DE102014205992B4

DE102014205992B4 - Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE102014205992B4
Application number: DE102014205992.5A
Authority: DE
Inventors: Tomokazu Makino; Hideki Hagari; Takuo Watanuki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-10-24
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2018-08-09
Anticipated expiration: 2034-04-01
Also published as: US20150114367A1; CN104564359A; CN104564359B; JP2015081582A; JP5748821B2; US9322349B2; DE102014205992A1

Abstract

Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung, umfassend:eine Einlassluftmengen-Detektionseinheit (12), die eine Luftmenge detektiert, die eine Drosselklappe (4) passiert, welche an einem Einlassrohr eines Verbrennungsmotors (1) vorgesehen ist, und in den Verbrennungsmotor (1) aufgenommen wird;eine Volumeneffizienz-Entsprechungswert-Berechnungseinheit (22), die einen Volumeneffizienz-Entsprechungswert als einen Index berechnet, der eine Luftmenge angibt, die aus dem Einlassrohr auf der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe (4) in einen Zylinder des Verbrennungsmotors fließt;ein physikalisches Modell, in dem eine Einlasssystem-Antwortverzögerung in einem Intervall ab einem Zeitpunkt, wenn Luft die Drosselklappe passiert, bis zu einem Zeitpunkt, wenn die Luft den Zylinder betritt, modelliert wird;einen Abgasrückführpfad (14), der ein Einlassrohr auf der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe (4) mit einem Abgasrohr verbindet;ein Abgasrückführventil (16), das den Abgasrückführpfad (14) öffnet oder schließt, um so eine Rückführmenge an Abgas zu steuern;eine Abgasrückführmengen-Berechnungseinheit (21), welche die Rückführmenge an Abgas berechnet, das den Abgasrückführpfad (14) passiert und in das Einlassrohr aufgenommen wird; undeine Einlassrohrdichte-Berechnungseinheit (23), eine Dichte im Einlassrohr auf der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe (4) und eine Dichteänderung im Einlassrohr als eine Einlassrohrinnendichte und einen Einlassrohrinnendichten-Änderungsbetrag berechnet;wobei der Volumeneffizienz-Entsprechungswert basierend auf der Einlassluftmenge, der Abgasrückführmenge, der Einlassrohrinnendichte und dem Einlassrohrinnendichten-Änderungsbetrag berechnet wird, undwobei die Luftmenge, die tatsächlich in den Zylinder aufgenommen wird, und die Rückführmenge an Abgas, die tatsächlich im Zylinder aufgenommen wird, basierend auf der Einlassluftmenge, dem Volumeneffizienz-Entsprechungswert und dem physikalischen Modell abgeschätzt werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung und genauer gesagt auf eine Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung zum genauen Berechnen einer Zylindereinlassluftmenge und einer Zylindereinlass-Abgasrückführmenge.
Beschreibung verwandten Stands der Technik
Um einen Verbrennungsmotor (obwohl auch als ein Motor bezeichnet, wird er in der nachfolgenden Erläuterung als ein Verbrennungsmotor bezeichnet werden) angemessen zu steuern, ist es wichtig, die Menge an Luft, die in einem Zylinder aufgenommen wird, genau zu berechnen und Kraftstoffsteuerung und Zünd-Timing-Steuerung anhand der in den Zylinderfluss genommenen Luftmenge genau zu berechnen. In Bezug auf die Kraftstoffsteuerung, wenn eine Rückkopplungssteuerung auf solche Weise durchgeführt werden kann, dass primär ein Kraftstoff, dessen Menge ein gewünschtes Luft/KraftstoffVerhältnis für eine Zylindereinlassluftmenge verursacht, eingespritzt wird, kann eine fast exzellente Steuerbarkeit erhalten werden; jedoch muss eine Zünd-Timing-Steuerung bei einem Zündvorstellwinkel, der eine maximale Abgabe verursacht (nachfolgend eine MBT (Minmalzündvorstellung für bestes Drehmoment, Minimum Spark Advance for Best Torque genannt), in Übereinstimmung nicht nur mit der Drehzahl des Verbrennungsmotors und der Zylindereinlassluftflussrate durchgeführt werden, sondern auch mit anderen Faktoren wie etwa der Temperatur des Verbrennungsmotors, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, der Kraftstoffeigenschaft und dem EGR-Verhältnis, was ein Verhältnis von einer EGR-(Abgasrückführungs-)-Flussrate zur Einlassluftmenge ist. Aus den vorstehenden Faktoren, die Effekte für die MBT bereitstellen, können beispielsweise die Verbrennungsmotor-Temperatur und ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht, durch einen Verbrennungsmotor-Temperatursensor bzw. einen Klopfsensor detektiert werden; die Kraftstoffeigenschaft, das heißt, ob der Kraftstoff Normalbenzin oder Hochoktanbenzin ist, kann basierend darauf festgestellt werden, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht.
Derweil gibt es in Bezug auf das EGR-Verhältnis zwei Verfahren, nämlich ein Verfahren (nachfolgend als externe EGR bezeichnet), bei dem ein EGR-Ventil in einem EGR-Pfad vorgesehen ist, der das Abgasrohr mit dem Einlassrohr verbindet, und die EGR-Flussrate basierend auf den Öffnungsgrad des EGR-Ventils gesteuert wird, und ein Verfahren (als eine interne EGR bezeichnet), bei dem ein variabler Ventil-Timing-Mechanismus (nachfolgend als ein VVT (Variables Ventil Timing bezeichnet), das die Öffnungs-/Schließ-Timings eines Einlassventils und eines Auslassventils variabel macht, vorgesehen ist und abhängig von den Öffnungs-/Schließ-Timings desselben ein Überlappzeitraum, während dem Einlassventil und Auslassventil gleichzeitig geöffnet sind, so geändert wird, dass die EGR-Flussrate, welche durch verbleibendes Abgas im Zylinder verursacht wird, gesteuert wird; in einigen Fällen werden beide Verfahren gleichzeitig eingesetzt. In Bezug auf das externe EGR-Verhältnis kann die EGR-Flussrate ungefähr berechnet werden, basierend auf den Öffnungsgrad des EGR-Ventils, dem Abgasdruck und dem Einlassrohr-Innendruck.
Bei einem Verbrennungsmotor mit dem vorstehenden Einlass-/Auslass-VVT, das die Ventilöffnungs- und Schließtimings des Einlassventils und des Auslassventils variieren kann, ändert sich die Luftmenge, die über das Einlassrohr in den Zylinder aufgenommen wird, abhängig vom Ventil-Timing stark; daher kann, wenn der Effekt des Ventil-Timings nicht berücksichtigt wird, die Genauigkeit der Berechnung der Luftmenge, die in den Zylinder aufgenommen wird, beeinträchtigt sein. Weiterhin ist es in den letzten Jahren üblich geworden, dass eine Steuerung eines Verbrennungsmotors durchgeführt wird unter Einsatz, als einem Index, des Abgabedrehmoments des Verbrennungsmotors; selbst wenn das Abgabedrehmoment geschätzt wird, ändert sich die thermische Effizienz anhand der Zylindereinlassluftmenge und des EGR-Verhältnisses. Entsprechend, um das vorstehende MBT zu berechnen und weiterhin, um das Drehmoment und die thermische Effizienz zu schätzen, ist es erforderlich, die Zylindereinlassluftmenge und das EGR-Verhältnis genau zu berechnen.
