DE60128438T2

DE60128438T2 - Interne Abgasrückführungsmengenschätzung zur Steuerung von Gaswechselventilen und Zündung

Info

Publication number: DE60128438T2
Application number: DE60128438T
Authority: DE
Inventors: Takao Yamato-shi Kawasaki; Masahiro Yokohama-shi Arai
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2021-07-12
Also published as: EP1211402A2; EP1211402A3; DE60128438D1; EP1211402B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Berechnen einer Motorzylinder-Einlassluftmenge.
Im Gegensatz zu einem Motor der herkömmlichen Art, der die Einlassluftmenge mit einem Drosselventil steuert, ist ein Motor einer neuen Art (vorgeschlagen durch die japanische veröffentlichte Patentanmeldung Kokai Nr. H10(1998)-37727) angeordnet, um die Einlassluftmenge durch Steuern des Einlassventil-Schließzeitpunktes zu steuern.
Ein Einlassluft-Steuerungssystem dieser Art zum Steuern der Einlassluftmenge durch Steuern des Einlassventil-Schließzeitpunktes erzielt eine Soll-Luftmenge (erforderliche Einlassluftmenge) entsprechend dem erforderlichen Drehmoment durch Steuern des Volumens von Zylinder-Einlassluft entsprechend einem effektiven Ansaughub, der durch den Einlassventil-Schließzeitpunkt bestimmt wird, bei dem Einlassdruck, der ohne Vorhandensein eines Drosselventils etwa bei Atmosphärendruck konstant gehalten wird und der in Abhängigkeit von der Drosselöffnung bestimmt wird, wenn ein Drosselventil bereitgestellt wird.
Um die Einlassluftmenge durch Steuern des Einlassventil-Schließwinkels genau zu steuern, muss das Einlassventil an einer Kolbenposition geschlossen werden, an der der Zylinder einen Betrag an Frischluft entsprechend der Soll-Luftmenge zusätzlich zu einem Betrag an Restgasen (innere Abgasrückführungsmenge) enthält, der in der Verbrennungskammer verbleibt, geschlossen werden. Die innere Abgasrückführungsmenge der Restgase wird stark durch das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Ventilüberschneidung und die Länge der Ventilüberschneidung beeinflusst. Die Ventilüberschneidungsbedingung hat einen starken Einfluss auf die innere Abgasrückführungsmenge, insbesondere in einem Ventilbetätigungssystem mit Magnetspule, das eine solche hohe Reaktionsgeschwindigkeit bei dem Öffnen und Schließen von Ventilen hat, dass sowohl das Auslassventil als auch das Einlassventil während eines Ventilüberschneidungs-Zeitraumes etwa in dem vollständig geöffneten Zustand gehalten wer den. Dementsprechend wurde festgestellt, dass einfache Korrektur oder Kompensation der inneren Abgasrückführungsmenge nicht immer ausreichend ist, um die Lufteinlassmenge und somit das Motordrehmoment genau zu steuern. Darüber hinaus ist angemessene Steuerung selbst bei einem System, das ausgelegt ist, um den Soll-Auslassventil-Schließzeitpunkt und den Soll-Einlassventil-Öffnungszeitpunkt einzustellen, um eine geeignete innere Abgasrückführungsmenge zu erhalten und um den Soll-Einlassventil-Schließzeitpunkt gemäß der Einstellung der Ventilzeiten einzustellen, schwierig, da die innere Ist-Abgasrückführungsmenge durch andere Faktoren neben den Ventilzeiten beeinflusst wird.
Um daher ansprechende Steuerungsleistung mit Ventilaktuatoren zu erzielen, ist es erforderlich, eine innere Abgasrückführungsmenge genau zu ermitteln, die in einem Übergangszustand tendenziell stark schwankt.
Darüber hinaus ist die genaue Berechnung der inneren Abgasrückführungsmenge erforderlich für genaue Rückführregelung der Zylinder-Einlassluftmenge, genaue Steuerung des Luft-Kraftstoffverhältnisses, genaue Schätzung der Zylinder-Einlassluftmenge und genaue Steuerung der Zündzeitpunktverstellung auf optimale Verbrennungswirksamkeit.
Das ältere, jedoch nicht vorveröffentlichte EP 1 104 844 A2 (Artikel 54(3) EPC) beschreibt ein Steuerungssystem zum Steuern einer Einlassluftmenge durch Steuern eines Einlassventil-Schließzeitpunktes. Eine Steuervorrichtung schätzt eine Menge von Gasen der inneren Abgasrückführung, die in einem Zylinder verbleiben, und steuert den Einlassventil-Schließzeitpunkt auf einen gewünschte Soll-Zeitpunkt, der unter Berücksichtigung einer abgeschätzten inneren Abgasrückführungsmenge bestimmt wird. Die abgeschätzte innere Abgasrückführungsmenge ist eine Summe einer Grundgröße und einer Zunahme-Korrekturgröße, die gemäß eines Ventilüberschneidungs-Zeitraumes, seiner mittleren Winkelposition in der Kurbelwellendrehung und einem Einlassdruck bestimmt wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Berechnen einer Motorzylinder-Einlassluftmenge, um einen Motor auf der Grundlage der Ergebnisses der Schätzung einer inneren Abgasrückführungsmenge genau zu steuern.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die genannte Aufgabe durch ein Verfahren, das die Merkmale des Patentanspruches 1 aufweist, gelöst.
Gemäß einem Vorrichtungs-Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die genannte Aufgabe durch eine Vorrichtung, die die Merkmale des Patentanspruches 19 aufweist, gelöst.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in den Unteransprüchen dargelegt.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen derselben in Verbindung mit den anhängenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
1 ist ein Schema und zeigt einen Motor, der mit einem verstellbaren Ventilsteuerungs-Aktuator und einer Steuereinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ausgerüstet ist.
2 ist eine Ansicht zur Veranschaulichung einer Elektromagnet-Ansteuervorrichtung für das in dem System aus 1 verwendete Einlass- oder Auslassventil.
3 ist ein Fließbild und zeigt eine Routine zum Einstellen eines Einlassventil-Schließzeitpunktes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
4 ist ein Fließbild und zeigt eine Unterroutine zum Feststellen einer Grundmenge innerer Abgasrückführung in einem Nichtüberschneidungs-Zustand gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
5 ist ein Fließbild und zeigt eine Unterroutine zum Feststellen einer Überschneidungs-Korrekturgröße, die verwendet wird, um die Grundmenge innerer Abgasrückführung zu modifizieren.
6 ist ein Fließbild und zeigt eine Unterroutine zum Feststellen eines Modifizierungskoeffizienten auf Basis eines Einlassdruckes, zum Modifizieren der Überschneidungs-Korrekturgröße.
7 ist eine Grafik und zeigt eine Kennlinie der Grundmenge innerer Abgasrückführung.
8 ist eine Grafik und zeigt eine Kennlinie der Überschneidungs-Korrekturgröße.
9 ist eine Grafik zur Veranschaulichung des Einflusses des Einlassdruckes auf die Grund-Korrekturgröße.
10 ist eine Grafik und zeigt eine Kennlinie einer Größe OLEGC0 in Bezug auf eine Ventil-Überschneidungszeit OLTIME, die in der Unterroutine aus 5 verwendet werden kann.
11 ist eine schematische Ansicht ähnlich der 1, zeigt jedoch ein Motorsystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
12 ist ein Blockschema und zeigt ein Motorzylinder-Einlassluftmengen-Schätzsystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
13 ist ein Fließbild und zeigt eine Routine zum Berechnen einer Verteilerabschnitt-Einströmluftmenge, ausgeführt in dem System aus 12.
14 ist ein Fließbild und zeigt eine Routine zum Berechnen eines Zylindervolumens, ausgeführt in dem System aus 12.
15 ist ein Fließbild und zeigt eine Routine zum kontinuierlichen Berechnen (Verteilerabschnitt-Einlassluft-Gleichgewicht und Zylinder-Einlassluftmenge), ausgeführt in dem System aus 12.
16 ist ein Fließbild und zeigt eine Routine für Nachbehandlung, ausgeführt in dem System aus 11.
17 ist ein Fließbild und zeigt eine Routine in einem anderen Beispiel für Nachbehandlung, und
18 ist ein Blockschema und zeigt ein Zündzeitpunktverstellungs-Steuerungssystem gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
1 zeigt ein Steuerungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Wie in 1 gezeigt wird, weist der Motor 1 eine Vielzahl von Zylindern auf, von denen ein jeder eine Verbrennungskammer 3 aufweist, die von einem Kolben 2 definiert wird. Die Verbrennungskammer 3 eines jeden Zylinders weist eine Zündkerze 4, ein Einlassventil 5 und ein Auslassventil 6 mit elektromagnetischem Antrieb auf. Ein Einlasskanal 7 dient der Zuführung von Luft in eine jede Verbrennungskammer 3, und ein Auslasskanal 8 transportiert die Abgase von dem Motor 1 weg.
