DE102007000257A1

DE102007000257A1 - Steuerung für eine Brennkraftmaschine mit einer Ladevorrichtung

Info

Publication number: DE102007000257A1
Application number: DE102007000257A
Authority: DE
Inventors: Kayoko Kariya Kimoto; Daiji Kariya Isobe
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-05-08
Filing date: 2007-05-07
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2027-05-08
Also published as: JP2007303284A; JP4561686B2; DE102007000257B4

Abstract

Bei einer Soll-Drehmomentberechnungseinheit (71) berechnet eine Referenzdrehmomentberechnungseinheit (71a) ein unterstützungsloses Soll-Drehmoment (Tr_non) und ein maximales Unterstützungsdrehmoment (Tr_max). Eine Beschleunigungsanforderungsberechnungseinheit (71b) berechnet einen Beschleunigungsanforderungskoeffizienten (alpha) gemäß einem Ableitungswert (dAP/dt) einer Beschleunigerposition (AP). Eine Spitzenwerthalteeinheit (71c) hält ihren Maximalwert und gibt diesen als Maximalbeschleunigungsanforderungskoeffizienten (alpha_peak) ab. Eine Soll-Drehmomentberechnungseinheit (71d) berechnet ein Soll-Drehmoment (Tr_t) auf der Grundlage eines Differenzialdrehmoments (DeltaTr) zwischen dem unterstützungslosen Drehmoment (Tr_non) und dem maximalen Unterstützungsdrehmoment (Tr_max) und des Maximalbeschleunigungsanforderungskoeffizienten (alpha_peak).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerung, die auf eine Brennkraftmaschine angewendet wird, die eine Ladevorrichtung, wie z. B. einen Turbolader hat, wobei die Steuerung eine Unterstützungsleistung für die Ladevorrichtung geeignet steuert.
Stand der Technik
Als Ladevorrichtung zum Aufladen von Einlassluft unter Verwendung von Abgasleistung ist ein Turbolader allgemein bekannt. In den vergangenen Jahren wurde ein elektrisch unterstützter Turbolader entwickelt, bei dem ein Elektromotor oder Ähnliches an der Drehwelle des Turboladers angebracht ist und dieser die Abgasleistung gemäß einem Betriebszustand einer Brennkraftmaschine unterstützt.
Eine in JP-11-280510 A offenbarte Steuerung steuert die Geschwindigkeit der Öffnung der Drossel und einen Strom, der zu einem Elektromotor geleitet wird, gemäß einem Änderungsbetrag einer Beschleunigerposition, und korrigiert unterdessen einen Hilfsleistungsbetrag gemäß einer Verbrennungsmotordrehzahl und einem Lastwert, während die Beschleunigerposition variiert wird. Auf diese Weise wird die Aufladung gemäß der Beschleunigerbetätigung des Fahrers verwirklicht, um die Fahrbarkeit zu verbessern. Jedoch variiert ein Ist-Ladedruck hinter einem Sollwert. Auch wenn die Beschleunigerposition stabil ist, ist es möglich, dass der Ist-Ladedruck den Solldruck nicht erreicht hat. Daher besteht die Möglichkeit, dass eine Fahreranweisung nicht geeignet auf die Hilfsleistung bei einem System einwirkt, bei dem die Unterstützungsleistung nur korrigiert wird, während die Beschleunigerposition variiert wird. Wenn die Korrektur der Unterstützungsleistung beendet wird, bevor der Ist-Ladedruck den Soll-Ladedruck erreicht, kann eine Schwankung des Drehmoments aufgrund einer Variation des Soll-Ladedrucks auftreten.
Darstellung der Erfindung
Technische Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuerung für eine Brennkraftmaschine mit einer Ladevorrichtung zu schaffen, die eine Leistungsunterstützungsvorrichtung, wie z. B. einen Elektromotor hat, die die Abgabe des Verbrennungsmotors gemäß der Fahrerbeschleunigungsanforderung richtig steuern kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Steuerung auf eine Brennkraftmaschine mit einer Ladevorrichtung zum Aufladen von Einlassluft durch Abgasleistung angewendet. Der Verbrennungsmotor weist eine Leistungsunterstützungsvorrichtung auf, die an der Ladevorrichtung zum Unterstützen der Leistung der Ladevorrichtung angebracht ist. Die Steuerung steuert das Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine auf der Grundlage eines Soll-Drehmoments, das einer Beschleunigerbetätigung entspricht. Die Steuerung führt eine Leistungsunterstützung durch die Leistungsunterstützungsvorrichtung auf der Grundlage einer Soll-Leistung der Ladevorrichtung entsprechend dem Soll-Drehmoment und einer Ist-Leistung der Ladevorrichtung durch. Die Steuerung umfasst eine Parameterberechnungseinrichtung zum Berechnen eines Beschleunigungsanforderungsparameters auf der Grundlage eines Betätigungsbetrags des Beschleunigers zu dem Zeitpunkt, wenn eine Beschleunigung durch die Beschleunigerbetätigung angefordert wird. Die Steuerung umfasst ferner eine Drehmomentsteuereinrichtung zum Korrigieren des Soll-Drehmoments auf eine Weise, dass das Soll-Drehmoment auf der Grundlage des Beschleunigungsanforderungsparameters in einer Zeitdauer erhöht wird, in der eine Drehmomentsteigerung durch die Leistungsunterstützungsvorrichtung durchgeführt werden kann, nachdem die Beschleunigung gestartet ist.
Technische Lösung
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Kurze Beschreibung der Abbildungen der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Verbrennungsmotorsteuersystems in einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
2 ist ein Steuerblockdiagramm, das Funktionen einer Verbrennungsmotor-ECU darstellt.
3A bis 3D sind Zeitdiagramme, die einen Überblick einer Unterstützungssteuerung eines elektrischen Turboladers zeigen.
4 ist ein Steuerblockdiagramm, das ein Elektroturbomodell zeigt.
5 ist ein Steuerblockdiagramm, das die Einzelheiten einer Soll-Turbinenleistungsberechnungseinheit und einer Ist-Turbinenleistungsberechnungseinheit bei einer Unterstützungssteuereinheit zeigt.
6 ist ein Steuerblockdiagramm, das eine Soll-Drehmomentberechnungseinheit im Einzelnen zeigt.
7A bis 7E sind die Zeitdiagramme, die einen Überblick einer Unterstützungssteuerung eines elektrischen Turboladers zeigen, bei der eine Ladeeffizienzverbesserung berücksichtigt wird.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das eine durch die Verbrennungsmotor-ECU durchgeführte Basisroutine zeigt.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Drehmomentbasissteuerroutine zeigt.
10 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Soll-Drehmomentberechnungsroutine zeigt.
11 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Soll-Drosselpositionsberechnungsroutine zeigt.
12 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Unterstützungsleistungsberechnungsroutine zeigt.
13 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Soll-Turbinenleistungsberechnungsroutine zeigt.
14 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Ist-Turbinenleistungsberechnungsroutine zeigt.
15 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Unterstützungsbestimmungsroutine zeigt.
16A bis 16F sind Zeitdiagramme, die verschiedenartige Verhaltensweisen bei der Unterstützungssteuerung zeigen.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Weg(e) zur Ausführung der Erfindung
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In dem Ausführungsbeispiel ist ein Verbrennungsmotorsteuersystem für einen Mehrzylinderbenzinfahrzeugverbrennungsmotor als eine Brennkraftmaschine aufgebaut. Der Verbrennungsmotor des Steuersystems ist mit einem elektrisch unterstützten Turbolader (im Folgenden elektrischer Turbolader genannt) als Ladevorrichtung versehen. Ein allgemeines schematisches Konfigurationsdiagramm eines Verbrennungsmotorsteuersystems wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Bei einem Verbrennungsmotor 10 ist ein Einlassrohr 11 mit einem Drosselventil 14 als Luftdurchflussrateneinstelleinrichtung versehen, deren Position durch ein Drosselstellglied 15, wie z. B. einen DC-Motor eingestellt wird. Das Drosselstellglied 15 hat darin einen Drosselpositionssensor zum Erfassen der Drosselposition. An der stromaufwärtigen Seite des Drosselventils 14 sind ein Ladedrucksensor 12 zum Erfassen eines Drucks an der stromaufwärtigen Seite der Drossel (eines Ladedrucks, der durch einen Turbolader erzeugt wird, der später beschrieben wird) und ein Einlasslufttemperatursensor 13 zum Erfassen einer Einlasstemperatur an der stromaufwärtigen Seite der Drossel vorgesehen.