Somit offenbart JP 2013-194587 A eine Technologie zum genauen Berechnen einer Zylindereinlassluftmenge selbst in einem Verbrennungsmotor, der einen solches Einlass-/Auslass-WT aufweist. Patentdokument 1 offenbart ein Verfahren zum Berechnen eines Volumeneffizienz-Entsprechungswertes, was ein Index ist, der die in einen Zylinder über ein Einlassrohr aufgenommene Luftmenge angibt, basierend auf zwei internen Varianten, die als eine Einlasseffizienz und eine Abgaseffizienz bezeichnet werden, in Bezug auf ein Verfahren des Abschätzens einer Zylindereinlassluftmenge, basierend auf dem Volumeneffizienz-Entsprechungswert und einem physikalischen Modell, in dem eine Antwortverzögerung des Einlasssystems in einem Intervall, während welchem Luft die Drosselklappe passiert und in den Zylinder eindringt, modelliert wird.
DE 10 2013 211 260 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Abschätzen der Luftmenge, die in einen Zylinder eines Verbrennungsmotors angesaugt wird, die mehrere Sensoren zum Erfassen des Betriebszustands des Verbrennungsmotors umfasst und bei der eine Reaktionszeit des Lufteinlasssystems des Verbrennungsmotor unter Bezugnahme auf die von den Sensoren detektierten Werte modelliert wird. In dem Model werden sowohl stationäre als auch dynamische Betriebszustände abgebildet. Die Sensoren umfassen einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur der Umgebungsluft, einen Drucksensor zur Erfassung des Druck der Umgebungsluft und einen Drucksensor zur Erfassung des Druck im Einlasskrümmer, sodass die Zylindereinlassluftmenge basierend auf dem Modell berechnet werden kann..
Ein Verfahren zur Steuerung der Einlassluftmenge ist aus US 5 205 260 A bekannt, bei dem die Luftmenge entsprechend einer berechneten Zylinderluftmassenflussrate gesteuert wird. Nach der Erfassung einer Flussrate von zurückgeführtem Abgas wird der Partialdruck des Abgases im Einlasskrümmer auf der Basis der Flussrate des zurückgeführten Abgases vorgergesagt. Basierend auf dem vorhergesagten Partialdruck des Abgases im Einlasskrümmer wird dann die Zylinderluftmassenflussrate bestimmt.
Jedoch wird keine EGR-Flussrate im in JP 2013-194587 A offenbarten Verfahren berücksichtigt; somit hat es ein Problem damit gegeben, dass, wenn eine externe EGR in das Einlassrohr eingeführt wird, sich der tatsächliche Volumeneffizienzkoeffizient ändert, und daher die berechnete Zylindereinlassluftmenge von der Menge tatsächlicher Einlassluft abweicht. Ähnlich wird keine Volumeneffizienzänderung der EGR-Flussrate berücksichtigt; somit hat es ein Problem damit gegeben, dass die berechnete Zylindereinlassluftmenge sich von der Flussrate der externen EGR unterscheidet, die tatsächlich in den Zylinder eingelassen wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist implementiert worden, um die vorstehenden Probleme zu lösen; deren Aufgabenstellung ist es, eine Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung bereitzustellen, welche einen Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten genauer berechnen kann und genauer die Menge an Luft, die in einen Zylinder fließt, und die externe EGR-Flussrate abschätzen kann.
Eine Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Einlassluftmengen-Detektionseinheit, die eine Luftmenge detektiert, die eine Drosselklappe, welche an einem Einlassrohr eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist, passiert, und in den Verbrennungsmotor aufgenommen wird, eine Volumeneffizienz-Entsprechungswert-Berechnungseinheit, die einen Volumeneffizienz-Entsprechungswert als einen Index berechnet, der eine Luftmenge angibt, die aus dem Einlassrohr auf der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe in einen Zylinder des Verbrennungsmotors fließt, ein physikalisches Modell, in dem eine Einlasssystem-Antwortverzögerung in einem Intervall ab einem Zeitpunkt, wenn Luft die Drosselklappe passiert, bis zu einem Zeitpunkt, wenn die Luft den Zylinder betritt, modelliert wird, einen Abgasrückführpfad, der ein Einlassrohr auf der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe mit einem Abgasrohr verbindet, ein Abgasrückführventil, das den Abgasrückführpfad öffnet oder schließt, um so eine Rückführmenge an Abgas zu steuern, eine Abgasrückführmengen-Berechnungseinheit, welche die Rückführmenge an Abgas berechnet, das den Abgasrückführpfad passiert und in das Einlassrohr aufgenommen wird, und eine Einlassrohrinnendichte-Detektionseinheit, die eine Dichte im Einlassrohr auf der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe und eine Dichteänderung im Einlassrohr als eine Einlassrohrinnendichte und einen Einlassrohrinnendichten-Änderungsbetrag berechnet; die Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Volumeneffizienz-Entsprechungswert basierend auf der Einlassluftmenge, der Abgasrückführmenge, der Einlassrohrinnendichte und dem Einlassrohrinnendichten-Änderungsbetrag berechnet wird, und dass die Luftmenge, die tatsächlich in den Zylinder aufgenommen wird, und die Rückführmenge an Abgas, die tatsächlich im Zylinder aufgenommen wird, basierend auf der Einlassluftmenge, dem Volumeneffizienz-Entsprechungswert und dem physikalischen Modell abgeschätzt werden.
In der Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine externe Abgasrückführflussrate in einem physikalischen Modell berücksichtigt, in welchem eine Antwortverzögerung im Einlasssystem modelliert wird, so dass die Luftmenge, die in dem Zylinder aufgenommen wird, genau berechnet werden kann; weiterhin wird der in diesem physikalischen Modell eingesetzte Volumeneffizienz-Entsprechungswert basierend auf der Einlassluftmenge, der Einlassrohrinnendichte und dem Einlassrohrinnendichten-Änderungsbetrag berechnet, so dass die Luftmenge, die in den Zylinder aufgenommen wird, in Echtzeit und in einer genauen Weise berechnet werden kann. Als Ergebnis wird es ermöglicht, die Luftmenge, die tatsächlich in den Zylinder aufgenommen wird, und die Rückführmenge an Abgas, die tatsächlich in den Zylinder aufgenommen wird, abzuschätzen.
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung bei Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlicher werden.
Figurenliste

1 ist ein Konfigurationsdiagramm, das schematisch einen Verbrennungsmotor illustriert, auf welchen eine Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung illustriert;
3 ist ein Flussdiagramm, das eine Berechnungsverarbeitung für einen Zylindereinlassluftmenge in einer Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung repräsentiert;
4 ist ein Flussdiagramm, das eine Berechnungsverarbeitung für eine Zylinder-EGR-Flussrate in einer Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung repräsentiert.