2 zeigt schematisch einen Magnetspulen-Ventilaktuator (elektromagnetischen Ventilaktuator) für das Einlassventil 5 und das Auslassventil 6. Ein Ventilelement 20 ist an dem einen Ende eines Ventilschaftes 21 angebracht. Ein plattenförmiges bewegliches Element 22 ist an dem Ventilschaft 21 befestigt. Das bewegliche Element 22 wird normalerweise durch die Federn 23 und 24 in einer Ruhestellung gehalten. Eine Öffnungsmagnetspule 25 ist unterhalb des beweglichen Elementes 22 angeordnet und eine Schließmagnetspule 26 ist oberhalb des beweglichen Elementes 22 angeordnet.
Vor dem Starten des Motors 1 wird das bewegliche Element 22 betätigt, um mitschwingend zu schwingen, indem die Öffnungsmagnetspule 25 und die Schließmagnetspule 26 abwechselnd erregt werden. Wenn die Amplitude ausreichend erhöht wird, wird das bewegliche Element 22 von einer der Magnetspulen 25 und 26 angezogen und gehalten.
Das Ventil wird aus dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand bewegt, indem die obere Schließmagnetspule 26 aberregt wird, wodurch das bewegliche Element 22 angezogen wird, wodurch ermöglicht wird, dass sich das bewegliche Element 22 durch die Vorspannkraft der Feder 23 nach unten bewegt, und wodurch das bewegliche Element 22 angezogen wird, indem die untere Öffnungsmagnetspule 25 erregt wird, wenn sich das bewegliche Element 22 ausreichend an die untere Öffnungsmagnetspule 25 annähert. Somit wird das Ventilelement 20 aus einem Ventilsitz angehoben und das Ventilgeöffnet wird geöffnet.
Das Ventil wird von dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand bewegt, indem die untere Öffnungsmagnetspule 25 aberregt wird, wobei das bewegliche Element 22 angezogen wird, wodurch bewirkt wird, dass sich das bewegliche Element 22 durch die Vorspannkraft der Feder 24 nach oben bewegt, und wobei das bewegliche Element 22 angezogen wird, indem die obere Schließmagnetspule 26 erregt wird, wenn sich das bewegliche Element 22 ausreichend an die obere Schließmagnetspule 25 annähert. Somit sitzt das Ventilelement 20 auf dem Ventilsitz und das Ventil ist geschlossen.
Wie in 1 gezeigt wird, werden ein Einlasskanal 7, ein Luftströmungsmesser 14 zum Erfassen einer Einlassluftmenge und ein Drosselventil 15, dessen Öffnungsgrad elektronisch gesteuert wird, bereitgestellt. Ein elektromagnetisches Kraftstoff-Einspritzventil 9 wird in dem Ansaugkanal für einen jeden Zylinder bereitgestellt.
Eine Steuereinheit (C/U) 10 steuert das Einlassventil 5 und das Auslassventil 6, das Drosselventil 15, die Kraftstoff-Einspritzventile 9 und die Zündkerzen 4 entsprechend den von verschiedenen Sensoren erfassten Eingabeinformationen zu den Motor-Betriebszuständen. Ein Kurbelwellenwinkel-Sensor 11 erzeugt ein Kurbelwellenwinkel-Signal synchron mit der Motorumdrehung. Eine Motordrehzahl (U/min) kann anhand des Kurbelwellenwinkel-Signals ermittelt werden. Ein Gaspedal-Sensor 12 ist angeordnet, um eine Gaspedalöffnung zu erfassen (oder einen Gaspedal-Betätigungsgrad). Die Sig nale dieser Sensoren werden in die Steuereinheit 10 eingegeben, die als die Hauptkomponente einer Steuerungsvorrichtung in dem Steuerungssystem dient.
Gemäß den Motor-Betriebszuständen, wie zum Beispiel der Gaspedalöffnung (dem Gaspedalöffnungsgrad) und der Motordrehzahl, steuert dieses Steuerungssystem die Ist-Lufteinlassmenge so, dass ein Soll-Drehmoment vorwiegend durch Steuern des Schließzeitpunktes des Einlassventils 5 gesteuert wird. Um darüber hinaus Abgasemissionen zu reduzieren, insbesondere den Betrag an NOx, steuert dieses Steuerungssystem weiterhin den Schließzeitpunkt des Auslassventils 6 und den Öffnungszeitpunkt des Einlassventils 5 (und den Öffnungszeitpunkt des Auslassventils 6), um die innere Abgasrückführungsmenge auf ein angemessenes Niveau entsprechend den Motor-Betriebsbedingungen zu steuern. In der Praxis wird die innere Abgasrückführungsmenge jedoch nicht nur durch diese beiden Ventilzeiten, sondern ebenso durch andere Faktoren beeinflusst. Daher ist dieses Steuerungssystem angeordnet, um die innere Abgasrückführungsmenge entsprechend den Motor-Betriebsbedingungen zu schätzen und um den Schließzeitpunkt des Einlassventils 5 (eines jeden Zylinders, um genau zu sein) entsprechend der abgeschätzten inneren Abgasrückführungsmenge einzustellen.
Das Steuerungssystem ermittelt die Einlassluftmenge gemäß von den verschiedenen Sensoren erfasster und übergebener Werte und steuert die Kraftstoff-Einspritzmenge des Kraftstoff-Einspritzventils 9 (eines jeden Zylinders, um genau zu sein) entsprechend der Einlassluftmenge.
3 zeigt eine Hauptroutine zum Steuern des Einlassventil-Schließzeitpunktes gemäß dem Ausführungsbeispiel.
Der Schritt S1 ist ein Schritt zum Ablesen der von dem Gaspedal-Sensor 12 erfassten Gaspedal-Öffnung, der von dem Kurbelwellenwinkel-Sensor 11 erfassten Motordrehzahl etc. und zum Berechnen einer Soll-Luftmenge FQH0EM, die für ein angefordertes Drehmoment angemessen ist.
Der Schritt S2 berechnet ein Grundmenge innerer Abgasrückführung EVEGR0, die die Menge innerer Abgasrückführung in dem Nichtüberschneidungszustand darstellt, in dem es keine Ventilüberschneidung des Einlassventils und des Auslassventils gibt.
Diese Berechnung wird durch Befolgen einer in 4 gezeigten Unterroutine durchgeführt.
In den Schritten S21 und S22 liest die Steuereinheit 10 eine Motordrehzahl Ne und einen Soll-Auslassventil-Schließzeitpunkt EVC aus. Entsprechend den in den Schritten S21 und S22 ermittelten Werten berechnet die Steuereinheit 10 die Grundmenge innerer Abgasrückführung EVEGR0 als eine Abgasrückführ-Rate in Bezug auf die Soll-Luftmenge FQH0EM in dem Schritt S23 durch Nachschlagen aus einer Kennfeldtabelle, die aus den in 7 gezeigten Kennwerten erarbeitet wird. Die Grundmenge innerer Abgasrückführung EVEGR0 ist ein Menge verbrannter Gase, die in einem Zylinder in dem Nichtüberschneidungszustand verbleiben, in dem es keine Überschneidung des Einlassventils und des Auslassventils gibt. Wenn demzufolge das durch die Kolbenposition zu dem Auslassventil-Schließzeitpunkt EVC bestimmte Zylindervolumen kleiner wird, nimmt die Grundmenge innerer Abgasrückführung EVEGR0 ab. Die Grundmenge innerer Abgasrückführung EVEGR0 wird an dem oberen Totpunkt am kleinsten, wie in 7 gezeigt wird. Für die gleiche Kolbenposition unterscheidet sich die Grundmenge innerer Abgasrückführung EVEGR0 zwischen dem Zustand vor dem oberen Totpunkt (BTDC) und dem Zustand nach dem oberen Totpunkt (ATDC). Wenn EVC vor dem oberen Totpunkt liegt, wird das Auslassventil in dem Zustand des etwas verdichteten Restgasgemisches geschlossen. Wenn EVC nach dem oberen Totpunkt liegt, wird das Auslassventil andererseits in dem Zustand des Zurückziehens der in den Auslasskanal ausgestoßenen Abgase geschlossen, und aufgrund einer Verzögerung in dem Rücklauf der Abgase wird die Restgasmenge, das heißt die innere Abgasrückführungsmenge, kleiner. Darüber hinaus ist diese Tendenz auf die Trägheit zurückzuführen und ebenfalls durch die Motordrehzahl Ne beeinflusst. Wenn die Motordrehzahl Ne steigt, nimmt die Trägheit zu, und somit nimmt der auf die innere Abgasrückführungsmenge ausgeübte Einfluss zu. Wenn EVC nach dem oberen Totpunkt TDC liegt, ändert sich die Abgasströmung und somit ist der Einfluss der Trägheit groß, so dass die Abnahme der inneren Abgasrückführungsmenge aufgrund einer Erhöhung der Motordrehzahl Ne größer wird. An Positionen entfernt von dem oberen Totpunkt ist die Kolbengeschwindigkeit größer, und der Betrag von Änderung der inneren Abgasrückführungsmenge in Bezug auf eine Änderung der Motordrehzahl Ne nimmt zu.