Ein Ausgleichstank 16 ist an der stromabwärtigen Seite des Drosselventils 14 vorgesehen. Der Ausgleichstank 16 ist mit einem Einlassdrucksensor 17 (Einlassrohrdruckerfassungseinrichtung) zum Erfassen eines Einlassdrucks an der stromabwärtigen Seite der Drossel vorgesehen. Ein Einlasskrümmer 18 zum Einführen von Luft in die Zylinder des Verbrennungsmotors 10 ist mit dem Ausgleichstank 16 verbunden. An dem Einlasskrümmer 18 ist ein Kraftstoffeinspritzventil 19 der elektromagnetisch betriebenen Bauart zum Einspritzen und Zuführen von Kraftstoff in der Nähe von Einlassanschlüssen der Zylinder angebracht.
Ein Einlassventil 21 und ein Auslassventil 22 sind für einen Einlassanschluss bzw. einen Auslassanschluss des Verbrennungsmotors 10 vorgesehen. Durch einen Betrieb zum Öffnen des Einlassventils 21 wird ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in eine Brennkammer 23 eingeführt. Durch einen Betrieb zum Öffnen des Auslassventils 22 wird Abgas nach der Verbrennung zu einem Auslassrohr 24 ausgestoßen. Zündkerzen 25 sind an den Zylinderköpfen der Zylinder des Verbrennungsmotors 10 angebracht. Eine Hochspannung wird auf die Zündkerze 25 in einer gewünschten Zünddauer über eine nicht gezeigte Zündvorrichtung einschließlich einer Zündspule angelegt. Durch das Anlegen der Hochspannung tritt eine Funkenentladung zwischen zueinander weisenden Elektroden von jeder der Zündkerzen 25 auf und wird das in die Brennkammer 23 eingeführte Gemisch gezündet und für die Verbrennung vorgesehen.
Ein Kurbelwinkelsensor 26 zum Abgeben eines rechteckigen Kurbelwinkelsignals bei jedem vorbestimmten Kurbelwinkel (beispielsweise alle 30°KW) mit der Drehung des Verbrennungsmotors 10 ist an dem Zylinderblock des Verbrennungsmotors 10 angebracht.
Ein Turbolader 30 ist zwischen dem Einlassrohr 11 und dem Auslassrohr 24 angeordnet. Der Turbolader 30 hat ein Verdichterlaufrad 31, das für das Einlassrohr 11 vorgesehen ist, und ein Turbinenlaufrad 32, das für das Auslassrohr 24 vorgesehen ist. Das Verdichterlaufrad 31 und das Turbinenrad 32 sind über eine Welle 33 gekoppelt. Ein Motor (ein Elektromotor) 34 als Leistungsunterstützungsvorrichtung ist für die Welle 33 vorgesehen. Der Motor 34 arbeitet mit Leistung, die von einer Batterie (nicht gezeigt) zugeführt wird, und unterstützt die Drehung der Welle 33. Der Motor 34 ist mit einem Temperatursensor 35 zum Erfassen der Motortemperatur vorgesehen.
Bei dem Turbolader 30 wird das Turbinenrad 32 durch Abgas gedreht, das in dem Auslassrohr 24 strömt. Die Drehkraft wird auf das Verdichterlaufrad 31 über die Welle 33 übertragen. Die Einlassluft, die in dem Einlassrohr 11 strömt, wird durch das Verdichterlaufrad 31 verdichtet, um eine Aufladung durchzuführen. Die bei dem Turbolader 30 aufgeladene Luft wird durch einen Zwischenkühler 37 gekühlt. Darauf wird die gekühlte Luft zu der stromabwärtigen Seite zugeführt. Durch Kühlen der Einlassluft durch den Zwischenkühler 37 wird die Einlassluftladeeffizient erhöht.
Ein Luftreiniger (nicht gezeigt) ist an der am weitesten stromaufwärtigen Seite des Einlassrohrs 11 vorgesehen und ein Luftdurchflussmessgerät 41 zum Erfassen einer Einlassluftdurchflussrate ist an der stromabwärtigen Seite des Luftreinigers vorgesehen. Zusätzlich sind bei dem Steuersystem ein Beschleunigerpositionssensor 43 zum Erfassen eines Beschleunigerpedalhubbetrags (einer Beschleunigerposition) und ein Atmosphärendrucksensor 44 zum Erfassen eines Atmosphärendrucks vorgesehen.
Eine Verbrennungsmotor-ECU (eine elektronische Steuereinheit) 50 ist unter Verwendung eines Mikrocomputers als Hauptkörper einschließlich einer CPU, einem ROM und einem RAM aufgebaut. Durch Ausführen verschiedenartiger Steuergrogramme, die in dem ROM gespeichert sind, führt die Verbrennungsmotor-ECU 50 verschiedenartige Steuerungen des Verbrennungsmotors 10 gemäß dem Verbrennungsmotorbetriebszustand zu jedem Zeitpunkt aus. insbesondere werden verschiedenartige Erfassungssignale zu der Verbrennungsmotor-ECU 50 von dem vorstehend beschriebenen verschiedenartigen Sensoren eingegeben. Die Verbrennungsmotor-ECU 50 berechnet eine Kraftstoffeinspritzmenge, eine Zündzeitabstimmung und dergleichen auf der Grundlage der verschiedenartigen Erfassungssignale, die eingegeben werden und steuert den Antrieb des Kraftstoffeinspritzventils 19 und der Zündkerzen 25.
In dem Ausführungsbeispiel wird eine elektronische Drosselsteuerung durch eine sogenannte Drehmomentbasissteuerung ausgeführt. Die Drosselposition wird auf einem Soll-Wert unter Verwendung des Drehmoments, das durch den Verbrennungsmotor 10 erzeugt wird, als Referenz gesteuert. Kurz gesagt berechnet die Verbrennungsmotor-ECU 50 ein Soll-Drehmoment (ein angefordertes Drehmoment) auf der Grundlage eines Erfassungssignals des Beschleunigerpositionssensors 43, berechnet eine Soll-Luftdurchflussrate, die das Solldrehmoment erfüllt, und berechnet eine Soll-Drosselposition auf der Grundlage der Soll-Luftdurchflussrate, von Drücken an den stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seiten der Drossel zu jedem Zeitpunkt und der Einlasstemperatur. Die Verbrennungsmotor-ECU 50 steuert das Drosselstellglied 15 durch ein Steueranweisungssignal auf der Grundlage einer Soll-Drosselposition und steuert die Drosselposition auf die Soll-Drosselposition.
Die Verbrennungsmotor-ECU 50 bestimmt einen Steuerbetrag des Motors 34 des Turboladers 30 in Verbindung mit der Drehmomentbasissteuerung, so dass eine Unterstützungsleistung zu dem Turbolader 30 zum Zeitpunkt der Beschleunigung hinzugefügt wird und ein gewünschter Ladedruck so rasch wie möglich erhalten werden kann. Insbesondere berechnet die Verbrennungsmotor-ECU 50 eine Soll-Unterstützungsleistung, eine Leistungsunterstützungszeitabstimmung und dergleichen auf der Grundlage der Soll-Luftdurchflussrate und des Soll-Ladedrucks, die gemäß dem Soll-Drehmoment berechnet werden, und gibt die Berechnungsergebnisse an eine Motor-ECU 60 ab. Die Motor-ECU 60 empfängt ein Signal von der Verbrennungsmotor-ECU 50, führt einen vorbestimmten Berechnungsprozess unter Berücksichtigung der Motoreffizient und dergleichen durch und steuert die zu dem Motor 34 zuzuführende Leistung.
Als nächstes wird der Überblick der Steuerung der Verbrennungs-ECU 50 in dem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 ist ein Steuerblockdiagramm, das die Funktionen der Verbrennungsmotor-ECU 50 darstellt.