5 ist ein Flussdiagramm, welches eine Berechnungsverarbeitung für eine EGR-Flussrate in einer Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung repräsentiert;
6 ist ein Kennfeld, das eine EGR-Öffnungsgrad versus Öffnungsflächen-Charakteristik repräsentiert, die in einer Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird; und
7 ist ein Flussdiagramm, das eine Berechnungsverarbeitung für einen Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten in eine Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung repräsentiert.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsform 1
Nachfolgend wird eine Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. 1 ist ein Konfigurationsdiagramm, welches schematisch einen Verbrennungsmotor zeigt, auf dem die Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung angewendet wird. In 1 ist ein Luftflusssensor (nachfolgend als AFS bezeichnet) 2, der eine Einlassluftmenge misst, auf der stromaufwärtigen Seite des Einlasssystems eines Verbrennungsmotors 1 vorgesehen. Auf der stromabwärtigen Seite des AFS 2 ist eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe 4, welche elektronisch gesteuert werden kann, um die Einlassluftmenge zu regeln, vorgesehen. Um den Öffnungsgrad der elektronisch gesteuerten Drosselklappe 4 zu messen, ist ein Drosselöffnungsgradsensor 3 vorgesehen. Es kann gestattet sein, dass anstelle des AFS 2 eine andere Einheit eingesetzt wird, welche eine Einlassluftmenge beispielsweise in solcher Weise misst, dass die Einlassluftmenge basierend auf dem Drosselklappenöffnungsgrad abgeschätzt wird.
Weiterhin wird bereitgestellt ein Einlassrohrdrucksensor 7, der den Druck (nachfolgend als Einlassrohrdruck bezeichnet) in einem Raum (nachfolgend als Einlassrohr bezeichnet), der einen Spitzentank 5 und einen Einlassrohr 6 einschließt, die auf der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe 4 vorgesehen sind, misst, und ein Einlasslufttemperatursensor 8, der die Temperatur innerhalb des Einlassrohrs (nachfolgend als Einlassrohrtemperatur bezeichnet) misst. Es kann auch gestattet sein, dass, statt den Einlasslufttemperatursensor 8 bereitzustellen, der die Einlassrohrtemperatur misst, ein Temperatursensor, wie ein im AFS 2 enthaltener Temperatursensor, der ungefähr die Außenluft misst, eingesetzt wird, und die Einlassrohrtemperatur basierend auf der Temperatur der Außenluft abgeschätzt wird, obwohl sich streng genommen die abgeschätzte Temperatur von der unter Verwendung des Einlasslufttemperatursensors 8 gemessenen Temperatur unterscheidet.
Ein Injektor 9 zum Injizieren eines Kraftstoffs wird in der Nähe des Einlassventils vorgesehen, einschließlich des Einlassrohrs 6 und der Innenseite des Zylinders des Verbrennungsmotors 1; ein Einlass-WT (VVT: Variables Ventil Timing) 10 und Auslass-VVT 11 zum Ändern des Ventil-Timings sind am Einlassventil bzw. am Auslassventil vorgesehen; eine Zündspule 12 zum Antreiben einer Zündkerze, die einen Funken in einem Zylinder produziert, ist auf dem Zylinderkopf vorgesehen. Ein Katalysator und ein O₂-Sensor, die unillustriert sind, werden in einem Abgasrohr 13 vorgesehen.
Ein Abgasrückführpfad (nachfolgend als EGR-Pfad bezeichnet) 14 verbindet das Abgasrohr 13 mit dem Spitzentank 5. Ein Abgasrückführventil (nachfolgend als EGR-Ventil bezeichnet) 16 zum Steuern einer Abgasrückführmenge (nachfolgend als eine EGR-Flussrate bezeichnet) wird im EGR-Pfad 14 vorgesehen; um den Öffnungsgrad des EGR-Ventils 16 zu messen, ist darin ein EGR-Öffnungsgradsensor 15 vorgesehen.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung illustriert. In 2 werden eine durch den AFS 2 gemessene Einlassluftmenge Qa, ein durch den Drosselöffnungsgradsensor 3 gemessener Öffnungsgrad θ der elektronisch gesteuerten Drosselklappe 4, ein durch den Einlassrohrdrucksensor 7 gemessener Einlassverteilerdruck Pb, eine durch den Einlasslufttemperatursensor 8 gemessene Einlassrohrtemperatur Tb, ein durch den EGR-Öffnungsgradsensor 15 gemessener Öffnungsgrad Est des EGR-Ventils 16 und ein durch einen Atmosphärendrucksensor 17 gemessener Atmosphärendruck Pa an der Elektroniksteuereinheit (nachfolgend als eine ECU (Electric Control Unit bezeichnet) 20 eingegeben.
Anstelle des Atmosphärendrucksensors 17 zum Messen eines Atmosphärendrucks kann entweder eine Einheit zum Abschätzen des Atmosphärendrucks oder ein in der ECU 20 inkorporierter Atmosphärendrucksensor eingesetzt werden. Messwerte werden auch aus verschiedenen Sensoren (einschließlich einem Gaspedalöffnungsgradsensor und einem Kurbelwinkelsensor, die unillustriert sind) an der ECU 20 eingegeben.
Die ECU 20 ist mit einer EGR-Flussratenberechnungseinheit 21, einer Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten-Berechnungseinheit 22 als einer Volumeneffizienz-Entsprechungswert-Berechnungseinheit, einer Einlassrohrdichte-Berechnungseinheit 23, einer Zylindereinlassluftmengen-Berechnungseinheit 24, einer Zylindereinlass-EGR-Flussraten-Berechnungseinheit 25 und eines Steuerbetrags-Berechnungseinheit 26 versehen. Die EGR-Flussratenberechnungseinheit 21 berechnet die EGR-Flussrate Qae basierend auf dem EGR-Ventilöffnungsgrad Est. Als Nächstes berechnet die Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten-Berechnungseinheit 22 einen Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten Kv, basierend auf der durch den AFS 2 gemessenen Einlassluftmenge Qa, der EGR-Flussrate Qae und einer durch die Einlassrohrdichte-Berechnungseinheit 23 berechneten Einlassrohrdichte pb. Die P-Bereichs-Steuerzielöffnungsgrad-Berechnungsabschnitt 24 berechnet eine Zylindereinlassluftmenge Qc, basierend auf dem vorstehenden, berechneten Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten Kv und der Einlassluftmenge Qa.
