dieser Einstellung kann die Berechnungslast auf der CPU in der ECU 20 reduziert werden, ohne dass die Leistungsfähigkeit der Ansaugluftdurchsatz-Regelung/Steuerung verschlechtert wird. Andererseits wird, wenn der Zielansaugluftdurchsatz GAIRCMD kleiner als die maximale Ansaugluftmenge GAIRMAX ist, die Zieldrosselventilöffnung THCMD unter Verwendung der oben beschriebenen selbst-organisierenden Karte (nachfolgend als „SOM” bezeichnet) berechnet. Gemäß diesem Verfahren zum Einstellen der Zieldrosselventilöffnung THCMD kann die Drosselventilöffnung optimal auf die Zielansaugluftmenge GAIRCMD eingestellt werden, wenn der tatsächliche Ansaugluftdurchsatz GAIR geregelt/gesteuert wird.
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5 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens zum Berechnen der Zieldrosselventilöffnung THCMD. Dieses Verfahren wird bei vorbestimmten Zeitintervallen durch die CPU in der ECU 20 ausgeführt.
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In Schritt S11 wird eine GAIRCMD-Karte (nicht gezeigt) gemäß dem Gaspedal-Betätigungsbetrag AP und der Motordrehgeschwindigkeit NE abgerufen, um den Zielansaugluftdurchsatz GAIRCMD zu berechnen. Die GAIRCMD-Karte ist derart eingestellt, dass der Zielansaugluftdurchsatz GAIRCMD mit Zunahme des Gaspedal-Betätigungsbetrages AP zunimmt, und der Zielansaugluftdurchsatz GAIRCMD mit Zunahme der Motordrehgeschwindigkeit NE zunimmt.
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Im Schritt S12 wird eine GAIRMAX-Karte (nicht gezeigt) gemäß der Motordrehgeschwindigkeit NE und dem Ladedruck PB abgerufen, um den maximalen Ansaugluftdurchsatz GAIRMAX zu berechnen. Die GAIRMAX-Karte ist derart eingestellt, dass der maximale Ansaugluftdurchsatz GAIRMAX mit Zunahme der Motordrehgeschwindigkeit NE zunimmt, und der maximale Ansaugluftdurchsatz GAIRMAX mit Zunahme des Ladedrucks PB zunimmt.
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Im Schritt S13 wird der Bestimmungsschwellenwert GAIRTH durch Multiplizieren des vorbestimmten Schwellenwertkoeffizienten KTH mit dem maximalen Ansaugluftdurchsatz GAIRMAX berechnet. Im Schritt S14 wird bestimmt, ob der Zielansaugluftdurchsatz GAIRCMD kleiner als der Bestimmungsschwellenwert GAIRTH ist oder nicht. Falls die Antwort im Schritt S14 bejahend ist (JA), wird das in 6 gezeigte SOM-Berechnungsverfahren ausgeführt, um die Zieldrosselventilöffnung THCMD unter Verwendung der oben-beschriebenen selbst-organisierenden Karte SOMSS oder SOMTS zu berechnen (Schritt S15).
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Falls der Zielansaugluftdurchsatz GAIRCMD gleich dem oder größer als der Bestimmungsschwellenwert GAIRTH im Schritt S14 ist, wird die Zieldrosselventilöffnung THCMD auf die maximale Öffnung THMAX eingestellt.
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Im Schritt S21 aus 6 werden der Ansaugluftdurchsatz-Änderungsbetrag DGAIRCMD, der Ladedruck-Änderungsbetrag DPB, der Ansaugdruck-Änderungsbetrag DPI und der Drehgeschwindigkeit-Änderungsbetrag DNE durch die oben-beschriebenen Gleichungen (21)–(24) berechnet.
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Im Schritt S22 wird bestimmt, ob der Ansaugluftdurchsatz-Änderungsbetrag DGAIRCMD größer als ein vorbestimmter Luftdurchsatz-Änderungsbetrag DGATH ist oder nicht. Falls die Antwort auf Schritt S22 negativ ist (NEIN) ist, wird es ferner bestimmt, ob der Ladedruck-Änderungsbetrag größer als ein vorbestimmter Ladedruck-Änderungsbetrag DPBTH ist oder nicht (Schritt S23). Falls die Antwort auf Schritt S23 negativ ist (NEIN), wird es ferner bestimmt, ob der Ansaugdruck-Änderungsbetrag DPI größer als ein vorbestimmter Ansaugdruck-Änderungsbetrag DPITH ist oder nicht (Schritt S24). Falls die Antwort auf Schritt S24 negativ ist (NEIN), wird ferner bestimmt, ob der Drehgeschwindigkeit-Änderungsbetrag DNE größer als ein vorbestimmter Drehgeschwindigkeit-Änderungsbetrag DNETH ist (Schritt S25).