Das in 2 gezeigte System hat als Hauptfunktionen eine Drehmomentbasissteuereinheit 70 zum Berechnen einer Soll-Drosselposition auf der Grundlage des Soll-Drehmoments, das durch den Fahrer angefordert wird, und eine Unterstützungssteuereinheit 80 zum Berechnen der Unterstützungsleistung des Motors 34, die zu der Motor- ECU 60 angewiesen werden soll. Die Einzelheiten der Steuereinheiten 70 und 80 werden nachstehend beschrieben.
Bei der Drehmomentbasissteuereinheit 70 berechnet eine Soll-Drehmomentberechnungseinheit 71 ein Soll-Drehmoment auf der Grundlage der Beschleunigerposition und der Verbrennungsmotordrehzahl. Eine Soll-Luftdurchflussratenberechnungseinheit 72 berechnet eine Soll-Luftdurchflussrate auf der Grundlage des Soll-Drehmoments und der Verbrennungsmotordrehzahl. Die Soll-Luftdurchflussrate entspricht einer Luftdurchflussrate, die erforderlich ist, um das Solldrehmoment zu verwirklichen, das durch den Fahrer angefordert wird. Eine Soll-Einlassdruckberechnungseinheit 73 berechnet einen Soll-Einlassdruck (einen Soll-Druck an der stromabwärtigen Seite der Drossel) auf der Grundlage der Soll-Luftdurchflussrate und der Verbrennungsmotordrehzahl. Eine Soll-Ladedruckberechnungseinheit 74 berechnet einen Soll-Ladedruck (einen Soll-Druck an der stromaufwärtigen Seite der Drossel) auf der Grundlage der Soll-Luftdurchflussrate und der Verbrennungsmotordrehzahl. Eine Soll-Drosselpositionsberechnungseinheit 75 berechnet eine Soll-Drosselposition auf der Grundlage der Soll-Luftdurchflussrate, des Soll-Einlassdrucks, des Soll-Ladedrucks, eines Ist-Ladedrucks und einer Drosseldurchlaufeinlasstemperatur. In diesem Fall wird eine Soll-Luftdurchflussrate [g/Umdrehung] zur Berechnung des Soll-Einlassdrucks und des Soll-Ladedrucks verwendet. Zur Berechnung der Soll-Drosselposition wird eine Soll-Luftdurchflussrate [g/s] pro Zeiteinheit, die durch Umwandeln der Soll-Durchflussrate [g/Umdrehung] unter Verwendung der Verbrennungsmotordrehzahl erhalten wird, verwendet.
Der Ist-Ladedruck ist ein Ladedruck (ein Druck stromaufwärts der Drossel), der durch den Ladedrucksensor 12 erfasst wird, und die Drosseldurchlaufeinlasstemperatur ist eine Einlasstemperatur an der stromaufwärtigen Seite der Drossel, die durch den Einlasstemperatursensor 13 erfasst wird.
In diesem Fall wird eine Soll-Drosselposition auf der Grundlage der folgenden Basisgleichung zur Berechnung einer Drosseldurchlaufluftdurchflussrate Ga berechnet.
Bei der vorstehend genannten Gleichung bezeichnet Thr die Drosselposition, bezeichnet Pb den Druck stromaufwärts der Drossel, bezeichnet Pm den Druck stromabwärts der Drossel und gibt T die Einlasslufttemperatur an. In dem Ausführungsbeispiel werden die Drosseldurchlaufluftdurchflussrate Ga, die Drosselposition Thr, der Druck Pb stromaufwärts der Drossel und der Druck Pm stromabwärts der Drossel in der Basisgleichung durch eine Soll-Luftdurchflussrate, eine Soll-Drosselposition, einen Ist-Ladedruck bzw. einen Soll-Einlassdruck ersetzt. Die Soll-Drosselposition wird auf der Grundlage der Soll-Luftdurchflussrate, des Ist-Ladedrucks, des Soll-Einlassluftdrucks und dergleichen berechnet.
Andererseits berechnet bei der Unterstützungssteuereinheit 80 eine Soll-Turbinenleistungsberechnungseinheit 81 eine Soll-Turbinenleistung auf der Grundlage der Soll-Luftdurchflussrate und des Soll-Ladedrucks, die bei der Drehmomentbasissteuereinheit 70 berechnet werden. Eine Ist-Turbinenleistungsberechnungseinheit 82 berechnet eine Ist-Turbinenleistung auf der Grundlage von Abgasinformationen. Eine Leistungsdifferenzberechnungseinheit 83 berechnet die Leistungsdifferenz zwischen der Soll-Turbinenleistung und der Ist-Turbinenleistung. Eine Unterstützungsleistungsberechnungseinheit 84 berechnet eine Unterstützungsleistung auf der Grundlage der berechneten Leistungsdifferenz und gibt die Unterstützungsleistung an die Motor-ECU 60 ab.
In einem derartigen Fall wird die Unterstützungsleistung des Motors 34 als unzureichender Betrag der Ist-Turbinenleistung für die Sollturbinenleistung berechnet. Der Turbinenleistungsmangebetrag wird nämlich durch die Motorunterstützung ausgeglichen. Die Unterstützung der Steuereinheit 80 berechnet ebenso einen Motorunterstützungsbetrag unter Verwendung von Leistung als Vereinigungsparameter. Da ein Anweisungswert der Motor-ECU 60 eines existierenden Elektroturbosystems eine Motorabgabe ist, ist es wünschenswert, den Motorunterstützungsbetrag der Leistung zu berechnen.
Beim Berechnen der Unterstützungsleistung ist es wünschenswert, die Unterstützungsleistung zu korrigieren und einen oberen Grenzwert auf der Grundlage der Leistungsfähigkeit und des Betriebszustands des Motors 34, des Verbrennungsmotorbetriebszustands und dergleichen festzulegen. In dem Ausführungsbeispiel wird der obere Grenzwert der Unterstützungsleistung unter Verwendung der Motortemperatur (des Erfassungswerts des Temperatursensors 35) als Parameter festgelegt und wird durch den oberen Grenzwert die obere Grenze der Unterstützungsleistung beschränkt.
Der Überblick der Unterstützungssteuerung des elektrischen Turboladers wird unter Bezugnahme auf die 3A bis 3D beschrieben.
Wenn sich die Beschleunigerposition ändert und eine Beschleunigung beginnt, wie in 3A gezeigt ist, vergrößert sich die Soll-Turbinenleistung gemäß einer Beschleunigungsanforderung und steigt die Ist-Turbinenleistung (Abgasleistung) nach der Soll-Turbinenleistung an, wie in 3B gezeigt ist. Folglich steigt, wie in 3D gezeigt ist, der Ist-Ladedruck hinter dem Soll-Ladedruck an. In dem Ausführungsbeispiel wird, wenn die Turbinenleistung unzureichend ist, die Unterstützungsleistung hinzugefügt, wie in 3C gezeigt ist, um die Turbinenleistung zu unterstützen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Unterstützungsleistung auf der Grundlage der Differenz zwischen der Soll-Turbinenleistung und der Ist-Turbinenleistung berechnet (die Einzelheiten werden später beschrieben). In diesem Fall wird nämlich die Unterstützungsleistung durch den Motor 34 zu der Leistung (der Ist-Turbinenleistung) zum Drehen des Turbinenrads 32 durch das Abgas hinzugefügt. Durch die Summe der Leistungen (Ist-Turbinenleistung + Unterstützungsleistung) wird das Verdichterlaufrad 31 über die Welle 33 gedreht. Als Folge wird der Druck frühzeitig erhöht, wie in 3D gezeigt ist.
In dem Ausführungsbeispiel werden die Turbinenleistungen (die Soll-Turbinenleistung und die Ist-Turbinenleistung) bei der Unterstützungssteuereinheit 80 unter Verwendung eines Elektroturbomodells berechnet. Die Einzelheiten werden nachstehend beschrieben. 4 ist ein Steuerblockdiagramm, das ein Elektroturbomodell M10 zeigt. In 4 weist das Elektroturbomodell den Motor 34 und den Zwischenkühler 37 auf, die bei dem Turbolader 30 vorgesehen sind.