Somit nimmt die Grundmenge der Abgasrückführung EVEGR0 zu, wenn das Ausmaß von Trennung (wie zum Beispiel ein Winkelabstand in Bezug auf Grad der Kurbelwellendrehung) von EVC von dem Auslass-TDC (das heißt dem oberen Totpunkt TDC in dem Auslasshub) größer wird. Die Grundmenge der Abgasrückführung EVEGR0 nimmt mit der Zunahme der Motordrehzahl Ne auf der BTDC-Seite zu, und die Grundmenge der Abgasrückführung EVEGR0 nimmt mit der Erhöhung der Motordrehzahl Ne auf der ATDC-Seite ab. Die Abnahmerate der Grundmenge der Abgasrückführung EVEGR0 in Bezug auf die Erhöhung der Motordrehzahl Ne auf der ATDC-Seite ist größer als die Zunahmerate der Grundmenge der Abgasrückführung EVEGR0 in Bezug auf die Zunahme der Motordrehzahl Ne auf der BTDC-Seite.
Unter Bezugnahme auf 3 dient der Schritt S3 der Prüfung, ob eine Ventilüberschneidung zwischen dem Soll-Öffnungszeitpunkt IVO des Einlassventils 5 und dem Soll-Schließzeitpunkt EVC des Auslassventils 6 vorliegt.
Wenn keine Überschneidung vorliegt, geht die Steuereinheit 10 zu dem Schritt S4 über und stellt eine Überschneidungs-Korrekturgröße OLEGR1 zum Korrigieren der inneren Abgasrückführungsmenge auf Null (OLEGR1 = 0) ein. Demzufolge wird die abgeschätzte Grundmenge innerer Abgasrückführung EGRREM in dem nächstfolgenden Schritt S8 auf gleich der Grundmenge innerer Abgasrückführung EVRGR0 eingestellt (EGRREM = EVRGR0).
Wenn eine Ventilüberschneidung vorliegt, geht die Steuereinheit 10 von einem Schritt S3 zu einem Schritt S5 über und berechnet eine Grund-Überschneidungs-Korrekturgröße OLEGR0 durch eine in 5 gezeigte Unterroutine.
In den Schritten S31, S32 und S33 liest die Steuereinheit 10 die Motordrehzahl Ne, den Soll-Auslassventil-Schließzeitpunkt EVC des Auslassventils 6 und den Einlassventil-Öffnungszeitpunkt IVO des Einlassventils 5 aus. In dem Schritt S34 wandelt die Steuereinheit 10 ein Größe der Ventilüberschneidung (ausgedrückt in Grad von Kurbelwellendrehung) unter Verwendung der Eingabewerte von Ne, EVC und IVO gemäß der folgenden Gleichung in eine Ventilüberschneidungszeit OLTIME um. OLTIME = (EVC – IVO)/Ne
Danach bestimmt die Steuereinheit 10 in dem Schritt S35 eine Zwischengröße OLEGC0 von der Ventilüberschneidungszeit OLTIME durch Nachschlagen aus einer Kennfeldtabelle. Somit bestimmt der Schritt 35 einen Wert der Größe (Zwischengröße) OLEGC0 entsprechend dem aktuellen Wert der Ventilüberschneidungszeit OLTIME.
In diesem Beispiel nimmt die Zwischengröße OLEGC0 monoton mit der Zunahme der Ventilüberschneidungszeit OLTIME zu, wie in 10 gezeigt wird.
In dem Schritt S36 überprüft die Steuereinheit 10, ob der Auslassventil-Schließzeitpunkt EVC auf der BTDC-Seite oder auf der ATDC-Seite liegt.
Wenn der Auslassventil-Schließzeitpunkt EVC vor dem oberen Totpunkt TDC liegt, geht die Steuereinheit 10 von dem Schritt S36 zu dem Schritt S37 über und setzt die in dem Schritt S35 ermittelte Größe OLEGC0 als die Grund-Überschneidungs-(Erhöhungs-)-Korrekturgröße OLEGR0 direkt ohne Modifizierung (OLEGR0 = OLEGC0).
Wenn der Auslassventil-Schließzeitpunkt EVC nach dem oberen Totpunkt TDC liegt, geht die Steuereinheit 12 von dem Schritt S36 zu dem Schritt S38 über und bestimmt die Grund-Überschneidungs-(Erhöhungs-)-Korrekturgröße OLEGR0 durch Modifizieren des ermittelten Wertes von OLEGC0 entsprechend dem Soll-Schließzeitpunkt EVC durch die folgende Gleichung. OLEGR0 = OLEGC0 – EVC (Nacheilungs-Größe nach TDC) × Konstante.
Die Schwankungsgröße (oder Zunahmegröße) der inneren Abgasrückführung zwischen der Grundmenge innerer Abgasrückführung in dem Nichtüberschneidungszustand und der inneren Abgasrückführungsmenge in dem Ventilüberschneidungszustand schwankt selbst für die gleiche Größe der Ventilüberschneidung (oder die Überschneidungszeit), da sich der Einfluss der Rückströmung in Abhängigkeit von dem Auslassventil-Schließzeitpunkt EVC unterscheidet. 8 zeigt die Schwankung der Erhöhungsgröße der inneren Abgasrückführungsmenge in Bezug auf den Auslassventil-Schließzeitpunkt EVC für verschiedene Werte der Überschneidungsgröße (der Über schneidungszeit) unter der Bedingung, dass die Motordrehzahl Ne konstant ist und der Ansaugdruck konstant ist.
Wenn festgestellt wird, dass der Auslassventil-Schließzeitpunkt EVC vor dem oberen Totpunkt TDC liegt, wird die Erhöhungsgröße der inneren Abgasrückführung (OLEGR0) unabhängig von den Änderungen der EVC etwa konstant gehalten, wie in 8 gezeigt wird. Wenn der Auslassventil-Schließzeitpunkt EVC vor dem oberen Totpunkt TDC liegt, werden verbrannte Gase in dem Zylinder tendenziell während der Ventilüberschneidung auf der Seite des niedrigeren Druckes zurück in den Ansaugkanal gesaugt und nicht in den Auslasskanal ausgestoßen, und die Rückwärtsströmung wird dominant. Danach werden die verbrannten Gase der Rückströmung in den Ansaugkanal in dem nachfolgenden Ansaughub wieder in den Zylinder gesaugt, so dass die Abgasrückführ-Rate etwa konstant bleibt. Daher wird die Korrektur durch den Auslassventil-Schließzeitpunkt EVC (die Voreilgröße vor dem oberen Totpunkt) in dem Schritt S37 nicht durchgeführt.
Wenn der Auslassventil-Schließzeitpunkt EVC nach dem oberen Totpunkt TDC liegt, nimmt die Menge von Abgasrückströmung in den Einlasskanal wegen der Abwärtsbewegung des Kolbens während der Ventilüberschneidung ab. Wenn darüber hinaus der Auslassventil-Schließzeitpunkt EVC von dem oberen Totpunkt weg verschoben wird, erhöht sich der Einlass-Unterdruck in dem Zylinder und die Druckdifferenz von dem Einlass-Unterdruck in dem Einlasskanal nimmt ab. Daher nimmt die Tendenz zu Abgasrückströmung ab. In dem Überschneidungszustand, im Vergleich zu dem Nichtüberschneidungszustand, erhöht sich die Menge von Rückströmung von Abgasen von dem Auslasskanal in den Zylinder hinein (so dass die Spülwirkung abnimmt) durch Übertragung des Einlass-Unterdruckes in den Zylinder hinein durch das Öffnen des Einlassventils, und die innere Abgasrückführungsmenge erhöht sich dementsprechend. Die Erhöhungsgröße in der innere Abgasrückführungsmenge ist jedoch groß, wenn die Überschneidung um den oberen Totpunkt herum liegt, jedoch nimmt diese Erhöhungsgröße ab, wenn sich die Überschneidung von dem oberen Totpunkt TDC weg verschiebt. Wenn die Überschneidung nahe dem oberen Totpunkt liegt, ist der Einfluss von dem Einlass-Unterdruck auf den Zustand in dem Zylinder groß im Vergleich zu dem Nichtüberschneidungszustand, in dem das Einlassventil nicht geöffnet ist, und daher ist die Erhöhungsgröße der inneren Abgasrückführung aufgrund der Rückströmung der Abgase groß. Wenn sich die Überschneidung andererseits entfernt von dem oberen Totpunkt TDC befindet, wird die Differenz zwischen dem Einlass-Unterdruck, der durch die Abwärtsbewegung des Kolbens in dem Nichtüberschneidungszustand, in dem das Einlassventil während dieses Zeitraumes geschlossen gehalten wird, und dem Einlass-Unterdruck, der von dem Einlasskanal während der Überschneidung in den Zylinder hinein übertragen wird, kleiner, und somit wird die Differenz in der Auslass-Rückströmungsmenge zwischen dem Überschneidungszustand und dem Nichtüberschneidungszustand kleiner. Die Erhöhung der inneren Abgasrückführungsmenge aufgrund der Rückströmung der Abgase während der Überschneidung nimmt nämlich ab, wenn sich die Überschneidung (oder der Auslassventil-Schließzeitpunkt EVC) von dem oberen Totpunkt TDC weg verschiebt.