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Falls irgendeiner der Antworten auf die Schritte S22–S25 bejahend (JA) ist, dann wird bestimmt, dass der Motor 1 in dem instationären Betriebszustand ist und die Zieldrosselventilöffnung THCMD wird unter Verwendung der selbst-organisierenden Karte SOMTS des Instationärer-Motorbetriebszustand-Models berechnet (Schritt S27).
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Andererseits, falls die Antwort aus Schritt S25 negativ (NEIN) ist, dann wird bestimmt, dass der Motor 1 in dem stationären Betriebszustand ist und die Zieldrosselventilöffnung THCMD wird unter Verwendung der selbstorganisierenden Karte SOMSS des Stationärer-Motorbetriebszustand-Models berechnet (Schritt S26).
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Die CPU in der ECU 20 berechnet einen Antriebsparameter IDTH zum Antreiben des Aktuators 19 und führt eine Drosselventilöffnung-Regelung/Steuerung (Ansaugluftdurchsatz-Regelung/Steuerung), so dass die detektierte Drosselventilöffnung TH mit der durch das Verfahren aus den 5 und 6 berechneten Zieldrosselventilöffnung THCMD übereinstimmt.
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Wie oben in dieser Ausführungsform beschrieben wird der Antriebsparameter IDTH des Aktuators 19 mittels des Stationärer-Motorbetriebszustand-Models und des Instationärer-Motorbetriebszustand-Models berechnet. Das Stationärer-Motorbetriebszustand-Model entspricht dem stationären Betrieb des Motors 1 und gibt die Zieldrosselventilöffnung THCMD aus, unter Verwendung der selbst-organisierenden Karte SOMSS des Stationärer-Motorbetriebszustand-Models. Das Instationärer-Motorbetriebszustand-Model entspricht dem instationären Betrieb des Motors 1 und gibt die Zieldrosselventilöffnung THCMD aus, unter Verwendung der selbst-organisierenden Karte SOMTS des Instationärer-Motorbetriebszustand-Models. Insbesondere wird es bestimmt, ob sich der Motor 1 in dem instationären Betriebszustand in den Schritten S22–S25 aus 6 befindet oder nicht, ein aus dem Stationärer-Motorbetriebszustand-Model und dem Instationärer-Motorbetriebszustand-Model wird gemäß des Bestimmungsergebnisses ausgewählt und der Antriebsparameter IDTH wird gemäß der Zieldrosselventilöffnung THCMD berechnet, welche die Ausgabe des ausgewählten Models ist. Somit kann die Zieldrosselventilöffnung THCMD, welche für jeden der stationären Betriebszustand und der instationären Betriebszustand des Motors 1 geeignet ist, erhalten werden, wodurch eine Regelungs-/Steuerungsgenauigkeit mit dem mittels der Zieldrosselventilöffnung THCMD berechneten Antriebsparameter IDTH verbessert wird.
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Der Zielansaugluftdurchsatz GAIRCMD, der Ladedruck PB, der Ansaugdruck PI und die Motordrehgeschwindigkeit NE werden in die selbst-organisierende Karte SOMSS des Stationärer-Motorbetriebszustand-Models eingegeben, während die Änderungsbeträge von denjenigen Eingabeparametern in die selbst-organisierende Karte SOMTS des Instationärer-Motorbetriebszustand-Models eingegeben werden. Ferner wird in dem stationären Betriebszustand des Motors nur die Berechnung in Bezug auf die selbst-organisierende Karte SOMSS des Stationärer-Motorbetriebszustand-Models durchgeführt und in dem instationären Betriebszustand des Motors nur die Berechnung in Bezug auf die selbst-organisierende Karte SOMTS des Instationärer-Motorbetriebszustand-Models durchgeführt. Somit ist es nicht erforderlich, die Berechnungen, die den neuronalen Netze entsprechen, in den zwei Modellen durchzuführen, wodurch die Berechnungslast unterdrückt wird.
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Ferner wird es bestimmt, dass der Motor 1 sich in dem instationären Betriebszustand befindet, wenn wenigstens einer der Änderungsbeträge, welche dem Zielansaugluftdurchsatz GAIRCMD, dem Ladedruck PB, dem Ansaugdruck PI und der Motordrehgeschwindigkeit NE entsprechen, welche die Eingabeparameter der selbst-organisierenden Karte SOMSS des Stationärer-Motorbetriebszustand-Models sind, größer als der vorbestimmte Änderungsbetrag ist. Dementsprechend kann der instationäre Betriebszustand, in welchem die selbst-organisierende Karte SOMTS des Models für ein instationären Zustand verwendet werden soll, angemessen bestimmt werden.