In 4 werden das Turbinenrad 32, die Welle 33, das Verdichterlaufrad 31, der Motor 34 und der Zwischenkühler 37 als Turbinenmodell M11, Wellenmodell M12, Verdichtermodell M13, Motormodell M14 bzw. Zwischenkühlermodell M14 modelliert. Zusätzlich zu den Teilmodellen des Turboladers werden ein Auslassrohrmodell M16, in dem eine Verzögerung des Abgases berücksichtigt wird, und ein Einlassrohrmodell M17 bereitgestellt, in dem eine Verzögerung beim Einlass berücksichtigt wird.
Bei dem Elektroturbomodell M10 werden das Turbomodell M11, das Wellenmodell M12, das Verdichtermodell M13 und das Motormodell M14 unter Verwendung des Energieflusses (Leistungsflusses) als Vereinigungsparameter auf der Grundlage des Prinzips der Aufladung konfiguriert, um dadurch die Dienlichkeit (Wiederverwendbarkeit) beim Wiederverwenden der Modelle zu steigern. Anders gesagt kann das einmal konfigurierte Modell einfach auf andere Systeme angewendet werden. Durch die Verwendung der Modelle als Basis kann eine Modellierung einer Ladevorrichtung mit einer hohen Redundanz und in elektronischer Form ebenso einfach durchgeführt werden und kann ein Modell mit einer hohen allgemeinen Flexibilität verwirklicht werden. Bei dem Turbinenmodell M11 wird die Turbinenleistung Lt unter Verwendung der Gleichung (1) von Abgasparametern (Abgasdurchflussrate mg, Druck Ptb_in stromaufwärts der Turbine, Druck Ptb_out stromabwärts der Turbine, Temperatur Ttb_in stromaufwärts der Turbine und adiabatische Turbineneffizienz ηg) des Verbrennungsmotors 10 berechnet, die in dem Abgasrohrmodell M16 berechnet werden.
Wobei cg die spezifische Wärme des Abgases bezeichnet und κg das Verhältnis der spezifischen Wärme bezeichnet.
Die Temperatur, der Druck und die Durchflussrate als Abgasparameter des Verbrennungsmotors 10 können Ist-Messwerte von Sensoren sein oder geschätzte Werte unter Verwendung von Modellen oder Kennfeldern. Als Beispiel wird in dem Ausführungsbeispiel die Abgasdurchflussrate mg aus einem Ist-Messwert des Luftdurchflussmessgeräts 41 und einem Einspritzsignal (oder einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis) berechnet und werden die Drücke Ptb stromaufwäts/stromabwärts der Turbine und die Temperaturen Ttb stromaufwärts/stromabwärts der Turbine aus der Abgasdurchflussrate mg unter Verwendung einer Tabelle berechnet, die im Voraus erzeugt wird.
Bei einem tatsächlichen Turbosystem sind mehrere Verzögerungselemente vorhanden. Beispielsweise tritt bei der Konfiguration zum Berechnen der Abgasdurchflussrate mg auf der Grundlage des Ist-Messwerts des Luftdurchflussmessgeräts 41 eine Verzögerung bei der Wiedergabe der gemessen Einlassluftdurchflussrate in die Abgasdurchflussrate in der Turbine auf. Folglich wird in dem Auslassrohrmodell M16 die Abgasdurchflussrate mg unter Berücksichtigung von Verzögerungselementen und dergleichen berechnet, die in dem Volumen des Auslassrohrs 24 verursacht werden (das Auslassrohrvolumen von dem Austrittsanschluss zu der Turbine), des Drucks und der Verbrennungsmotordrehzahl.
In dem Motormodell M14 wird eine Unterstützungsleistung Le berechnet. Eine Leistung Ltc, die durch Addieren der Turbinenleistung Lt, die in dem Turbinenmodell M11 berechnet wird, und der Unterstützungsleistung Le erhalten wird, die in dem Motormodell M14 berechnet wird, wird zu dem Wellenmodell M12 in nächstem Stadium eingegeben.
In dem Wellenmodell M12 wird die Leistung Ltc in eine Verdichterleistung Lc durch die Gleichung (2) umgewandelt und wird die Verdichterleistung Lc abgegeben. ηt bezeichnet eine Leistungsumwandlungseffizienz. Lc = ηtLtc (2)
Die Verdichterleistung Lc, die durch die Gleichung (2) abgeleitet wird, wird zu dem Verdichtermodell M13 eingegeben.
In dem Verdichtermodell M13 wird eine Ladedruckenergie aus der Verdichterleistung Lc und der Verdichtereffizienz ηc berechnet (Gleichung (3)). Durch Abwandeln der Gleichung (3) wird die Gleichung (4) erhalten. Durch die Gleichung (4) wird ein Druck (Verdichterausgangsdruck) Pc_out stromabwärts des Verdichters unter Verwendung des Ladedruckenergieberechnungswerts und von Einlassparametern (Einlassluftdurchflussrate) Ga, Druck (Verdichtereingangsdruck) Pc_in stromaufwärts des Verdichters und Einlasslufttemperatur Tc_in) berechnet. In Gleichung (4) bezeichnet ca die spezifische Wärme der Einlassluft und bezeichnet κa das Verhältnis der spezifischen Wärme. Die Einlassluftdurchflussrate Ga wird aus einem Erfassungssignal des Luftdurchflussmessgeräts 41 berechnet. Der Druck Pc_in stromaufwärts des Verdichters wird aus einem Erfassungssignal des Atmosphärendrucksensors 44 berechnet. Die Einlasslufttemperatur Tc_in wird aus einem Erfassungssignal eines Einlasslufttemperatursensors berechnet (beispielsweise ein Temperatursensor, der an dem Luftdurchflussmessgerät angebracht ist).
Die Luftdurchflussrate und der Druck als Einlassluftparameter des Verbrennungsmotors 10 werden als Werte berechnet, in denen eine Transportverzögerung und dergleichen, die durch ein Volumen des Einlassrohrs 11 (ein Volumen des Einlassrohrs, das sich von dem Verdichter zu der Drossel erstreckt), ein Druck und dergleichen in dem Einlassrohrmodell M17 verursacht wird, berücksichtigt werden.
Jede der Effizienz, die in den Gleichungen (1) bis (3) verwendet wird, wird aus einer Tabelle einer Eingabe und einer Leistung (einer Energie) oder durch eine Berechnung erhalten. Die Effizienzen ηg und ηc können unter Verwendung einer adiabatischen Effizienz berechnet werden, die aus der Temperatur und dem Druck erhalten wird. Eine Effizienz ηt (siehe Gleichung (2)) einer Leistungsumwandlung von der Leistung Ltc in die Verdichterleistung Lc wird durch Erhalten jeder adiabatischen Effizienz und darauf beim Identifizieren eines Modells durch Erhalten von Lc/Ltc aus der Energie, die tatsächlich zum Aufladen notwendig ist, und der Leistung Ltc zu diesem Zeitpunkt bestimmt. Unter Verwendung eines inversen Modellverfahrens kann ein Modell ohne die Kenntnis einer Umwandlungseffizienz (Maschineneffizienz oder Ähnlichem) eines tatsächlichen Turboladers erzeugt werden und kann ein stationärer Wert einer tatsächlichen Maschine durch ein Modell reproduziert werden.
Die Verdichtereffizienz ηc wird als Gleichung (5) ausgedrückt.
Gleichung (5) kann als folgende Gleichung (6) modifiziert werden. Wenn die Verdichtereffizienz ηc, der Druck Pc_in stromaufwärts des Verdichters, der Druck Pc_out stromabwärts des Verdichters und die Einlasslufttemperatur Tc_in bekannt sind, kann die Temperatur Tc_out stromabwärts des Verdichters aus der Gleichung (6) berechnet werden.
Durch den vorstehend angegebenen Ablauf werden der Druck Pc_out stromabwärts des Verdichters und die Temperatur Tc_out stromabwärts des Verdichters berechnet und werden zu dem Zwischenkühlermodell M15 in nächstem Stadium eingegeben.