Aus den oben genannten Gründen und wenn die EVC nach dem TDC liegt, nimmt die Zunahme (OLEGR0) der inneren Abgasrückführungsmenge aufgrund der Überschneidung ab, wenn sich die EVC von dem TDC weg verschiebt, wie in 8 gezeigt wird.
Daher führt der Schritt 38 die Subtraktion durch den Subtrahenden proportional zu dem Auslassventil-Schließzeitpunkt EVC durch (die Verzögerungsgröße nach dem oberen Totpunkt TDC).
Unter Bezugnahme auf 3 berechnet der Schritt S6 einen Einlassdruck-Modifizierungskoeffizienten OLEGCB zum Modifizieren der auf diese Weise berechneten Grund-Überschneidungs-Korrekturgröße OLEGR0 entsprechend dem Einlassdruck (Ladedruck).
Die Grund-Überschneidungs-Korrekturgröße OLEGR0 wird als eine Erhöhungsgröße der inneren Abgasrückführungsmenge aufgrund einer Ventilüberschneidung unter der Bedingung, dass der Einlassdruck konstant ist (–50 mm Hg), berechnet. Selbst für die gleiche Überschneidungsgröße (oder die gleiche Überschneidungszeit) und den gleichen Auslassventil-Schließzeitpunkt EVC wird die Auslass-Rückströmungsmenge (oder die Auslass-Rückströmungs-Zeit) durch eine Veränderung des Einlassdruckes verändert. Dies wird durch Modifizieren auf Basis des Einlassdruckes berücksichtigt. Wenn kein Drosselventil bereitgestellt wird und der Einlassdruck etwa konstant auf At mosphärendruck gehalten wird, kann das Modifizieren weggelassen werden. Jedoch wird die auf dem Einlassdruck beruhende Modifizierung benötigt oder ist erwünscht, wenn der Einlassdruck auf einem vorgegebenen Niveau gesteuert wird, indem der Öffnungsgrad des Drosselventils 15 gedrosselt wird, um den Vakuumdruck zum Bremsen zuzuführen oder für das Ansaugen von verdunstendem Kraftstoffdampf und Durchblasgas in das Einlasssystem, und die Einlassluftmenge wird gesteuert, indem der Einlassventil-Schließzeitpunkt unter Berücksichtigung des Einlassdruckes gesteuert wird.
Der Einlassdruck-Modifizierungskoeffizient OLEGCB wird durch die in 6 gezeigte Unterroutine berechnet.
Der Schritt S41 liest den Soll-Einlassdruck, der durch die oben genannte Einlassdruck-Steuerverarbeitung des Steuerns des Einlassdruckes durch Steuern des Drosselöffnungsgrades berechnet worden ist. Der Schritt S42 liest den Soll-Schließzeitpunkt EVC des Auslassventils 6. Entsprechend den Werten dieser Eingabegrößen ermittelt der Schritt S43 einen Wert des Einlassdruck-Modifizierungskoeffizienten OLEGCB durch Nachschlagen aus einer Kennfeldtabelle, die auf der Basis von Kenndaten erarbeitet worden ist, wie in 9 gezeigt wird. 9 zeigt eine Verstärkung (oder einen Verstärkungsfaktor), welche ein Verhältnis der Erhöhungsgröße der inneren Abgasrückführung unter der Bedingung, dass der Einlassdruck (Unterdruck) gleich –100 mm HG oder –300 mm Hg ist, zu der Erhöhungsgröße der inneren Abgasrückführung unter der Bedingung, dass der Einlassdruck gleich –50 mm Hg ist, ist. Für eine jede des Einlassdruckbedingungen von –100 mm Hg und –300 mm Hg werden zwei Kennlinien in den zwei Fällen von Überschneidungsgröße (Kurbelwellenwinkel) gleich 20 Grad und 40 Grad gezeigt. Wie in 9 gezeigt wird, bleibt die Verstärkung bei einem Einlassdruck von –100 mm Hg konstant bei etwa 2, unabhängig von der Veränderung des Auslassventil-Schließzeitpunktes EVC (der Mittelwert des Ventilüberschneidungs-Zeitraumes). Bei einem Einlassdruck von –300 mm Hg andererseits wird die Verstärkung konstant bei etwa 3 ~ 4 gehalten, wenn EVC vor dem oberen Totpunkt TDC liegt, und die Verstärkung nimmt linear zu mit der Erhöhung des Umfangs der Trennung von EVC von TDC, wenn EVC nach TDC liegt. Wenn der Auslassventil-Schließzeitpunkt EVC bei einem konstanten Einlassdruck (–50 mm Hg) nach dem oberen Totpunkt TDC liegt, wie weiter oben bereits erwähnt wurde, wird die Druckdifferenz in dem Zylinder aufgrund des Vorliegens und Nichtvorliegens einer Ventilüberschneidung kleiner, wenn EVC von TDC weg verschoben wird, so dass die Erhöhungsgröße der Auslass-Rückströmungsmenge tendenziell abnimmt. Wenn jedoch der Einlass-Unterdruck auf –300 mm Hg ansteigt, wird die Druckdifferenz in dem Zylinder aufgrund des Vorliegens und Nichtvorliegens einer Ventilüberschneidung größer, so dass die Erhöhungsgröße auf einem größeren Niveau gehalten wird, und somit wird die Verstärkung im Vergleich zu dem Beispiel von –50 mm Hg vergrößert.
Somit erhöht das Steuerungssystem dieses Beispiels die Verstärkungs-Größe OLEGCB, wenn ein Absolutwert des Einlassdruckes auf der negativen Seite zunimmt, und erhöht die Verstärkungsgröße OLEGCB entsprechend der Verzögerungs-Größe oder dem Verzögerungswinkel des Auslassventil-Schließzeitpunktes EVC von dem oberen Auslass-Totpunkt, wenn der Auslassventil-Schließzeitpunkt EVC nach dem oberen Auslass-Totpunkt liegt und der Absolutwert des Einlassdruckes größer ist als ein vorgegebenes Niveau, welches in diesem Beispiel etwa –100 mm Hg beträgt, wie aus 9 zu ersehen ist.
Unter Bezugnahme auf 3 berechnet der Schritt S7 eine End-Überschneidungs-Korrekturgröße OLEGR1 durch Multiplizieren der Grund-Korrekturgröße OLEGR0, das in dem Schritt S5 berechnet wird, mit dem Einlassdruck-Korrektur-Koeffizienten OLEGCB, die in dem Schritt S6 berechnet wird (OLEGR1 = OLEGR0 × OLEGCB).
Der Schritt S8 berechnet die abgeschätzte innere Abgasrückführungsmenge EGRREM durch Addition der Überschneidungs-Korrekturgröße OLEGR1, die in dem Schritt S7 berechnet wird, zu der Grundmenge innerer Abgasrückführung EVEGR0, die in dem Schritt S2 berechnet wird. Somit wird die innere Abgasrückführungsmenge durch Addieren der berechneten Überschneidungs-Erhöhungs-Korrekturgröße OLEGR1 zu der Grundmenge innerer Abgasrückführung EVEGR0 abgeschätzt. EGRREM = EVEGR0 + OLEGR1
Der Schritt S9 berechnet eine modifizierte Soll-Luftmenge HQH0FM durch Modifizieren der Soll-Luftmenge FQH0EM, die in dem Schritt S1 berechnet wird, entsprechend der abgeschätzten inneren Abgasrückführungsmenge EGRREM. HQH0FM = FQH0EM × (1 – EGRREM).