Die Zylindereinlass-EGR-Flussraten-Berechnungseinheit 25 berechnet eine Zylindereinlass-EGR-Flussrate Qce, basierend auf dem Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten Kv und der EGR-Flussrate Qae. Basierend auf der Zylindereinlassluftmenge Qc und der Zylindereinlassluftmenge Qce berechnet die Steuerbetrags-Berechnungseinheit 26 einen Steuerbetrag zum Antreiben des Injektors 9, der Zündspule 12 und dergleichen und treibt den Injektor 9, die Zündspule 12 und dergleichen an. Die ECU 20 berechnet ein gewünschtes Drehmoment des Verbrennungsmotors 1, basierend auf den verschiedenen Arten eingegebener Datenobjekte, wie etwa dem Gaspedal-Öffnungsgrad und dergleichen, berechnet eine gewünschte Zylindereinlassluftflussrate zum Erzielen des berechneten, gewünschten Drehmoments, berechnet einen gewünschten Drosselklappenöffnungsgrad, einen gewünschten Einlass-VVT-Phasenwinkel und einen gewünschten Auslass-VVT-Phasenwinkel, so dass die gewünschte Zylindereinlassluftflussrate erzielt wird, und steuert den Öffnungsgrad der Drosselklappe 4 und den entsprechenden Phasenwinkel des Einlass-VVT 10 und des Auslass-VVT 11 durch Verwenden dieser berechneten Werte als Sollwerte. Andere verschiedene Arten von Aktuatoren werden ebenfalls gesteuert, nach Bedarf.
Als Nächstes wird ein physikalisches Einlasssystemmodell zum Berechnen der Zylindereinlassluftmenge aus einer durch den AFS 2 gemessenen Einlassluftmenge im Detail erläutert, für den Fall, bei dem in 1 die P-Bereichs-Steuerzielöffnungsgrad-Berechnungsabschnitt 24, das heißt das EGR-Ventil geöffnet ist und daher das Abgasrohr 13 und der Spitzentank 5 miteinander über den EGR-Pfad 14 verbunden sind.
Hier werden die nachfolgenden Definitionen gegeben ((n): Anzahl von Hüben).

Qa(n): der Eintakt-Durchschnittswert der Einlassluftmenge, berechnet durch den AFS 2
Qae(n): der Eintakt-Durchschnittswert einer EGR-Flussrate [g/s], berechnet basierend auf der EGR-Ventilöffnungsfläche.
Qc(n): der Eintakt-Durchschnittswert einer Zylindereinlassluftflussrate [g/s]
Qce(n): Der Eintakt-Durchschnittswert einer Zylindereinlassluft-EGR-Flussrate [g/s]
T(n): Ein Takt (im Falle eines Vier-Zylinder-Verbrennungsmotors, die Zeit entsprechend 180[degCa]; im Falle eines Drei-Zylinder-Verbrennungsmotors ,die Zeit entsprechend 240 [degCa] )
Vs: Volumen [cm³] eines Einlassrohrs zwischen der Drossel und dem Einlass jedes Zylinders
Vegr: Volumen [cm³] eines Einlassrohrs zwischen dem EGR-Ventil und dem Einlass jedes Zylinders
Vc: Zylinderhubvolumen [cm³] pro Zylinder
pb(n): Eintakt-Durchschnittswert einer Einlassrohrluftdichte [g/cm3]
Kv(n): ein Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizient als der Volumeneffizienz-Entsprechungswert von Luft, die aus dem Einlassrohr in den Zylinder gelangt
Kvegr(n): ein Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizient von EGR, die aus dem Einlassrohr in den Zylinder eindringt

Wenn die Aufmerksamkeit nur Luft (nachfolgend als neue Luft bezeichnet) geschenkt wird, welche die Drosselklappe passiert und in das Einlassrohr gelangt und das Massenerhaltungsgesetz in einem Hub eines Verbrennungsmotors auf eine Region angewendet wird, welche durch das Einlassrohrvolumen Vs[cm³] zwischen der Drosselklappe und dem Einlass jedes Zylinders angegeben wird, wird die Gleichung (1) unten gegeben. $Q a (n) T (n) - Q c (n) T (n) = {ρ_{b} (n) - ρ_{b} (n - 1)} \cdot V s$
Als Nächstes wird die Eintakt-Zylindereinlassmenge durch die Gleichung (2) unten unter Verwendung des Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten Kv(n) des EGRs gegeben, der aus dem Einlassrohr in den Zylinder gelangt. $Q c (n) T (n) = K v (n) \cdot ρ_{b} (n) \cdot V c$
Im Gleichgewichts-Betriebsmodus wird Qa(n)T(n) gleich Qc(n)T(n); daher kann durch eine durch Ersetzen der linkshändigen Seite der Gleichung (2) durch Qa(n)T(n) erhaltene Gleichung der Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizient Kv berechnet werden, wenn ein Abgleich von Verbrennungsmotor-Steuerkonstanten gemacht wird.
Als Nächstes wird Gleichung (2) in Gleichung (1) eingesetzt, um so pb(n) zu eliminieren; dann ist Qc(n)T(n) durch die Gleichung (3) unten gegeben $\begin{array}{l} Q c (n) T (n) = \frac{K v (n)}{K v (n - 1)} \cdot K \cdot Q c (n - 1) T (n - 1) + (1 - K) \cdot Q a (n) T (n) \\ ∵ K = \frac{V s}{V s + K v (n) \cdot V c} \end{array}$
wobei K eine Filterkonstante ist.
Durch Gleichung (3) kann die Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) genau aus der Zylindereinlassluftmenge Qa(n)T(n) berechnet werden, die theoretisch durch den AFS 2 gemessen wird; die Fülleffizienz wird aus der Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) berechnet und dann kann die Fülleffizienz bei der Steuerung jeder verschiedener Arten von Verbrennungsmotoren eingesetzt werden.
In dieser Situation kann durch weiteres Modifizieren der Gleichung (3) die Gleichung (4) unten erhalten werden. $\frac{Q c (n) T (n)}{K v (n)} = K \cdot \frac{Q c (n - 1) T (n - 1)}{K v (n - 1)} \cdot + (1 - K) \cdot \frac{Q a (n) T (n)}{K v (n)}$
Die Tatsache, dass Gleichung (4) einen Digital-Tiefpassfilter bezeichnet, beispielsweise für Unterbrechungsverarbeitung, die bei jedem vorgegebenen Kurbelwinkel durchgeführt wird, der mit der Rotation des Verbrennungsmotors synchronisiert ist, zeigt, dass das Einlasssystem des Verbrennungsmotors ein Verzögerungselement erster Ordnung ist.
In der vorstehenden Gleichung (3) ist das Drosselventil durch das EGR-Ventil ersetzt, ist Qa(n) durch Qae(n) ersetzt, ist Qc(n) durch Qce(n) ersetzt und ist Vs durch Vegr ersetzt; dann wird ähnlich Gleichung (5) unten gegeben. $\begin{array}{l} Q c e (n) T (n) = \frac{K v (n)}{K v (n - 1)} \cdot K e g r \cdot Q c e (n - 1) T (n - 1) + (1 - K e g r) \cdot Q a e (n) T (n) \\ ∵ K e g r = \frac{V e g r}{V e g r + K v (n) \cdot V c} \end{array}$
Über die Gleichung (5) kann die Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) genau berechnet werden, basierend auf der EGR-Flussrate Qae(n)T(n), die theoretisch aus der EGR-Öffnungsfläche berechnet wird; das EGR-Verhältnis wird aus der Qce(n)T(n) und der Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) berechnet, und dann kann das EGR-Verhältnis bei der Steuerung jedes der verschiedenen Arten von Verbrennungsmotoren eingesetzt werden. Hier kann es aus Gründen der Einfachheit gestattet sein, dass das Einlassrohrvolumen Vegr [cm³] zwischen dem EGR-Ventil und dem Einlass jedes Zylinders als gleich wie das Einlassrohrvolumen Vs [cm³] zwischen der Drosselklappe und dem Einlass jedes Zylinders betrachtet wird. Weil das Einlassrohrvolumen EGR zwischen dem EGR-Ventil und dem Einlass jedes Zylinders als das gleiche wie das Einlassrohrvolumen Vs zwischen der Drossel und dem Einlass jedes Zylinders angesehen wird, kann die Filterkonstante K zur Zeit, wenn die Zylindereinlassluftmenge Qc berechnet wird, als die gleiche wie Kegr zu der Zeit, wenn die Zylindereinlass-EGR-Flussrate Qce berechnet wird, betrachtet werden.