Das Zwischenkühlermodell M15 ist in einen Druckverlustmodellabschnitt zum Berechnen eines Druckverlusts in dem Zwischenkühler 37 und ein Kühlwirkungsmodellabschnitt zum Berechnen einer Kühlwirkung (eines Temperaturabfalls) geteilt. Unter Verwendung jedes Abschnitts werden der Druck Pc_out stromabwärts des Verdichters, ein Ladedruck Pth (Druck stromaufwärts der Drossel) und eine Aufladetemperatur Tth (Temperatur stromaufwärts der Drossel) berechnet. Der Druckverlust und die Kühlwirkung in dem Zwischenkühler 37 ändern sich mit Parametern des Eingangsdrucks des Zwischenkühlers (Druck Pc_out stromabwärts), der Temperatur (Temperatur Tc_out stromabwärts des Verdichters), der Außenlufttemperatur Ta und der Geschwindigkeit des Winds, der durch den Zwischenkühler 37 tritt (nämlich der Fahrzeuggeschwindigkeit). Das Zwischenkühlermodell M15 berechnet den Druckverlust und die Kühlwirkung auf der Grundlage jedes Parameters.
Die Soll-Turbinenleistungsberechnungseinheit 81 und die Ist-Turbinenleistungsberechnungseinheit 82 bei der Unterstützungssteuereinheit 80 von 2 werden auf der Grundlage des Elektroturbomodells M10 konfiguriert. Der Überblick der Einheiten 81 und 82 ist als Steuerblockdiagramm von 5 gezeigt. Die Soll-Turbinenleistungsberechnungseinheit 81 berechnet eine Sollturbinenleistung Lt_t durch eine inverse Berechnung (ein inverses Modell) des Elektroturbomodells M10. Die Ist-Turbinenleistungsberechnungseinheit 82 berechnet eine Ist-Turbinenleistung Lt_r durch eine Zielwertberechnung (Zielwertmodell) des Elektroturbomodells M10. Die Soll-Turbinenleistung Lt_t entspricht einer Eingabe des Wellenmodells M12 in 4 und ist tatsächlich die Summe der Turbinenleistung und der Unterstützungsleistung (nämlich die Soll-Leistung des Turboladers 30).
Kurz gesagt berechnet die Soll-Turbinenleistungsberechnungseinheit 81 die Soll-Turbinenleistung Lt_t durch Einstellen des Soll-Ladedrucks Pth_t (des Soll-Drucks stromaufwärts der Drossel) und der Soll-Luftdurchflussrate Ga_t als Hauptberechnungsparameter unter Verwendung von inversen Modellen des Wellenmodells M12, des Verdichtermodells M13 und des Zwischenkühlermodells M15 in 4. In diesem Fall insbesondere in dem inversen Zwischenkühlermodell wird unter Verwendung eines Kennfelds auf der Grundlage von tatsächlichen Maschinendaten die Soll-Ladetemperatur Tth_t auf der Grundlage des Soll-Ladedrucks Pth_t berechnet. Durch Erstellen eines Rückberechnungsausdrucks mit dem inversen Modell des Zwischenkühlerdruckmodells und des Kühlwirkungsmodells wird ein Soll-Druck Pc_out_t stromabwärts des Verdichters auf der Grundlage des Soll-Ladedrucks Pth_t (des Soll-Drucks stromaufwärts der Drossel) und der Soll-Ladetemperatur Tth_t (der Soll-Temperatur stromaufwärts der Drossel) zusätzlich die Soll-Luftdurchflussrate Ga_t, die Außenlufttemperatur Ta (die Temperatur stromaufwärts des Verdichters) und der atmosphärische Druck Pa (der Druck stromaufwärts des Verdichters) berechnet.
In dem inversen Modell des Verdichters wird eine Soll-Ladeenergie Wc_t unter Verwendung der folgenden Gleichung (7) aus dem Soll-Druck Pc_out_t stromabwärts des Verdichters, der Soll-Luftdurchflussrate Ga_t, der Außenlufttemperatur Ta und dem atmosphärischen Luftdruck Ta berechnet. In der Gleichung bezeichnet ca die spezifische Wärme der Luft und bezeichnet κa das Verhältnis der spezifischen Wärme der Luft.
Ferner wird die Verdichtereffizienz ηc_t aus dem Effizienzkennfeld unter Verwendung der Soll-Ladeenergie Wc_t als Parameter berechnet und wird die Soll-Verdichterleistung Lc_t durch die folgende Gleichung (8) berechnet.
In dem Inversionsmodell der Welle wird die Soll-Verdichterleistung Lc_t in eine Soll-Turbinenleistung Lt_t unter Verwendung der folgenden Gleichung (9) umgewandelt. ηt bezeichnet die Leistungsumwandlungseffizienz.
In der Soll-Turbinenleistungsberechnungseinheit 81 kann ein Turbinenträgheitsinversionsmodell (ein Inversionsmodell der Verzögerung erster Ordnung der Trägheit der Turbine) hinzugefügt werden. Durch das Hinzufüge des Trägheitsinversionsmodells kann eine Verbesserung der Berechnungsgenauigkeit der Soll-Turbinenleistung verwirklicht werden.
Die Ist-Turbinenleistungsberechnungseinheit 82 berechnet die Ist-Turbinenleistung Lt_r durch das Abgas über ein Auslassrohrmodell und ein Turbinenmodell (Zielwertmodell) auf eine Weise, die ähnlich wie die Berechnungsordnung des Turbomodells ist. Insbesondere wird die Ist- Turbinenleistung Lt_r unter Verwendung der Gleichung (1) aus den Abgasparametern (Abgasdurchflussrate mg, Druck Ptb_in stromaufwärts der Turbine, Druck Ptb_out stromabwärts der Turbine, Temperatur Ttb_in stromaufwärts der Turbine und adiabatische Turbineneffizienz ηg) des Verbrennungsmotors 10 berechnet, die durch das Auslassrohrmodell berechnet werden.
Die Leistungsdifferenzberechnungseinheit 83 berechnet die Leistungsdifferenz (= Lt_t – Lt_r) zwischen der Soll-Turbinenleistung Lt_t und der Ist-Turbinenleistung Lt_r, die berechnet werden, wie vorstehend angegeben ist, und aus der Leistungsdifferenz berechnet sie eine Anforderungsunterstützungsleistung Wa. Ein oberer Grenzwert oder Ähnliches wird geeignet für die Anforderungsunterstützungsleistung Wa eingestellt. Darauf wird ein Unterstützungsleistungssignal (ein Motoranweisungswert) an die Motor-ECU 60 abgegeben.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird in der Soll-Drehmomentberechnungseinheit 71, die in 2 gezeigt ist, das Solldrehmoment unter Berücksichtigung einer Verbesserung der Ladeeffizienz durch die Unterstützung des Motors 34 berechnet.
In einem herkömmlichen System wird das Solldrehmoment auf der Grundlage einer Ladewirkung des Turboladers 30 in einem Fall berechnet, dass keine Leistungsunterstützung des Motors 34 durchgeführt wird. Die Leistungsunterstützung des Motors 34 wird zum Ausgleichen eines Mangels einer Ist-Turbinenleistung mit Bezug auf die Soll-Turbinenleistung durchgeführt. Jedoch ist es in der Praxis möglich, die Ladeeffizienz zu verbessern, um ein größeres Drehmoment zu erhalten, indem der Motor 34 mit einer Drehzahl angetrieben wird, die höher als diejenige für die Leistungsunterstützung ist. Daher wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Soll-Drehmoment unter Berücksichtigung einer Verbesserung der Ladeeffizienz durch den Motor 34 berechnet, um ein größeres Drehmoment als bei dem herkömmlichen Turbolader zu erhalten.
Im Allgemeinen drückt ein Fahrer ein Beschleunigerpedal einmal herunter, wenn der Fahrer das Fahrzeug beschleunigen will. Wenn der Fahrer das Fahrzeug graduell beschleunigen will, presst der Fahrer das Beschleunigerpedal graduell herunter. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Soll-Drehmoment auf der Grundlage einer Variation der Beschleunigerposition berechnet. Wenn demgemäß eine Variation pro Zeiteinheit der Beschleunigerposition groß ist, wird das Soll-Drehmoment als großer Wert berechnet. Das Ist-Drehmoment und der Ladedruck sich hinter dem Soll-Drehmoment und dem Soll-Ladedruck verändern, wird der maximale Wert der Variation der Beschleunigerposition gehalten und wird das Soll-Drehmoment auf der Grundlage des gehaltenen Werts berechnet.