Diese Modifizierung soll nicht die Soll-Luftmenge an sich ändern, sondern es handelt sich hierbei um eine Modifizierung zur Berücksichtigung von Änderungen des Einlassventil-Schließzeitpunktes, die erforderlich ist, um die Soll-Luftmenge (die Menge von Frischluft) zu ermitteln, die durch die innere Abgasrückführungsmenge verursacht wird. Somit wird die Soll-Luftmenge als die Gesamtmenge von Gasen in dem Zylinder berechnet, indem die Menge von Gas der inneren Abgasrückführung zu der Soll-Luftmenge addiert wird.
Der Schritt S10 berechnet den Soll-Schließzeitpunkt IVC des Einlassventils 5 entsprechend der modifizierten Soll-Luftmenge HQH0FM.
Daher übergibt die Steuereinheit ein Ventil-Steuersignal entsprechend dem Soll-Einlassventil-Schließzeitpunkt IVC an die oben genannte elektromagnetische Ansteuereinheit und steuert dadurch das Einlassventil 5 so, dass das Einlassventil 5 zu dem Soll-Einlassventil-Schließzeitpunkt IVC geschlossen wird.
Dieses Steuerungssystem schätzt die innere Abgasrückführungsmenge entsprechend den Motor-Betriebsbedingungen genau ein, indem es den Ventilüberschneidungs-Zeitraum berücksichtigt, und steuert den Ist-Einlassventil-Schließzeitpunkt entsprechend der abgeschätzten inneren Abgasrückführungsmenge. Daher kann das Steuerungssystem eine Menge von Frischluft ermitteln, die für die Soll-Einlassluftmenge geeignet ist, und das Drehmoment präzise steuern.
Die 11 bis 17 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel.
12 zeigt ein Motorzylinder-Einlassluftmengen-Schätzsystem entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel. Dieses Schätzsystem ist ausgelegt, um die Motorzylinder-Einlassluftmenge auf Basis der gemäß dem Schätzverfahren der in 3 gezeigten Schritte S1 ~ S8 berechneten inneren Abgasrückführungsmenge präzise zu schätzen. Ein in 11 gezeigtes Motorsystem ist im Wesentlichen identisch mit dem in 1 gezeigten Motorsystem, so dass eine wiederholende Erläuterung desselben an dieser Stelle weggelassen wird. Die Kraftstoff-Einspritzmenge des Kraftstoff-Einspritzventils 9 wird im Wesentlichen gemäß der Einlassluftmenge (Massenströmung) Qa, die von dem Luftströmungsmesser 14 gemessen wird, gesteuert, um ein Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis in Bezug auf eine Zylinder-Einlassluftmenge (die Masse von Luft in einem Zylinder-Abschnitt) Cc, zu erzielen, die wie unten erläutert, berechnet wird.
Die Berechnung der Zylinder-Einlassluftmenge Cc für Motorsteuerung, wie zum Beispiel Kraftstoff-Einspritzmengen-Steuerung, wird in einem Blockdiagramm von 12 gezeigt, und in Fließbildern der 13~17.
In diesem Beispiel wird die von einem in 11 gezeigten Luftströmungsmesser 14 gemessene Einlassluftmenge Qa (kg/h) mit 1/3600 multipliziert und als (g/ms) behandelt.
In einem in 11 gezeigten Einlass-Verteiler-Abschnitt 101 ist ein Druck Pm (Pa), ein Volumen ist Vm (m³, konstant) und eine Temperatur ist Tm (K). In einem Motorzylinder-Abschnitt 102 ist ein Druck Pc (Pa), ein Volumen ist Vc (m³), eine Luftmassenmenge (die Masse von Luft) ist Cc (g) und eine Temperatur ist Tc (K). Eine Zylinder-Frischluftrate beträgt η (%). Somit bleiben der Druck und die Temperatur zwischen dem Einlass-Verteiler-Abschnitt 101 und dem Motorzylinder-Abschnitt 102 unverändert.
13 zeigt eine Routine zum Berechnen einer Einlass-Verteiler-Abschnitt-Einströmungsluftmenge, die in regelmäßigen Zeitintervallen einer vorgegebenen Zeit Δt (1 ms bei diesem Beispiel) ausgeführt wird.
Der Schritt S51 ist ein Schritt zum Messen der Einlassluftmenge Qa (Massenströmung; g/ms) von dem Ausgang des Luftströmungsmesser 9.
Der Schritt S52 dient der Berechnung einer Verteiler-Einströmungsluftmenge Ca (die Masse (g) von Luft, die während eines jeden vorgegebenen Zeitraumes Δt in den Einlass-Verteiler-Abschnitt 101 strömt, durch Integration der Einlassluftmenge Qa. In diesem Beispiel: Ca = Qa·Δt.
14 zeigt eine Routine zum Berechnen einer Zylinder-Abschnitt-Luftvolumenmenge (das Volumen von Luft in dem Zylinderabschnitt 102), die in regelmäßigen Zeitintervallen der vorgegebenen Zeit Δt durchgeführt wird.
Der Schritt S61 erfasst den Schließzeitpunkt IVC des Einlassventils 5, einen Öffnungszeitpunkt IVO des Einlassventils 5 und einen Schließzeitpunkt EVC des Auslassventils 6. Wahlweise können Hubsensoren zum direkten Erfassen der Ventil-Öffnungszeitpunkte oder der Ventil-Schließzeitpunkte für das Einlassventil 5 und das Auslassventil 6 verwendet werden. Es ist jedoch möglich, das Schätzsystem zu vereinfachen, indem Soll-Ventilzeiten (Befehlswerte) verwendet werden, die in der Steuereinheit 10 für die Motorsteuerung wie in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet werden.
Der Schritt S62 nutzt den Einlassventil-Schließzeitpunkt IVC und berechnet ein Zylindervolumen zu diesem Zeitpunkt von dem Einlassventil-Schließzeitpunkt IVC des Einlassventils 5. Das auf diese Weise berechnete Zylindervolumen wird als Soll-Vc (m³) behandelt.
Der Schritt S63 berechnet eine abgeschätzte innere Abgasrückführungsmenge X(v) (entsprechend der vorgenannten abgeschätzten inneren Abgasrückführungsmenge EGRREM) entsprechend einem Einlassventil-Öffnungszeitpunkt IVO des Einlassventils 5, dem Auslassventil-Schließzeitpunkt EVC des Auslassventils 6 und der Motordrehzahl Ne gemäß der in dem ersten Ausführungsbeispiel erläuterten Schätzmethode.
Der Schritt S64 berechnet die Zylinder-Frischluftrate η (%) von dem Soll-Vc (Zylindervolumen) und eine Restgasmenge, die gleich der abgeschätzten inneren Abgasrückführungsmenge X(v) ist, unter Verwendung der folgenden Gleichung. η = (Zylindervolumen Vc – Restgasmenge)/Zylindervolumen Vc.
Das heißt, die Überschneidungsgröße wird durch den Einlassventil-Öffnungszeitpunkt IVO und den Auslassventil-Schließzeitpunkt EVC bestimmt, und die Restgasmenge (das heißt die innere Abgasrückführungsmenge) erhöht sich mit zunehmender Überschneidungsgröße. Daher berechnet dieses Schätzsystem die Zylinder-Frischluftrate η nach der obenstehenden Gleichung auf Basis der Überschneidungsgröße. In einem Motor mit variabler Ventilsteuerung wird die innere Abgasrückführungsmenge frei gesteuert durch Steuern der Größe der Ventilüberschneidunges, so dass im Allgemeinen keine Abgasrückführ-Vorrichtung (externe Abgasrückführung) bereitgestellt wird. Wenn eine Abgasrückführ-Vorrichtung für externe Abgasrückführung bereitgestellt wird, wird die Restgasmenge gleich einer Summe der inneren Abgasrückführungsmenge und einer äußeren Abgasrückführungsmenge der Abgasrückführ-Vorrichtung eingestellt, und die Zylinder-Frischluftrate η wird berechnet, indem die Summe der inneren Abgasrückführungsmenge und der äußere Abgasrückführungsmenge verwendet wird.
Der Schritt S65 berechnet ein Ist-Vc entsprechend einer Soll-Luftmenge durch Multiplizieren des Soll-Vc (Einlassvolumens) mit der Zylinder-Frischluftrate η. Das heißt: Ist-Vc (m3) = Vc·η.
Dieses Ist-Vc (m³) entspricht der Zylinder-Einlassluftmenge (Volumen). Wenn die äußere Abgasrückführungsmenge gleich Null ist, kann das Ist-Vc ermittelt werden, indem die innere Abgasrückführungsmenge von dem Einlassvolumen Vc subtrahiert wird.