Die Berechnung gemäß Gleichung (6) unten wird durch die Zylindereinlass-EGR-Flussraten-Berechnungseinheit 25 implementiert. $\begin{array}{l} Q c e (n) T (n) = \frac{K v (n)}{K v (n - 1)} \cdot K \cdot Q c e (n - 1) T (n - 1) + (1 - K) \cdot Q a e (n) T (n) \\ ∵ K = \frac{V s}{V s + K v (n) \cdot V c} \end{array}$
Als Nächstes wird das Verfahren zum Realisieren der vorstehenden Gleichung (3) in der ECU 20 erläutert, das heißt die Inhalte der Verarbeitung in jeder Berechnungsverarbeitung für die Zylindereinlassluftmenge, welche durch die P-Bereichs-Steuerzielöffnungsgrad-Berechnungsabschnitt 24 durchgeführt wird, wird bei der Unterbrechungsverarbeitung implementiert, die bei jedem vorbestimmten Kurbelwinkel durchgeführt wird (z.B. Unterbrechungsverarbeitung, die bei jedem BTDC05 [degCa] (B05 Verarbeitung) durchgeführt wird)). 3 ist ein Flussdiagramm, das die Berechnungsverarbeitung für eine Zylindereinlassluftmenge in der Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung repräsentiert. In 3 wird die tatsächliche Einlassluftflussrate Qa(n)T(n) in einem Hub des Verbrennungsmotors im Schritt 301 berechnet. Dies kann beispielsweise auf solche Weise realisiert werden, dass, wenn der AFS 2 ein Massenflussmeter ist, die Ausgabespannung des AFS 2 abgetastet, beispielsweise alle 1,25 [ms], und integriert wird, und die tatsächliche Einhub-Einlassluftflussrate Qa(n)T(n) [g] basierend auf dem Integrationswert im Intervall ab der letzten Unterbrechungsverarbeitung bis zur aktuellen Unterbrechungsverarbeitung berechnet wird. Wenn der AFS 2 ein Volumenflussmeter ist, kann die tatsächliche Einhub-Einlassluftflussrate Qa(n)T(n)[g] berechnet werden, indem das Volumen in Masse umgewandelt wird, basierend auf der Standard-Atmosphärendichte, dem Atmosphärendruck und der Einlasslufttemperatur.
Nachfolgend wird in Schritt 302 die EGR-Flussrate Qae(n)T(n) berechnet; der Schritt 302 entspricht der EGR-Flussratenberechnungseinheit 21 in 2 und wird später beschrieben.
Nachfolgend wird in Schritt 303 der Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizient Kv(n) berechnet; der Schritt 303 entspricht der Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten-Berechnungseinheit 22 in 2 und das Detail der Berechnungseinheit für den Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten Kv(n) wird später beschrieben. Im Schritt 304 wird die Filterkonstante K in Übereinstimmung mit der Berechnungsgleichung für die Filterkonstante K in Gleichung (3) berechnet. Im Schritt 305 wird die Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n)[g] in Übereinstimmung mit der Filterberechnungsgleichung in der Gleichung (3) berechnet; jedoch wird der hier referenzierte um einen Hub vorherige Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizient Kv(n-1) in einer solchen Weise realisiert, dass der Einhub-vorherig-Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizient Kv(n-1) vorab im Schritt 306 gespeichert wird und dann eingesetzt wird.
Im Schritt 307 wird die im Schritt 305 berechnete Ist-Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n)[g] gespeichert. Im Schritt 308 wird die einen Hub vorherige Ist-Zylindereinlassluftmenge Qc(n-1)T(n-1)[g] im Schritt 305 zu verwenden, vorab gespeichert. Eine solche einfache Berechnung, die den Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten Kv(n) einsetzt, ermöglicht es, die Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) [g] genau zu berechnen.
Als Nächstes wird im Detail das Verfahren des Realisierens der vorstehenden Gleichung (6) in der ECU 20 erläutert, das heißt die Inhalte der Verarbeitung, in welcher die Berechnungsverarbeitung für die Zylinder-EGR-Flussrate, welche durch die Zylindereinlass-EGR-Flussraten-Berechnungseinheit 25 durchgeführt wird, in einer Unterbrechungsverarbeitung implementiert wird, die bei jedem vorbestimmten Kurbelwinkel durchgeführt wird (z.B. Unterbrechungsverarbeitung, die alle BTDC05[degCa] durchgeführt wird (B05-Verarbeitung). 4 ist ein Flussdiagramm, das eine Berechnungsverarbeitung für eine Zylinder-EGR-Flussrate in der Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung repräsentiert. In den Schritten 401 bis 404 im Flussdiagramm von 4 werden dieselben Verarbeitungsobjekte wie jene in den vorstehenden Schritten 301 bis 304 durchgeführt; daher wird die Erläuterung derselben weggelassen.
Im Schritt 405 wird die tatsächliche Zylindereinlass-EGR-Flussrate Qce(n)T(n)[g] gemäß der Filterberechnungsgleichung in der Gleichung (6) berechnet; jedoch wird der hier referenzierte Einhub-vorherig-Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizient Kv(n-1) auf solche Weise realisiert, dass der Einhub-vorherig-Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizient Kv(n-1) vorab im Schritt 406 gespeichert wird und dann eingesetzt wird. Im Schritt 407 wird die im Schritt 405 berechnete tatsächliche Zylindereinlass-EGR-Flussrate Qce(n)T(n)[g] gespeichert. Im Schritt 408 wird die im Schritt 405 einzusetzende um einen Hub vorherige, tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qc(n-1)T(n) [g] vorab gespeichert. Eine solche einfache Berechnung, welche den Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten Kv(n) einsetzt, ermöglicht es, die tatsächliche Zylindereinlassluftmenge Qce(n)T(n)[g] genau zu berechnen.