Unter Bezugnahme auf 6 wird eine Struktur der Soll-Drehmomentberechnungseinheit 71 beschrieben.
Eine Referenzdrehmomentberechnungseinheit 71a berechnet Drehmomentdaten, die eine Referenz für das Soll-Drehmoment Tr_t sind, gemäß der Beschleunigerposition Ap und der Verbrennungsmotordrehzahl Ne unter Verwendung eines vorbestimmten Drehmomentkennfelds. Die Referenzdrehmomentberechnungseinheit 71a berechnet nämlich ein unterstützungsloses Soll-Drehmoment Tr_non, bei dem der Motor 34 nicht betrieben wird, und berechnet ein Maximalunterstützungssolldrehmoment Tr_max, bei dem der Motor 34 bei der maximalen Drehzahl betrieben wird.
Eine Beschleunigungsanforderungsberechnungseinheit 71b berechnet einen Beschleunigungsanforderungskoeffizienten α, der innerhalb des Bereichs von "0" bis "1" gemäß der Variation (des Ableitungswerts) dAP/dt der Beschleunigerposition variiert. In dem Fall, dass die Variation dAP/dt klein ist, wird der Koeffizient α auf „0" gesetzt. In dem Fall, dass die Variation dAP/dt groß ist, wird der Koeffizient α auf „1" gesetzt. Der Koeffizient α ist im Wesentlichen proportional zu dAP/dt. Eine Spitzenhaltereinheit 71c hält den Maximalwert des Beschleunigungsanforderungskoeffizienten α und gibt den maximalen Beschleunigungsanforderungskoeffizienten α_peak ab.
Eine Soll-Drehmomentberechnungseinheit 71d berechnet das Soll-Drehmoment Tr_t gemäß einer folgenden Gleichung auf der Grundlage eines Differenzialdrehmoments ΔTr zwischen dem unterstützungslosen Soll-Drehmoment Tr_non und dem maximalen Unterstützungssoll-Drehmoment Tr_max und des Maximalbeschleunigungsanforderungskoeffizienten α_peak. Tr_t = Tr_non + α_peak × ΔTr ΔTr = Tr_max – Tr_non
Gemäß der vorstehend genannten Gleichung kann das Soll-Drehmoment Tr_t erhalten werden, dass die Verbesserung einer Ladeeffizienz durch Antreiben des Motors 34 aufweist.
Die Spitzenhalteeinheit 71c setzt den Haltewert zurück, wenn eine Rücksetzbedingung gebildet ist. Insbesondere wenn die Beschleunigungsanforderung aufgehoben wird, wird der Haltewert zurückgesetzt. Wenn außerdem die Ist-Turbinenleistung mit einem Anstieg der Verbrennungsmotordrehzahl erhöht wird, so dass das Soll-Drehmoment Tr_t im Wesentlichen gleich dem unterstützungslosen Soll-Drehmoment Tr_non wird, wenn nämlich die Beschleunigungsanforderung erfüllt ist, wird der Haltewert zurückgesetzt.
Unter Bezugnahme auf die 7A bis 7E wird ein Überblick der Unterstützungssteuerung der elektrischen Ladevorrichtung unter Verwendung des Soll-Drehmoments Tr_t im Folgenden beschrieben. Wenn die Beschleunigerposition AP variiert wird, um das Fahrzeug zu beschleunigen, wie in 7A gezeigt wird, wird die Variation ΔAP der Beschleunigerposition berechnet, wie in 7B gezeigt ist. Ferner wird der Beschleunigungsanforderungskoeffizient α gemäß der Variation ΔAP berechnet und wird dessen Maximalwert erhalten. Der Maximalbeschleunigungsanforderungskoeffizient α_peak wird ebenso berechnet. Dann wird das Soll-Drehmoment Tr_t abgeleitet, wie in 7D gezeigt ist, und wird ein Soll-Wert des Drucks Pm stromabwärts der Drossel gebildet ist, wie in 7E gezeigt ist. Wenn das Soll-Drehmoment Tr_t das unterstützungslose Soll-Drehmoment Tr_non mit einem Anstieg der Verbrennungsmotordrehzahl Ne erreicht, wie in 7D gezeigt ist, wird der Maximalbeschleunigungsanforderungskoeffizient α_peak zurückgesetzt.
Als nächstes wird ein Ablauf eines Prozesses zum Berechnen der Soll-Drosselposition und der Unterstützungsleistung durch die Verbrennungsmotor-ECU 50 unter Bezugnahme auf die Ablaufdiagramme der 8 bis 15 beschrieben. 8 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Basisroutine zeigt. Die Routine wird beispielsweise alle 4 ms durch die Verbrennungsmotor-ECU 50 ausgeführt. In der Basisroutine von 8 werden die Subroutinen von den 9 bis 15 geeignet ausgeführt. Der Ablauf der Prozesse, der nachstehend beschrieben ist, ist grundlegend in Entsprechung mit dem Steuerblockdiagramm von 2 und dessen wiederholter Beschreibung wird teilweise weggelassen.
Wie in 8 gezeigt ist, weist die Basisroutine eine Drehmomentbasissteuerroutine (Schritt S100) und eine Unterstützungsleistungsberechnungsroutine (Schritt S200) auf. 9 zeigt die Einzelheiten der Drehmomentbasissteuerroutine und 12 zeigt die Einzelheiten der Unterstützungsleistungsberechnungsroutine.
Bei der Drehmomentbasissteuerroutine, die in 9 gezeigt ist, werden die Verbrennungsmotordrehzahl Ne und die Beschleunigerposition ap in Schritt S110 eingelesen. Dann wird in Schritt S120 das Solldrehmoment Tr_t auf der Grundlage der Beschleunigerposition Ae und der Verbrennungsmotordrehzahl Ne gemäß der in 10 gezeigten Subroutine berechnet. In Schritt S130 wird die Soll-Drosselposition gemäß einer Subroutine berechnet, die in 11 gezeigt ist.
In der Soll-Drehmomentberechnungsroutine, die in 10 gezeigt ist, wird ein unterstützungsloses Soll-Drehmoment Tr_non auf der Grundlage der Beschleunigerposition AP und der Verbrennungsmotordrehzahl Ne in Schritt S121 berechnet. Das Maximalunterstützungssolldrehmoment Tr_max wird in Schritt S122 berechnet. In Schritt S123 wir der Maximalbeschleunigungsanforderungskoeffizient α_peak berechnet. In Schritt S124 wird das Soll-Drehmoment Tr_t auf der Grundlage des unterstützungslosen Soll-Drehmoments Tr_non, des Maximalunterstützungssolldrehmoments Tr_max und des Maximalbeschleunigungsanforderungskoeffizienten α_peak berechnet. In Schritt S125 wird bestimmt, ob das Soll-Drehmoment Tr_t größer als das unterstützungslose Soll-Drehmoment Tr_non ist. In Schritt S126 wird bestimmt, ob der Zeitpunkt während der Beschleunigungsanforderungszeitdauer ist. Wenn der Öffnungsgrad des Drosselventils verringert wird, wird bestimmt, dass der Zeitpunkt nicht während der Beschleunigungsanforderungszeitdauer ist. Wenn die Antwort in Schritt S125 oder Schritt S126 nein ist, schreitet der Vorgang zu Schritt S127 voran, indem der gespeicherte Wert des Maximalbeschleunigungsanforderungskoeffizienten α_peak zurückgesetzt wird.
In der Soll-Drosselpositionsberechnungsroutine, die in 11 gezeigt ist, wird eine Soll-Luftdurchflussrate auf der Grundlage des Soll-Drehmoments Tr_t und der Verbrennungsmotordrehzahl Ne berechnet (Schritt S131). Dann werden ein Soll-Einlassluftdruck (ein Soll-Druck stromabwärts der Drossel) und ein Soll-Ladedruck (ein Soll-Druck stromaufwärts der Drossel) auf der Grundlage der Soll-Luftdurchflussrate und der Verbrennungsmotordrehzahl berechnet (Schritte S132 und S133). Abschließend wird die Soll-Drosselposition auf der Grundlage der Soll-Luftdurchflussrate, des Soll-Einlassluftdrucks, des Soll-Ladedrucks, des Ist-Ladedrucks und der Drosseldurchlaufeinlasslufttemperatur berechnet (Schritt S134).