Der Schritt S66 berechnet eine Vc-Änderungsgeschwindigkeit (Volumenstrom; m³/ms) durch Multiplizieren des Ist-Vc (m³) mit der Motordrehzahl Ne (). Vc-Änderungsgeschwindigkeit = Ist-Vc·Ne·K.
In dieser Gleichung ist K eine Konstante zum Anpassen von Einheiten und K = (1/30) × (1/1000), wobei 1/30 der Umrechnung von Ne () in Ne (180 Grad/s) dient und wobei 1/1000 der Umrechnung von VC (m³/s) in Vc (m³/ms) dient.
In dem Fall, in dem ein Teil von Zylindern von dem Betrieb abgeschnitten werden, wird die folgenden Gleichung verwendet: Vc-Änderungsgeschwindigkeit = Ist-Vc·Ne·K·n/N.
In dieser Gleichung ist n/N ein Betriebsverhältnis, N ist die Anzahl der Zylinder und n ist die Annzahl der in Betrieb gehaltenen Zylinder. Wenn zum Beispiel ein Zylinder in einem Vierzylindermotor von dem Betrieb abgeschnitten wird, ist n/N gleich ¾. Wenn der Betrieb eines bestimmten Zylinders abgeschnitten wird, wird der Kraftstoff in dem Zustand abgeschnitten, in dem das Einlassventil und das Auslassventil des betreffenden Zylinders in dem vollständig geschlossenen Zustand gehalten werden.
Der Schritt S67 berechnet eine Zylinderabschnitt-Luftvolumenmenge Vc, welche die Menge von Luft ist, die pro Zeiteinheit (1 ms) in den Zylinderabschnitt eingeleitet wird, durch Integration der Vc-Änderungsgeschwindigkeit (oder der Änderungsrate von Vc). In diesem Beispiel gilt: Zylinderabschnitt-Luftvolumenmenge Vc (m³) = Vc-Änderungsgeschwindigkeit·Δt.
15 zeigt eine Routine für kontinuierliches (oder iteratives) Berechnen (Berechnen des Einlassverteilerabschnitt-Einlassluftgleichgewichtes und Berechnen der Zylinderabschnitt-Luftmassenmenge), die in regelmäßigen Zeitintervallen der vorgegebenen Zeit Δt regelmäßig wiederholt ausgeführt wird.
Der Schritt S71 ist ein Schritt zum Berechnen des Verteilerabschnitt-Einlassluftgleichgewichtes (zum Ermitteln einer Verteilerabschnitt-Luftmassenmenge Cm). Der Schritt S71 berechnet die Zylinderabschnitt-Luftmassenmenge Cm(n) (g) aus der vorhergehenden Verteilerabschnitt-Luftmassenmenge Cm(n – 1), welche ein Vorwert der Verteilerabschnitt-Luftmassenmenge Cm ist, durch Addieren der Verteiler-Einströmluftmassenmenge Ca (= Qa·Δt), die in der Routine aus 13 ermittelt wird, und durch Subtrahieren der Zylinderabschnitt-Luftmassenmenge Cc(n), welches die Zylinder-Einlassluftmenge von aus dem Verteilerabschnitt 101 in den Zylinderabschnitt 102 strömender Luft ist. Das heißt: Cm(n) = Cm(n – 1) + Ca – Cc(n).
Der Schritt S71 verwendet in dieser Gleichung als Cc(n) einen Wert von Cc, der in dem nächstfolgenden Schritt S72 in einer vorhergehenden Ausführung dieser Routine berechnet wird.
Der Schritt S72 ist ein Schritt zum Berechnen der Zylinder-Einlassluftmenge (Zylinderabschnitt-Luftmassenmenge Cc). Der Schritt S72 berechnet die Zylinderabschnitt-Luftmassenmenge Cc (g) aus der Zylinderabschnitt-Luftvolumenmenge Vc, die durch die Routine aus 14 ermittelt wird, durch Multiplizieren mit dem Verteilerabschnitt-Volumen Vm (konstanter Wert). Das heißt: Cc = Vc·Cm/Vm (1)
Diese Gleichung (1) wird wie folgt ermittelt:
Umstellen einer Gleichung eines Gaszustandes P·V = C·R·T ergibt C = P·V/(R·T).
Daher gilt für den Zylinderabschnitt: Cc = Pc·Vc/(R·Tc) (2)
Unter der Annahme von Pc = Pm und von Tc = Tm gilt: Cc = Pm·Vc/(R·Tm) (3)
Andererseits führt die Umstellung der Gleichung des Gaszustandes P·V = C·R·T zu P/(R·T) = CN.
Daher gilt für den Verteilerabschnitt: Pm/(R·Tm) = Cm/Vm (4)
Einsetzen der Gleichung (4) in die Gleichung (3) ergibt: Cc = Vc·[Pm/(R·Tm)] = Vc·[Cm/Vm].
Somit erhält man die Gleichung (1).
Auf diese Weise kann das Schätzsystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die Zylinderabschnitt-Luftmassenmenge Cc (g) ermitteln, welche die Zylinder-Einlassluftmenge Cc (g) ist, indem sie die Schritte S71 und 72 wiederholt durchführt, was durch den Rundpfeil angedeutet wird, der kontinuierliche Berechnung in 12 andeutet, und die auf diese Weise ermittelte Zylinderabschnitt-Luftmassenmenge Cc (g) als Ausgangssignal ausgeben. Die Reihenfolge der Schritte S71 und S72 kann umgekehrt werden. In diesem Fall führt das Schätzsystem zuerst den Schritt S72 aus und führt danach den Schritt S71 nach dem Schritt S72 aus.
16 zeigt eine Nachbehandlungsroutine.
Der Schritt S81 führt eine Verarbeitung gewichteten Durchschnitts an der Zylinderabschnitt-Luftmassenmenge Cc (g) durch, ausgedrückt durch die folgende Gleichung, und ermittelt dadurch Cck (g). Cck = Cck × (1 – M) + Cc × M,wobei M ein Wichtungskonstantenfaktor ist und 0 < M < 1 gilt.
Der Schritt S82 wandelt die wie beschrieben ermittelte Zylinderabschnitt-Luftmassenmenge Cck (g) in eine Pro-Zyklus-Zylinderabschnitt-Luftmassenmenge Cck (g/Zyklus) um, indem sie die Motordrehzahl Ne () nutzt, um die Luftmassenmenge Cck an die Zyklusperiode anzupassen. Cck (g/Zyklus) = Cck/(120/Ne).
Die Pro-Zyklus-Zylinderabschnitt-Luftmassenmenge Cck (g/Zyklus) ist eine Zylinder-Luftmassenmenge pro Zyklus (zwei Umdrehungen = 720 Grad).
17 zeigt eine Variante der Nachbehandlungsroutine. Es ist möglich, die Steuerungsgenauigkeit und die Steuerungsreaktion gleichzeitig zu erzielen, indem diese Wichtungs-Durchschnitts-Verarbeitung nur durchgeführt wird, wenn Pulsation der Einlassluftströmung in einer Situation weit geöffneter Drossel oder Vollgasstellung stark ist, wobei das Drosselventil weit oder vollständig geöffnet ist. Daher berechnet der Schritt S85 in der Routine aus 17 eine Veränderungsgröße ΔCc der Zylinderabschnitt-Luftmassenmenge Cc (g) und der nächstfolgende Schritt S86 überprüft, ob die Veränderungsgröße ΔCc innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt. Wenn die Veränderungsgröße ΔCc größer ist als ein erster Wert A und kleiner als ein zweiter Wert B, besteht keine Notwendigkeit der Wichtungs-Durchschnitts-Verarbeitung, und der Schritt S87 setzt Cck (g) gleich Cc (g) (Cck = Cc). Nach dem Schritt S87 wandelt der Schritt S82 die Zylinderabschnitt-Luftmassenmenge Cck (g) in die Pro-Zyklus-Zylinderabschnitt-Luftmassenmenge Cck (g/Zyklus) wie in dem Schritt S82 aus 16 um. Wenn die Veränderungsgröße ΔCc außerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt, führt der Schritt S81 die Wichtungs-Durchschnitts-Verarbeitung wie in dem Schritt S81 aus 16 durch, und die Routine geht wie in 16 zu dem Schritt S82 über.