Als Nächstes wird die Berechnungsverarbeitung für eine EGR-Flussrate in der EGR-Flussratenberechnungseinheit 21 in 2 erläutert. 5 ist ein Flussdiagramm, welches Berechnungsverarbeitung für eine EGR-Flussrate in der Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung repräsentiert. In 5 wird zuerst im Schritt 501 die EGR-Ventilöffnungsfläche Segr ermittelt, basierend auf dem EGR-Ventilöffnungsgrad Est. Beispielsweise wird eine EGR-Ventilöffnungsgrad versus Öffnungsflächen-Charakteristik vorbereitet. 6 ist ein Kennfeld, das die EGR-Öffnungsgrad versus Öffnungsflächen-Charakteristik, die in der Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung einzusetzen ist, repräsentiert. Beispielsweise wird ein solches Kennfeld, wie in 6 repräsentiert, vorbereitet. Weil die Öffnungsfläche proportional zur Flussrate ist, kann auch die EGR-Ventilöffnungsgrad versus Flussraten-Charakteristik eingesetzt werden. In Ausführungsform 1 wird die EGR-Ventilöffnungsfläche Segr entsprechend dem EGR-Ventilöffnungsgrad Est aus dem in 6 repräsentierten Kennfeld berechnet.
Danach wird im Schritt 502 die Abgasschallgeschwindigkeit berechnet. Die Abgasschallgeschwindigkeit wird durch die Gleichung (7) unten definiert. $a_{e} = \sqrt{κ \cdot R \cdot T e x}$
wobei K, R und Tex das spezifische Wärmeverhältnis (1,4, wenn das Gas Luft ist), die Gaskonstante [kJ/(kg·K)], bzw. die Abgasrohrinnentemperatur [K] sind.
Tex kann durch einen im Abgasrohr vorgesehenen Temperatursensor gemessen werden oder kann aus einem Kennfeld, das eine Verbrennungsmotordrehzahl Ne und eine Verbrennungsmotor-Fülleffizienz Ec (berechnet aus der Einlassluftmenge) beinhaltet, berechnet werden. Weil die Abgasrohr-Innenschallgeschwindigkeit αe eine Funktion der Abgastemperatur ist, kann es gestattet sein, dass die Berechnung über die Gleichung (3) in der ECU 20 nicht durchgeführt wird und als ein Kennfeld bezüglich der Temperatur Ergebnisse von einer vorläufig durchgeführten Berechnung vorbereitet werden.
Als Nächstes wird in Schritt 503 eine dimensionslose EGR-Flussrate berechnet. Die dimensionslose EGR-Flussrate σe ist definiert durch die Gleichung (8) unten. $σ_{e} = \sqrt{\frac{2}{κ - 1} [{(\frac{P b}{P e x})}^{\frac{2}{κ}} - {(\frac{P b}{P e x})}^{\frac{κ + 1}{κ}}]}$
wobei K, Pb und Pex das spezifische Wärmeverhältnis (1,4, wenn das Gas Luft ist), der Einlassrohrdruck [kPa] bzw. der Abgasrohrinnendruck [kPa] sind. Der Abgasrohrinnendruck Pex kann durch einen im Abgasrohr vorgesehenen Drucksensor gemessen werden oder kann beispielsweise aus einem Kennfeld berechnet werden, das die Verbrennungsmotordrehzahl Ne und die Verbrennungsmotor-Fülleffizienz Ec (berechnet aus der Einlassluftmenge) beinhaltet. Weil die dimensionslose Flussrate σe eine Funktion des Verhältnisses des Einlassrohrdrucks Pb zum Abgasrohrinnendruck Pex ist, kann gestattet sein, dass die Berechnung über die Gleichung (8) nicht in der ECU durchgeführt wird und als ein Kennfeld bezüglich dem Verhältnis des Einlassrohrdrucks Pb zum Abgasrohrinnendruck Pex Ergebnisse von einer zuvor durchgeführten Berechnung vorbereitet werden.
Als Nächstes wird in Schritt 504 eine Abgasdichte pe berechnet. Die Abgasdichte pe wird durch die Gleichung (9) unten definiert. $ρ_{e} = \frac{P e x}{R \cdot T e x}$
wobei Pex, R und Tex der Abgasrohrinnendruck [kPa], die Gaskonstante [kJ/(kg • K)] bzw. die Abgasrohrinnentemperatur sind. Tex und Pex werden wie im Falle der Gleichungen (7) bzw. (8) ermittelt.
Nachfolgend wird im Schritt 505 die EGR-Flussrate Qae berechnet. Die EGR-Flussrate Qae wird durch die Gleichung (10) unten definiert $Q a e = S e g r \cdot α_{e} \cdot σ_{e} \cdot ρ_{e}$
wobei Segr, Qae, αe, cre und pe die EGR-Ventilöffnungsfläche [mm²] , die EGR-Flussrate [g/s], die Abgasrohr-Innenschallgeschwindigkeit [m/s], die dimensionslose Flussrate bzw. die Abgasrohrinnendichte sind.
Somit kann die EGR-Flussrate Qae berechnet werden.
Als Nächstes werden die Details der in 2 illustrierten Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten-Berechnungseinheit 22 erläutert. Die aus den vorstehenden Gleichungen (1) und (2) erhaltene Gleichung (3) ist eine Gleichung zum Berechnen der Zylindereinlassluftmenge Qc(n)T(n) aus der Zylindereinlassluftmenge Qa(n)T(n), die durch den AFS2 gemessen wird; wenn die Gleichung (2) in Gleichung (1) eingesetzt wird, so um Zylindereinlassluftmenge Qc (n)T(n) zu eliminieren, ist Kv(n) durch die Gleichung (11) unten gegeben. $K v (n) = \frac{Q a (n) T (n) - {ρ_{b} (n) - ρ_{h} (n - 1)} \cdot V s}{ρ_{h} (n) \cdot V c}$
Die Einlassrohrdichte pb(n) [g/cm³] kann durch eine durch die Gleichung (12) unten ausgedrückte Zustands-Gleichung unter Verwendung des durch den Einlassrohrdrucksensor 7 gemessenen Einlassrohrdrucks Pb(n)[kPa], der durch den Einlasslufttemperatursensor 8 gemessenen Einlassrohrtemperatur Tb(n)[K] und der Gaskonstante R[KJ/(kg·K)] berechnet werden. $ρ_{b} (n) = \frac{p_{b} (n)}{R T_{b} (n)}$
Die Einlassrohrdichte pb(n) wird durch die Einlassrohrdichte-Berechnungseinheit 23 berechnet. Durch Einsetzen der Gleichung (12) können die Einlassrohrinnendichte und die Einlassrohrinnendichten-Änderungsmenge leicht basierend auf dem Einlassrohr-Innendruck und der Einlassrohrinnentemperatur berechnet werden.