In der Unterstützungsleistungsberechnungsroutine, die in 12 gezeigt ist, wird zuerst unter Verwendung der Subroutine von 13, die später beschrieben wird, die Soll-Turbinenleistung auf der Grundlage des inversen Modells des Turbomodells berechnet (Schritt S210). Als nächstes wird unter Verwendung der Subroutine von 14, die später beschrieben wird, eine Ist-Turbinenleistung auf der Grundlage des Zielwertmodells des Turbomodells berechnet (Schritt S220). Durch Subtrahieren der Ist-Turbinenleistung von der Soll-Turbinenleistung wird die Leistungsdifferenz berechnet (Schritt S230). Unter Verwendung der Subroutine von 15, die später beschrieben wird, wird bestimmt, ob die Leistungsunterstützung durchgeführt werden kann oder nicht (Schritt S240).
In der Soll-Turbinenleistungsberechnungsroutine, die in 13 gezeigt ist, werden der Soll-Ladedruck und die Soll-Luftdurchflussrate eingelesen (Schritt S211). Nachfolgend wird beispielsweise unter Verwendung eines Kennfelds, das eine Beziehung zwischen dem Ladedruck und der Ladetemperatur zeigt, die Soll-Ladetemperatur auf der Grundlage des Soll-Ladedrucks berechnet (Schritt S212). Darauf wird unter Verwendung des inversen Modells des Zwischenkühlers der Soll-Druck stromabwärts des Verdichters berechnet, während der Druckverlust und die Kühlwirkung in dem Zwischenkühler berücksichtigt wird (Schritte S213 und S214). Die Soll-Ladeenergie wird unter Verwendung des inversen Modells des Verdichters berechnet. Die Verdichtereffizienz wird unter Verwendung eines Effizienzkennfelds berechnet, das durch einen Parameter einer Soll-Ladeenergie Wc_t definiert wird (Schritte S215 und S216). Die Soll-Verdichterleistung wird aus der Soll-Ladeenergie und der Verdichtereffizienz berechnet (Schritt S217) und weitergehend wird die Soll-Turbinenleistung unter Verwendung des inversen Modells der Welle berechnet (Schritt S218).
Die Ist-Turbinenleistungsberechnungssubroutine, die in 14 gezeigt ist, ist durch einen Auslassrohrmodellabschnitt und einen Turbinenmodellabschnitt aufgebaut. In dem Auslassrohrmodellabschnitt wird die Abgasdurchflussrate unter Berücksichtigung einer Verzögerung berechnet, die bei der Wiedergabe einer Luftdurchflussrate auftritt, die durch das Luftdurchflussmessgerät 41 als Abgasluftdurchflussrate in der Turbine gemessen wird (Schritt S221). Auf der Grundlage der Abgasdurchflussrate werden Abgascharakteristiken (Drücke und Temperaturen an den stromaufwärtigen/stromabwärtigen Seiten der Turbine) berechnet (Schritt S222). Der Turbinenmodellabschnitt berechnet die adiabatische Turbineneffizienz ηg (Schritt S223) und berechnet die Ist-Turbinenleistung auf der Grundlage der Abgasparameter, wie z. B. der Abgasdurchflussrate, des Abgasdrucks und der Abgastemperatur, sowie der adiabatischen Turbineneffizienz ηg (Schritt S224).
Als nächstes wird in der Unterstützungsbestimmungssubroutine, die in 15 gezeigt ist, die Unterstützungsleistung Wa auf der Grundlage der Leistungsdifferenz berechnet, die in Schritt S230 in 12 berechnet wird (Schritt S241). Zu diesem Zeitpunkt wird der obere Grenzwert auf der Grundlage der Motorcharakteristiken und der Motortemperatur geeignet eingerichtet und wird die Unterstützungsleistung Wa berechnet. Darauf wird bestimmt, ob die Unterstützungsleistung Wa größer als ein vorbestimmter Wert Wa_th ist (Schritt S242). Wenn Wa > Wa_th gilt, wird eine Unterstützungsgestattungsmarke Fa auf „1" gesetzt. Wenn Wa ≤ Wa_th gilt, wird die Unterstützungsgestattungsmarke Fa auf „0" gesetzt (Schritte S243 und S244). Durch den Betrieb wird in dem Fall, dass Wa > Wa_th gilt (die Unterstützungszulassungsmarke Fa = 1), die Leistungsunterstützung durch den Motor 34 ausgeführt. In dem Fall, dass Wa ≤ Wa_th gilt (die Unterstützungszulassungsmarke Fa = 0), wird die Leistungsunterstützung durch den Motor 34 angehalten.
Die 16A bis 16F sind Zeitdiagramme, die verschiedenartige Verhaltensformen der Unterstützungssteuerung darstellen. Eine herkömmliche Steuerung ist durch gestrichelte Linien dargestellt. Bei der herkömmlichen Steuerung wird das Soll-Drehmoment ohne Berücksichtigen eines Anstiegs des Drehmoments durch Betreiben des Motors 34 bestimmt.
Wenn die Beschleunigerposition graduell variiert wird, um das Fahrzeug zu beschleunigen, wie in 16A gezeigt ist, werden die Soll-Werte des Drehmoments und des Ladedrucks als Reaktion auf die Beschleunigungsanforderung erhöht, wir in den 16B und 16C gezeigt ist. Die Soll-Turbinenleistung wird erhöht und eine Differenzialleistung zwischen der Soll-Turbinenleistung und der Ist-Turbinenleistung wird abgeleitet, wie in 16E gezeigt ist. Ein schraffierter Abschnitt in 16E entspricht der Differenzialleistung, die die Unterstützungsleistung des Motors 34 ist.
Der Soll-Wert des Drehmoments wird auf der Grundlage der Variation der Beschleunigerposition berechnet. In einem Fall, dass die Beschleunigerposition rasch variiert wird, wie in 16A gezeigt ist, wird das Soll-Drehmoment im Vergleich mit dem herkömmlichen Drehmoment größer gebildet. Dabei werden der Soll-Wert des Ladedrucks und die Soll-Turbinenleistung im Vergleich mit der herkömmlichen Steuerung größer gebildet.
Als Folge werden der Ladedruck und das Drehmoment größer im Vergleich mit der herkömmlichen Steuerung gebildet, wie in den 16B und 16C gezeigt ist. Die Ist-Turbinenleistung steigt rasch an und die Unterstützungsleistung verringert sich graduell, wenn die Ist-Turbinenleistung nahe an die Soll-Turbinenleistung gelangt, wie in 7E gezeigt ist. Insbesondere erreicht in diesem Ausführungsbeispiel die Ist-Turbinenleistung die Soll-Turbinenleistung rasch und wird die Leistungsunterstützung früher als bei der herkömmlichen Steuerung beendet.
Zum Zeitpunkt des Starts der Beschleunigung wird die Drosselposition auf der Grundlage eines Druckverhältnisses zwischen dem Soll-Einlassdruck und dem Ist-Ladedruck und der Soll-Luftdurchflussrate berechnet. Wenn der Ist-Ladedruck niedriger als der Soll-Druck in einer Übergangszeitdauer ist, wird das Verhältnis niedriger als der Soll-Wert. Der Drosselöffnungsgrad wird groß, um den Mangel des Ladedrucks auszugleichen, so dass die Beschleunigungsleistung verbessert wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel steigt der Ladedruck rasch an, so dass die Variation der Drosselposition rasch eingependelt wird.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können die folgenden Vorteile erzielt werden.
Nach einer Beschleunigung wird das Soll-Drehmoment Tr_t durch Korrigieren eines unterstützungslosen Soll-Drehmoments Tr_non auf der Grundlage des Koeffizienten α_peak berechnet und die Drehmomentbasissteuerung durchgeführt. Dadurch wird, auch nachdem die Variation der Beschleunigerposition AP stationär wird, das Ausgangsdrehmoment auf der Grundlage des Soll-Drehmoments Tr_t gesteuert, das auf der Grundlage der Variation der Beschleunigerposition AP bei der Beschleunigungsanforderung bestimmt wird. Daher kann vermieden werden, dass das Soll-Drehmoment Tr_t variiert wird, so dass sich eine Schwankung des Drehmoments zum Zeitpunkt der Korrektur des Soll-Drehmoments beim Variieren der Beschleunigerposition AP bildet.