Auf diese Weise kann das Zylinder-Einlassluft-Schätzsystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die Zylinder-Einlassluftmenge (Zylinderabschnitt-Luftmassenmenge Cc oder Cck) präzise berechnen, indem es die abgeschätzte innere Abgasrückführungsmenge in der kontinuierlichen Berechnung der Verteilerabschnitt-Luftmassengleichgewichts-Berechnung und der Zylinderabschnitt-Luftmassen-Berechnung verwendet. Daher kann dieses Schätzsystem die Berechnungsgenauigkeit oder Schätzgenauigkeit bei der Ermittlung der Zylinder-Einlassluftmenge in einem Motor mit variabler Ventilsteuerung signifikant verbessern. Infolgedessen kann das Kraftstoff-Einspritzmengen-Steuerungssystem die Steuerungsgenauigkeit des Luft-Kraftstoffverhältnisses verbessern und dadurch die Auslassleistung und das Fahrverhalten signifikant verbessern.
Dieses Schätzverfahren erfordert keine Drucksensoren und keine Temperatursensoren. Daher wird die Zylinder-Einlassluftmenge ohne Erhöhung der Kosten präzise abgeschätzt.
18 ist ein Steuerungs-Blockschaltbild und zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel. Ein in 18 gezeigtes System ist ein Steuerungssystem zum Schätzen einer inneren Abgasrückführungsmenge und zum Steuern der Zündzeitpunktverstellung eines Motors für ein Fahrzeug durch Verwendung des Ergebnisses der Schätzung.
Ein erster Abschnitt des Zündzeitpunktverstellungs-Steuerungssystems aus 18 ist ein Berechnungsabschnitt für die innere Abgasrückführungsmenge zum Berechnen einer abgeschätzten inneren Abgasrückführungsmenge X(v) entsprechend dem Auslassventil-Schließzeitpunkt EVC, dem Einlassventil-Öffnungszeitpunkt IVO und der Motordrehzahl Ne auf die gleiche Weise wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen.
Ein zweiter Abschnitt ist ein Restgasverhältnis-Berechnungsabschnitt zum Berechnen eines Restgasverhältnisses ξ durch Teilen einer Restgasmenge (Restgasmassenmenge) Vc (g) (ξ = X(g)/Vc(g)). Die Restgasmenge (Restgasmassenmenge) X(g) wird durch Umwandlung von einer Restgasmenge (Restgasvolumenmenge) unter Verwendung der Dichte p des Abgasrückführ-Gases ermittelt. Die Restgasmenge (Restgasvolumenmenge) ist gleich einer Summe der abgeschätzten inneren Abgasrückführungsmenge und der äußeren Abgasrückführungsmenge, wenn die äußere Abgasrückführung verwendet wird. Die Zylinder-Gesamtgasmenge (Gesamtgasmassenmenge) wird ermittelt durch Addieren der Zylinderabschnitt-Luft(massen)menge Cc(g), die wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel berechnet wird, zu der Restgas(massen)menge X(g).
Ein dritter Abschnitt ist ein Verbrennungsgeschwindigkeits-Berechnungsabschnitt zum Berechnen einer Verbrennungsgeschwindigkeit (oder Brenngeschwindigkeit) Bv entsprechend dem Restgasverhältnis ξ. Die Verbrennungsgeschwindigkeit Bv nimmt mit der Zunahme des Restgasverhältnisses ξ ab.
Ein vierter Abschnitt ist ein Verbrennungsreaktionszeit-Berechnungsabschnitt zum Berechnen einer Verbrennungsreaktionszeit Bt entsprechend der Verbrennungsgeschwindigkeit Bv. Die Verbrennungsreaktionszeit Bt ist eine Zeit von der Zündzeitpunktverstellung bis zum Erreichen eines Spitzenwertes des Verbrennungswertes.
Ein fünfter Abschnitt ist ein MBT-Berechnungsabschnitt zum Berechnen des MBT (maximales Drehmoment erzeugender Zündzeitpunkt) entsprechend der Verbrennungsreaktionszeit Bt. In diesem Beispiel wird die Verbrennungsreaktionszeit Bt unter Verwendung der Motordrehzahl Ne in ein Kurbelwellenintervall umgewandelt. Der maximales Drehmoment erzeugende Zündzeitpunkt MBT wird so ermittelt, dass ein Verbrennungsdruck-Spitzenwert ab einer nach der Verdichtung des oberen Totpunktes etwas verzögerten Kurbelwellenwinkelposition erreicht wird. Der maximales Drehmoment erzeugende Zündzeitpunkt MBT wird an einer Kurbelwellenwinkelposition vorauseilend von der vorgegebenen Kurbelwellenwinkelposition für den Verbrennungsdruck-Spitzenwert eingestellt, und zwar um das Kurbelwellenwinkelintervall entsprechend der Verbrennungsreaktionszeit Bt.
Auf diese Weise kann dieses Zündzeitpunkt-Steuerungssystem die Verbrennungsgeschwindigkeit entsprechend der inneren Abgasrückführungsmenge präzise schätzen, den maximales Drehmoment erzeugenden Zündzeitpunkt MBT auch in einem Übergangszustand präzise bestimmen, optimale Zündzeitpunktverstellungs-Steuerungsleistung bereitstellen und dadurch den Kraftstoffverbrauch verbessern.
In den veranschaulichten Ausführungsbeispielen ist der Motor 1 die Kraftmaschine eines Motorfahrzeuges, und die Steuereinheit 10 umfasst als Hauptkomponente wenigstens einen Bordrechner.

Claims

Verfahren zum Berechnen einer Motorzylinder-Einlaßluftmenge eines Motors, der mit einer Ventilzeitsteuerungsvorrichtung zum Ändern eine Auslaßventil-Schließzeitpunktes ausgestattet ist, wobei das Verfahren umfasst: Gewinnen von Informationen (S21, S22, S31-S33, S42, S61) über einen Auslaßventil-Schließzeitpunkt (EVC), einen Einlaßventil-Öffnungszeitpunkt (IVO) und eine Motordrehzahl (Ne); Berechnen (S2) einer Grundmenge innerer Abgasrückführung (EVEGR0) gemäß des Auslaßventil-Schließzeitpunktes (EVC) und der Motordrehzahl (Ne); Berechnen (S8, S63) einer abgeschätzten inneren Abgasrückführungsmenge (EGRREM; X(v)) des Motors gemäß des Auslaßventil-Schließzeitpunktes (EVC), des Einlaßventil-Öffnungszeitpunktes (IVO) und der Motordrehzahl (Ne); Festlegen der geschätzten inneren Abgasrückführungsmenge (EGRREM, X(v)) gleich der Grundmenge innerer Abgasrückführung, wenn keine Ventilüberschneidung zwischen einer Auslaßventil-Öffnungsperiode und einer Einlaßventil-Öffnungsperiode vorhanden ist; Berechnen der abgeschätzten inneren Abgasrückführungsmenge (EGRREM, X(v)) durch Modifizieren der Grundmenge innerer Abgasrückführung mit einer Ventilüberschneidungsbedingung (EVC-IVO, OLTIME, OLEGCO) des Motors, wenn eine Ventilüberschneidung vorhanden ist; und Berechnen (S72, S81, S82) einer Motorzylinder-Einlaßluftmenge (Cc, Cck) gemäß der abgeschätzten inneren Abgasrückführungsmenge (X(v), EGRREM).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als der Auslaßventil-Schließzeitpunkt ein Ziel-Auslaßventil-Schließzeitpunkt (EVC) zum Berechnen der abgeschätzten inneren Abgasrückführungsmenge verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren des Weiteren Berechnen (S7) einer Überschneidungs-Korrektur-Größe (OLEGR1) gemäß der Überschneidungsbedingung (EVC-IVO, OLTIME, OLEGCO) umfasst und die abgeschätzte innere Abgasrückführungsmenge (EGRREM, X(v)) durch Addition der Überschneidungs-Korrektur-Größe (OLEGR1) zur Grundmenge innerer Abgasrückführung (EVEGR0) bestimmt wird, wenn keine Ventilüberschneidung zwischen der Auslaßventil-Öffnungsperiode und der Einlaßventil-Öffnungsperiode vorhanden ist.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Grundmenge der inneren Abgasrückführung (EVEGR0) mit Zunahme eines Intervalls von einem oberen Auslaß-Totpunkt oder einem Auslaßventil-Schließzeitpunkt (EVC) zu dem/der anderen erhöht wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Grundmenge der inneren Abgasrückführung (EVEGR0) erhöht wird, wenn die Motordrehzahl (Ne) zunimmt, wenn der Auslaßventil-Schließzeitpunkt (EVC) vor einem oberen Auslaß-Totpunkt liegt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Grundmenge der inneren Abgasrückführung (EVEGR0) verringert wird, wenn die Motordrehzahl (Ne) zunimmt, wenn der Auslaßventil-Schließzeitpunkt (EVC) nach einem oberen Auslaß-Totpunkt liegt.