Wenn eine externe EGR-Vorrichtung verbunden wird, wird die externe EGR-Flussrate zur Gleichung (11) addiert; somit wird die Gleichung (13) unten gegeben. $K v (n) = \frac{{Q a (n) + Q a e (n)} T (n) - {ρ_{b} (n) - ρ_{b} (n - 1)} \cdot V s}{ρ_{b} (n) \cdot V c}$
Wie oben beschrieben, kann über die Gleichung (13) der Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten Kv(n) berechnet werden, basierend auf der EGR-Flussrate Qae und den entsprechenden Ausgaben des AFS 2, des Einlassrohrdrucksensors 7 und des Einlasslufttemperatursensors 8. Weil die Zusammensetzungen von Luft und EGR voneinander differieren, das heißt streng genommen die Gaszusammensetzungen derselben voneinander differieren, wird die Gleichung (13) nicht in einem genauen Sinne etabliert; jedoch, weil die Differenz zwischen der Berechnungsgenauigkeit zu einer Zeit, wenn die Gaszusammensetzung strikt erwogen wird, und die Berechnungsgenauigkeit zur Zeit, wenn die Gaszusammensetzung nicht genau berücksichtigt wird, 2% bis 3% beträgt, wird aus Gründen der Einfachheit die Gaszusammensetzung weggelassen.
Jedoch intrudiert in vielen Fällen ein kleines Messrauschen in die Ausgaben dieser Sensoren; daher, selbst wenn die Berechnung über die Gleichung (3) unter Verwendung des Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten Kv(n), der durch Gleichung (13) berechnet ist, durchgeführt wird, kann ein Fehler verursacht werden. In diesem Fall ist es effektiv, dass eine Filterverarbeitung auf den Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten Kv(n) angewendet wird, der über die Gleichung (13) berechnet ist, so dass Rauschkomponenten abgeschwächt werden und dann die Berechnung durch Gleichung (3) unter Verwendung des Rauschkomponenten-abgeschwächten Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten durchgeführt wird.
Spezifisch, wenn angenommen wird, dass Kvf(n) den gefilterten Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten als einen gefilterten Volumeneffizienz-Entsprechungswert bezeichnet, kann die Filterverarbeitung über die Gleichung (14) unten implementiert werden (K1: ein Filterkoeffizient; beispielsweise wird ein Wert von ungefähr 0,9 bis 0,99 eingesetzt). Durch Implementieren der Filterverarbeitung kann das kleinste Messrauschen im Sensorausgabewert unterdrückt werden, einen Effekt zum Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten bereitzustellen. $K v f (n) = K_{1} \cdot K v f (n - 1) + (1 - K_{1}) \cdot K v (n)$
In Ausführungsform 1 wird als ein spezifisches Beispiel des Verfahrens zum Abschwächen von Rauschkomponenten die Tiefpassfilter-Verarbeitung erster Ordnung zitiert; jedoch kann als Alternative ein durch Anwenden einer einfachen gleitenden Durchschnittsverarbeitung an den Werten in den vergangenen mehreren Hüben erhaltener Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizient eingesetzt werden oder es kann ein Volumenkorrekturkoeffizient eingesetzt werden, der beispielsweise durch Implementieren von gewichteter gleitender Durchschnittsverarbeitung erhalten wird, bei der die entsprechenden Datenstücke in den vergangenen mehreren Hüben gewichtet und dann gemittelt werden. Als der Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizient Kv(n) in der Gleichung (3) wird der gefilterte Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten Kvf(n) eingesetzt.
Als Nächstes wird das Verfahren zum Realisieren jeder der Gleichungen (12) bis (14) in der ECU 20 erläutert, das heißt die Inhalte der Verarbeitung, in denen die Berechnungsverarbeitung für den Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten, die durch die Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten-Berechnungseinheit 22 durchgeführt wird, bei Unterbrechungsverarbeitung implementiert wird, die in jedem vorgegebenen Kurbelwinkel durchgeführt wird (z.B. Unterbrechungsverarbeitung, die alle BTDC05[degCA] durchgeführt wird (nachfolgend als B05 Verarbeitung bezeichnet). 7 ist ein Flussdiagramm, das eine Berechnungsverarbeitung für einen Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten in der Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung repräsentiert. In 7 wird im Schritt 701 der Einlassrohrdruck Pb(n) aus dem Einlassrohrdrucksensor 7 ermittelt. Derweil vibriert in vielen Fällen der Einlassrohrdruck synchron mit dem Öffnen/Schließen des Ventils; somit, wie es der Fall ist mit dem Verfahren, bei dem die tatsächliche Zylindereinlassluftflussrate Qa(n)T(n)[g] in einem Hub aus der Ausgangsspannung des AFS 2 im vorstehenden Schritt 301 berechnet wird, wird die Ausgangsspannung des Einlassrohrdrucksensors beispielsweise alle 1,25 [ms] abgetastet und integriert, und wird der Einhub-Einlassrohrdruck-Durchschnittswert durch Teilen des integrierten Werts im Intervall ab der letzten Unterbrechungsverarbeitung zur aktuellen Unterbrechungsverarbeitung durch die Integrationszählung berechnet; dieser Einhub-Einlassrohrdruck-Durchschnittswert kann auch als der Einlassrohrdruck Pb(n) eingesetzt werden.
Als Nächstes wird im Schritt 702 die Einlassrohrtemperatur Tb(n) aus dem Einlasslufttemperatursensor 8 ermittelt. Soweit die Einlassrohrtemperatur betroffen ist, wie im Falle des Einlassrohrdrucks, kann ein Einhub-Durchschnittswert eingesetzt werden; weil jedoch im Allgemeinen ein Temperatursensor gegenüber dem Drucksensor im Hinblick auf Responsivität unterlegen ist, kann ein Momentanwert verwendet werden. Im Schritt 703 wird die Einlassrohrdichte pb(n) unter Verwendung der vorstehenden Gleichung (12) berechnet. Dann wird im Schritt 704 die Einhub-Ist-Einlassluftflussrate Qa(n)T(n)[g] berechnet; dafür kann die in dem vorstehenden Schritt 301 berechnete Qa (n) T(n) [g] eingesetzt werden. Dann wird im Schritt 705 die Einhub-EGR-Flussrate Qae(n)T(n)[g] berechnet; dafür kann die im vorstehenden Schritt 505 berechnete Qae(n)T(n)[g] eingesetzt werden. Im Schritt 706 wird die im Schritt 703 im letzten Hub berechnete Einlassrohrdichte vorab gespeichert; daher kann im jetzigen Hub die gespeicherte Einlassrohrdichte als der Einlassrohrdichtenletztwert pb(n-1) eingesetzt werden.
Als Nächstes, im Schritt 707, unter Verwendung der im Schritt 703 berechneten Einlassrohrdichte pb(n), der in Schritt 704 berechneten Einhub-Ist-Einlassluftflussrate Qa(n)T(n)[g], der im Schritt 705 berechneten Einhub-EGR-Flussrate Qae(n)T(n)[g] und dem vorab in Schritt 706 gespeicherten Einlassrohrdichtenletztwert pb(n-1). Im Schritt 708 wird Filterverarbeitung zum Abschwächen von Rauschkomponenten implementiert, die dem Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten Kv überlagert sind. Die Filterverarbeitung ist die durch die Gleichung (14) ausgedrückte Berechnung; bei dieser Berechnung wird es erforderlich, Kvf(n-1) einzusetzen, was der letzte Wert des Ergebnisses der Filterverarbeitung ist.