Der Koeffizient α_peak wird auf 0 gelöscht, wenn das Soll-Drehmoment Tr_t gleich dem unterstützungslosen Soll-Drehmoment Tr_non wird. Dadurch wird das Solldrehmoment kontinuierlich zum Zeitpunkt der Beendung der Leistungsunterstützung variiert, so dass die Schwankung des Drehmoments vermieden werden kann.
Das Differenzialdrehmoment ΔTr wird als möglicher Betrag des Drehmomentanstiegs berechnet. Das Soll-Drehmoment Tr_t wird auf der Grundlage des Differenzialdrehmoments ΔTr des Koeffizienten α_peak bestimmt. Dadurch kann eine Beschleunigung beim Beginn verbessert werden.
Da das Soll-Drehmoment Tr_t auf der Grundlage des Koeffizienten α berechnet werden, kann eine Fahrerbeschleunigungsanweisung geeignet auf das Soll-Drehmoment Tr_t einwirken. Wenn eine Beschleunigungsanforderung mehr als einen vorbestimmten Wert anfordert, wird der Drehmomentanstieg durch den Motor 34 zu dem Soll-Drehmoment hinzugefügt, so dass die Fahreranforderung geeignet auf das Soll-Drehmoment Tr_t einwirkt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend genannte Ausführungsbeispiel beschränkt. Abwandlungen werden im Folgenden beschrieben.
Der Maximalbeschleunigungsanforderungskoeffizient α_peak kann kleiner gemacht werden, wenn das Differenzialdrehmoment zwischen dem Soll-Drehmoment Tr_t und dem unterstützungslosen Soll-Drehmoment Tr_non kleiner wird. Das Soll-Drehmoment Tr_t variiert sanft, so dass die Schwankung des Drehmoments verringert werden kann.
Außerdem wird nach dem Starten der Beschleunigung die Differenz zwischen dem Soll-Drehmoment Tr_t und dem unterstützungslosen Soll-Drehmoment Tr_non kleiner, wenn die Zeit voranschreitet. Daher kann der Koeffizient α_peak zurückgesetzt werden, wenn eine vorbestimmte Zeit seit dem Start der Beschleunigung verlaufen ist.
Da der Motor 34 Wärme während seines Betriebs erzeugt, ist seine Betriebsdauer und Motortemperatur beschränkt. Wenn die Betriebsdauer des Motors 34 oder die Motortemperatur einen vorbestimmten Wert übersteigt, so dass sein Betrieb anhält, wird der Koeffizient α_peak graduell kleiner gemacht. Dadurch kann die Schwankung des Drehmoments aufgrund des Anhaltens des Motors 34 verringert werden.
In dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel ist der Motor 34 mit der Welle 33 des Turboladers 30 verbunden. Alternativ kann der Unterstützungsverdichter stromaufwärts oder stromabwärts des Turboladers 30 in dem Einlassrohr 11 angeordnet werden.
Somit berechnet bei der Soll-Drehmomentberechnungseinheit 71 eine Referenzdrehmomentberechnungseinheit 71a ein unterstützungsloses Soll-Drehmoment Tr_non und ein maximales Unterstützungsdrehmoment Tr_max. Eine Beschleunigungsanforderungsberechnungseinheit 71b berechnet einen Beschleunigungsanforderungskoeffizienten) gemäß einem Ableitungswert dAP/dt einer Beschleunigerposition AP. Eine Spitzenwerthalteeinheit 71c hält ihren Maximalwert und gibt diesen als Maximalbeschleunigungsanforderungskoeffizienten α_peak ab. Eine Soll-Drehmomentberechnungseinheit (71d) berechnet ein Soll-Drehmoment Tr_t auf der Grundlage eines Differenzialdrehmoments ΔTr zwischen dem unterstützungslosen Drehmoment Tr_non und dem maximalen Unterstützungsdrehmoment Tr_max und des Maximalbeschleunigungsanforderungskoeffizienten α_peak.

Claims

Steuerung für eine Brennkraftmaschine mit einer Ladevorrichtung (30), wobei die Steuerung auf eine Brennkraftmaschine angewendet wird, die eine Ladevorrichtung zum Aufladen von Einlassluft durch Abgasleistung und eine Leistungsunterstützungsvorrichtung (34) hat, die an der Ladevorrichtung zum Unterstützen der Leistung der Ladevorrichtung angebracht ist, wobei die Steuerung ein Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine auf der Grundlage eines Soll-Drehmoments steuert, das einer Beschleunigerbetätigung entspricht, wobei die Steuerung eine Leistungsunterstützung durch die Leistungsunterstützungsvorrichtung auf der Grundlage einer Soll-Leistung der Ladevorrichtung entsprechend dem Soll-Drehmoment und einer Ist-Leistung der Ladevorrichtung durchführt, mit: einer Parameterberechnungseinrichtung (50) zum Berechnen eines Beschleunigungsanforderungsparameters auf der Grundlage eines Betätigungsbetrags des Beschleunigers zu dem Zeitpunkt, wenn eine Beschleunigung durch die Beschleunigerbetätigung angefordert wird; und einer Drehmomentsteuereinrichtung (50) zum Korrigieren des Soll-Drehmoments auf eine Weise, dass das Soll-Drehmoment auf der Grundlage des Beschleunigungsanforderungsparameters in einer Zeitdauer, in der ein Drehmomentanstieg durch die Leistungsunterstützungsvorrichtung durchgeführt werden kann, ansteigt, nachdem die Beschleunigung gestartet wird.
Steuerung für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Parameterberechnungseinrichtung (50) eine Berechnungseinrichtung zur Berechnung eines Variationsbetrags pro Zeiteinheit des Betätigungsbetrags des Beschleunigers und zur Berechnung eines Maximalwerts des Variationsbetrags als Beschleunigungsanforderungsparameter aufweist.
Steuerung für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Drehmomentsteuereinrichtung (50) eine Einrichtung zur Berechnung eines möglichen Drehmomentanstiegsbetrags durch die Leistungsunterstützungsvorrichtung (34) und eine Einrichtung zum Wiedergeben des möglichen Drehmomentanstiegsbetrags auf eine Drehmomentsteuerung auf der Grundlage des Beschleunigungsanforderungsparameters aufweist.
Steuerung für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 3, wobei die Parameterberechnungseinrichtung (50) den Beschleunigungsanforderungsparameter derart einstellt, dass er darstellt, dass der Beschleuniger rasch in einem Fall betätigt wird, dass der Variationsbetrag des Beschleunigers relativ groß ist; wobei die Drehmomentsteuereinrichtung (50) den möglichen Betrag des Drehmomentanstiegs auf die Drehmomentsteuerung in einem Fall wiedergibt, dass der Beschleunigungsanforderungsparameter darstellt, dass der Beschleuniger rasch betätigt wird.
Steuerung für eine Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Drehmomentsteuereinrichtung (50) eine Einrichtung zum Bestimmen aufweist, ob eine Zeitdauer, in der ein Drehmomentanstieg durch die Leistungsunterstützungsvorrichtung möglich ist, beendet ist, und eine Einrichtung zum Anhalten der Korrektur des Soll-Drehmoments zu einem Zeitpunkt, wenn die Zeitdauer, in der der Drehmomentanstieg möglich ist, beendet ist.
Steuerung für eine Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Drehmomentsteuereinrichtung (50) den Drehmomentanstieg des Soll-Drehmoments graduell verringert, wenn die Korrektur des Soll-Drehmoments beendet ist.
Steuerung für eine Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Drehmomentsteuereinrichtung (50) den Drehmomentanstieg des Soll-Drehmoments graduell verringert, wenn die Unterstützungsleistungsvorrichtung ihre Leistungsunterstützung in einer Zeitdauer anhält, in der der Drehmomentanstieg möglich ist.