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In dieser Ausführungsform bildet die ECU 20 die Zielansaugluftdurchsatz-Berechnungsmittel, die Instationärer-Motorbetriebszustand-Bestimmungsmittel und die Auswahlmittel. Insbesondere entspricht die Zieldrosselventilöffnung THCMD dem vorbestimmten Betriebsparameter, der Antriebsparameter IDTH des Aktuators 19 entspricht dem Motorregelungs-/steuerungsparameter, das Verfahren aus 5 entspricht einem Teil der Regelungs-/Steuerungsparameter-Berechnungsmittel und das Verfahren aus 6 entspricht den Instationärer-Motorbetriebszustand-Bestimmungsmitteln und den Auswahlmitteln.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben-beschriebenen Ausführungsform beschränkt und verschiedene Abwandlungen können vorgenommen werden. Beispielsweise wird in der oben-beschriebenen Ausführungsform ein Beispiel dafür gezeigt, dass die Zieldrosselventilöffnung THCMD der vorbestimmte Betriebsparameter ist. Alternativ kann, als der vorbestimmte Betriebsparameter ein aus dem Motor 1 emittierter NOx-Betrag, ein Abgasrückführungsdurchsatz (oder eine Abgasrückführungsmenge, oder eine Zielabgasrückführungsmenge) oder der Ansaugluftdurchsatz berechnet werden und die Kraftstoffeinspritzmenge (Regelungs-/Steuerungsparameter) kann entsprechend dem berechneten vorbestimmten Betriebsparameter berechnet werden.
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Wenn der NOx-Betrag berechnet wird, werden die Motordrehgeschwindigkeit NE, die Kraftstoffzufuhrmenge (Kraftstoffeinspritzmenge), das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, eine Temperatur der in die Turbine 11 strömenden Abgase, der Ladedruck PB, der Ansaugdruck PI und der Ansaugluftdurchsatz GAIR als Eingabeparameter der selbst-organisierenden Karte des Stationärer-Motorbetriebszustand-Models zum Berechnen des NOx-Betrags angewandt und die Änderungsbeträge, die den Eingabeparametern der selbst-organisierenden Karte des Stationärer-Motorbetriebszustand-Models werden als Eingabeparameter der selbst-organisierenden Karte des Instationärer-Motorbetriebszustand-Models angewandt.
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Wenn das Verhältnis der Abgsrückführung berechnet wird, werden der Ladedruck PB, der Ansaugdruck PI, die EGR-Ventilöffnung, der Ansaugluftdurchsatz GAIR, das Kraftstoff-Luft-Verhältnis, die Motordrehgeschwindigkeit NE, die Schaufelöffnung θvgt der Turbine 11 und die Temperatur der zurückgeführten Abgase als Eingabeparameter der selbst-organisierenden Karte des Stationärer-Motorbetriebszustand-Models angewandt, um das Verhältnis der Abgsrückführung zu berechnen, und die Änderungsbeträge, welche den Eingabeparametern der selbst-organisierenden Karte des Stationärer-Motorbetriebszustand-Models entsprechen, werden als die Eingabeparameter der selbst-organisierenden Karte des Instationärer-Motorbetriebszustand-Models angewandt.
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Wenn der Ansaugluftdurchsatz berechnet wird, werden die Drosselventilöffnung TH, der Ladedruck PB, der Ansaugdruck PI und die Motordrehgeschwindigkeit NE als Eingabeparameter der selbst-organisierenden Karte des Stationärer-Motorbetriebszustand-Models angewandt, um den Ansaugluftdurchsatz zu berechnen, und die Änderungsbeträge, welche den Eingabeparametern der selbst-organisierenden Karte des Stationärer-Motorbetriebszustand-Models werden als die Eingabeparameter der selbst-organisierenden Karte des Instationärer-Motorbetriebszustand-Models angewandt.
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Ferner wird in der oben-beschriebenen Ausführungsform die selbst-organisierende Karte als das neuronales Netz verwendet. Alternativ kann das neuronale Netz, das als sogenanntes „Perzeptron” bekannt ist, verwendet werden.
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Die vorliegende Erfindung kann auch zur Regelung/Steuerung eines Antriebsmotors eines Wasserfahrzeugs, wie beispielsweise eines Außenbordmotors mit einer sich vertikal erstreckenden Kurbelwelle eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verbrennungsmotor
- 2
- Ansaugrohr
- 19
- Aktuator
- 20
- elektronische Regelungs-/Steuerungseinheit (Regelnungs-/Steuerungsparameter-Berechnungsmittel, Instationärer-Motorbetriebszustand-Bestimmungsmittel, Auswahlmittel)
- 22
- Ladedrucksensor
- 24
- Ansaugdrucksensor
- 27
- Beschleunigungssensor
- 28
- Motordrehgeschwindigkeitssensor