Verfahren nach wenigsten einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die abgeschätzte innere Abgasrückführungsmenge (EGRREM, X(v)) erhöht wird, indem die Überschneidungs-Korrekgröße (OLEGR1) mit Zunahme einer Ventilüberschneidungsgröße (EVC-IVO, OLTIME, OLEGCO) zwischen der Auslaßventil-Öffnungsperiode und der Einlaßventil-Öffnungsperiode erhöht wird (S5).
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die abgeschätzte innere Abgasrückführungsmenge (EGRREM, X(v)) verringert wird, indem die Überschneidungs-Korrekturgröße (OLEGR1) mit Zunahme einer Verzögerung des Auslaßventil-Schließzeitpunktes (EVC) gegenüber einem oberen Auslaß-Totpunkt verringert wird, wenn der Auslaßventil-Schließzeitpunkt (EVC) nach dem oberen Auslaß-Totpunkt liegt (S5).
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die abgeschätzte innere Abgasrückführungsmenge (EGRREM, X(v)) erhöht wird, indem die Überschneidungs-Korrekturgröße (OLEGR1) mit Zunahme eines Absolutwertes eines Einlaßdrucks auf einer Unterdruckseite erhöht wird (S6).
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei das Verfahren des Weiteren Berechnen einer Grundkorrekturgröße (OLEGRO, S5) gemäß einer Größe der Ventilüberschneidung (EVC-IVO, OLTIME, OLEGCO) und Berechnen einer Einlaßdruck-Modifizierungsgröße (OLEGCB, S6) gemäß einem Einlaßdruck und des Auslaßventil-Schließzeitpunktes (EVC) umfasst, und die Überschneidungs-Korrekturgröße (OLEGR1, S7) bestimmt wird, indem die Grundkorrekturgröße (OLEGRO) mit der Einlaßdruck-Modifizierungsgröße (OLEGCB) modifiziert wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Ventilüberschneidungsgröße (OLTIME) bestimmt wird, indem ein Ventilüberschneidungs-Winkelintervall (EVC-IVO), der als ein Winkelabstand in Richtung der Kurbelwellendrehung ausgedrückt wird, in einen Ventilüberschneidungs-Zeitraum (OLTI-ME)(S34) umgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Verfahren des Weiteren Bestimmen einer Zwischengröße (OLEGCO) gemäß der Ventilüberlappungsgröße (S35), Festlegen der Grundkorrekturgröße (OLEGRO) gleich der Zwischengröße, wenn der Auslaßventil-Schließzeitpunkt (EVC) vor einem oberen Auslaß-Totpunkt (S37) liegt, und Bestimmen der Grundkorrekturgröße (OLEGRO) durch Subtraktion eines Subtrahenden (EVCxconstant) proportional zu einer Verzögerungsgröße des Auslaßventil-Schließzeitpunktes von der Zwischengröße (OLEGRO) in Bezug auf den oberen Auslaß-Totpunkt ist, wenn der Auslaßventil-Schließzeitpunkt (EVC) nach dem oberen Auslaß-Totpunkt (S38) liegt, umfaßt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei ein Einlaßdruck-Modifizierungskoeffizient als die Einlaßdruck-Modifizierungsgröße (OLEGCB) gemäß dem Einlaßdruck, dem Auslaßventil-Schließzeitpunkt (EVC) und der Größe der Ventilüberschneidung (S6) bestimmt wird, und die Überschneidungskorrekturgröße (OLEGR1) berechnet wird, indem die Grund-Korrekturgröße (OLEGCB) mit dem Einlaßdruck-Modifizierungskoeffizienten (OLEGCB) multipliziert wird (S7).
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Einlaßdruck-Modifizierungsgröße (OLEGCB) erhöht wird, wenn ein Absolutwert des Einlaßdruckes auf einer negativen Seite zunimmt und die Einlaßdruck-Modifikationsgröße (OELGCB) zunimmt in Übereinstimmung mit einer Verzögerungsgröße des Auslaßventil-Schießzeitpunktes (EVC) gegenüber einem oberen Auslaß-Totpunkt, wenn der Auslaßventil-Schließzeitpunkt nach dem oberen Auslaß-Totpunkt liegt und der Absolutwert des Einlaßdrucks höher ist als ein vorgegebener Pegel.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Verfahren des Weiteren Berechnen (S67) einer Zylinder-Luftvolumenmenge (Vc at S67) gemäß der abgeschätzten inneren Abgasrückführungsmenge (X(v), EGRREM) und eines Zylindervolumens (target Vc at S62) umfasst, berechnet aus dem Einlaßventil-Schließzeitpunkt (IVC), wobei die Motorzylinder-Einlaßluftmenge (Cc = Vc·Cm/Vm) eine Motorzylinder-Einlaßluftmassenmenge ist, die die Masse an in einen Zylinderabschnitt des Motor angesaugter Luft ist, und die Motorzylinder-Einlaßluftmassenmenge (Cc = Vc·Cm/Vm) gemäß der Zylinder-Luftvolumenmenge (Vc), einer Einlaßverteiler-Luftmassenmenge und einem Einlaßverteiler-Volumen (Vm) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, das des Weiteren Berechnen (S71) der Einlaßverteiler-Luftmassenmenge (Cm) durch Berechnen eines Gleichgewichtes zwischen einer Einlaßverteiler-Einström-Luftmassenmenge (Ca), die die Masse an Luft ist, die in einen Einlaßverteilerabschnitt (101) des Motors einströmt, und einer Einlaßver teiler-Ausström-Luftmassenmenge (Cc), die die Masse an Luft ist, die aus dem Einlaßverteilerabschnitt ausströmt, umfasst.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Verfahren ein Motorzündzeitpunkt-Steuerverfahren ist und das Verfahren des Weiteren umfasst: Steuern des Zündzeitpunktes des Motors gemäß der abgeschätzten inneren Abgasrückführungsmenge (X(v), EGRREM).
Verfahren nach Anspruch 17, das des Weiteren umfasst: Berechnen eines Restgasverhältnisses (ξ) gemäß der abgeschätzten inneren Abgasrückführungsmenge, wobei das Restgasverhältnis ein Masseverhältnis einer Restgasmenge zu einer Gesamt-Zylindergasmenge ist; Berechnen einer Verbrennungsgeschwindigkeit (Bv) gemäß dem Restgasverhältnis; Berechnen einer Verbrennungs-Reaktionszeit (Bt) von einem Anfang der Zündung bis zu einem Spitzenwert eines Verbrennungsdrucks gemäß der Verbrennungsgeschwindigkeit; und Berechnen eines maximales Drehmoment erzeugenden Zündzeitpunktes (MBT) gemäß der Verbrennungs-Reaktionszeit, um einen Ist-Zündzeitpunkt des Motor so zu steuern, dass der Zündzeitpunkt zur Erzeugung von maximalem Drehmoment erreicht wird.
Vorrichtung zum Berechnen einer Motorzylinder-Einlaßluftmenge eines Motors, der mit einer Ventilzeitsteuerungsvorrichtung zum Ändern eines Auslaßventil-Schließzeitpunktes ausgestattet ist, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Abschnitt (10) zum Abschätzen einer inneren Abgasrückführungsmenge, der so konfiguriert ist, dass er eine innere Abgasrückführungsmenge (EVEGR0) gemäß eines Auslaßventil-Schließzeitpunktes (EVC) und einer Motordrehzahl (Ne) berechnet (S2), um eine abgeschätzte innere Abgasrückführungsmenge (EGRREM, X(v)) des Motors gemäß des Auslaßventil-Schließzeitpunktes (EVC), einen Einlaßventil-Öffnungszeitpunkt (IVO) und die Motordrehzahl (Ne) zu berechnen (S8, S63), um die abgeschätzte innere Abgasrückführungsmenge (EGRREM, X(v)) gleich der inneren Abgasrückführungsmenge festzulegen, wenn keine Ventilüberschneidung zwischen einer Auslaßventil-Öffnungsperiode und einer Einlaßventil-Öffnungsperiode vorhanden ist, und um die abgeschätzte innere Abgasrückführungsmenge (EGRREM, X(v)) des Motors durch Modifizieren der inneren Abgasrückführungsmenge mit einer Ventilüberschneidungsbedingung (EVC-IVO, OLTIME, OLEGCO) des Motors zu berechnen, wenn eine Ventilüberschneidung vorhanden ist; und einen Abschnitt zum Abschätzten der Motorzylinder-Einlaßluftmenge, um eine Motorzylinder-Einlaßluftmenge (Cc, Cck) gemäß der abgeschätzten innere Abgasrückführungsmenge (X(v), EGRREM) zu berechnen (S72, S81, S82).