Entsprechend wird im Schritt 709 der gefilterte Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizient Kvf(n), der das Ergebnis der Filterverarbeitung ist, vorab gespeichert, und wird der im Schritt 710 der im Schritt 709 im letzten Hub gespeicherte gefilterte Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizient vorab gespeichert; somit kann im jetzigen Hub der gespeicherte gefilterte Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizient als der gefilterte Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizient-Letztwert Kvf(n-1) eingesetzt werden. Wie oben beschrieben, können der Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizienten Kv und der gefilterte Volumeneffizienz-Korrekturkoeffizient Kvf(n) genau durch einfache Berechnungen berechnet werden, basierend auf der EGR-Flussrate Qae und den entsprechenden Ausgaben des AFS 2, des Einlassrohrdrucksensors 7 und des Einlasslufttemperatursensors 8.
Wie oben beschrieben, werden in der Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung das physikalische Modell, in welchem die Antwortverzögerung im Einlasssystem modelliert wird, während die externe EGR berücksichtigt wird, und der in diesem physikalischen Modell eingesetzte Volumeneffizienz-Entsprechungswert in Echtzeit berechnet; daher wird ein Effekt gezeigt, dass die Zylindereinlassluftmenge und die Zylindereinlass-EGR-Flussrate abgeschätzt werden können, ohne massive Speicherkapazität zu verlangen, mit ein wenig an relevanten Konstanten und Berechnungsbelastungen, und mit einer Genauigkeit, die ausreicht, um einen Verbrennungsmotor angemessen zu steuern.

Claims

Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung, umfassend: eine Einlassluftmengen-Detektionseinheit (12), die eine Luftmenge detektiert, die eine Drosselklappe (4) passiert, welche an einem Einlassrohr eines Verbrennungsmotors (1) vorgesehen ist, und in den Verbrennungsmotor (1) aufgenommen wird; eine Volumeneffizienz-Entsprechungswert-Berechnungseinheit (22), die einen Volumeneffizienz-Entsprechungswert als einen Index berechnet, der eine Luftmenge angibt, die aus dem Einlassrohr auf der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe (4) in einen Zylinder des Verbrennungsmotors fließt; ein physikalisches Modell, in dem eine Einlasssystem-Antwortverzögerung in einem Intervall ab einem Zeitpunkt, wenn Luft die Drosselklappe passiert, bis zu einem Zeitpunkt, wenn die Luft den Zylinder betritt, modelliert wird; einen Abgasrückführpfad (14), der ein Einlassrohr auf der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe (4) mit einem Abgasrohr verbindet; ein Abgasrückführventil (16), das den Abgasrückführpfad (14) öffnet oder schließt, um so eine Rückführmenge an Abgas zu steuern; eine Abgasrückführmengen-Berechnungseinheit (21), welche die Rückführmenge an Abgas berechnet, das den Abgasrückführpfad (14) passiert und in das Einlassrohr aufgenommen wird; und eine Einlassrohrdichte-Berechnungseinheit (23), eine Dichte im Einlassrohr auf der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe (4) und eine Dichteänderung im Einlassrohr als eine Einlassrohrinnendichte und einen Einlassrohrinnendichten-Änderungsbetrag berechnet; wobei der Volumeneffizienz-Entsprechungswert basierend auf der Einlassluftmenge, der Abgasrückführmenge, der Einlassrohrinnendichte und dem Einlassrohrinnendichten-Änderungsbetrag berechnet wird, und wobei die Luftmenge, die tatsächlich in den Zylinder aufgenommen wird, und die Rückführmenge an Abgas, die tatsächlich im Zylinder aufgenommen wird, basierend auf der Einlassluftmenge, dem Volumeneffizienz-Entsprechungswert und dem physikalischen Modell abgeschätzt werden.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Einlassrohrdichte-Berechnungseinheit (23) die Einlassrohrinnendichte und den Einlassrohrinnendichten-Änderungsbetrag berechnet, basierend auf dem Einlassrohrinnendruck und einer EinlassrohrInnentemperatur, welche durch eine Druckdetektionseinheit (7) bzw. eine Temperaturdetektionseinheit (8) detektiert werden, die im Einlassrohr auf einer stromabwärtigen Seite der Drosselklappe (14) vorgesehen sind.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, wobei der Volumeneffizienz-Entsprechungswert unter Verwendung der Gleichung (15) unten berechnet wird $K v = \frac{Q a + Q a e - Δ ρ_{b} \cdot V s}{ρ_{b} \cdot V c}$
wobei Kv, Qa, Qae, pb, Δpb, Vs und Vc der Volumeneffizienz-Entsprechungswert [], die Einhub-Einlassluftmenge [g] des Verbrennungsmotors, die Einhub-EGR-Flussrate [g] des Verbrennungsmotors, die Einlassrohrinnendichte [g/cm³], der Einlassrohrinnendichte-Änderungsbetrag [g/cm³], das Volumen [cm³] zwischen der Drosselklappe und dem Einlass des Zylinders bzw. das Zylinderhubvolumen [cm³] pro einem Zylinder des Verbrennungsmotors sind.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei als ein Volumeneffizienz-Entsprechungswert ein gefilterter Volumeneffizienz-Entsprechungswert, der durch weiteres Anwenden von Filterverarbeitung auf den über die Gleichung (15) berechneten Volumeneffizienz-Entsprechungswert erhalten wird, eingesetzt wird.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Luftmenge, die in den Zylinder aufgenommen wird, unter Verwendung der Gleichung (16) unten berechnet wird, $\begin{array}{l} Q c (n) T (n) = \frac{K v (n)}{K v (n - 1)} \cdot K \cdot Q c (n - 1) \cdot T (n - 1) + (1 - K) \cdot Q a (n) \cdot T (n) \\ (∵ K = \frac{V s}{V s + K v (n) \cdot V c}) \end{array}$
wobei n, Kv(n), Qa, Qc, T(n), Vegr und Vc die Anzahl von Hüben des Verbrennungsmotors, der Volumeneffizienz-Entsprechungswert [], die Einhub-Einlassluftmenge [g/s] des Verbrennungsmotors, die Einhub-Zylindereinlassluftmenge [g/s] des Verbrennungsmotors, die Einhubzeit [s] des Verbrennungsmotors, das Volumen [cm³] zwischen der Drosselklappe und dem Einlass des Zylinders bzw. das Zylinderhubvolumen [cm³] pro ein Zylinder des Verbrennungsmotors sind.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Rückführmenge an Abgas, die in den Zylinder aufgenommen wird, unter Verwendung der Gleichung (17) unten berechnet wird $\begin{array}{l} Q c e (n) T (n) = \frac{K v (n)}{K v (n - 1)} \cdot K \cdot Q c e (n - 1) \cdot T (n - 1) + (1 - K) \cdot Q a e (n) \cdot T (n) \\ (∵ K = \frac{V e g r}{V e g r + K v (n) \cdot V c}) \end{array}$
wobei n, Kv(n), Qae, Qce, T(n), Vegr und Vc die Anzahl von Hüben des Verbrennungsmotors, der Volumeneffizienz-Entsprechungswert [], die Einhub-Abgasrückführmenge [g/s] des Verbrennungsmotors, die Einhub-Zylinderabgasrückführmenge [g/s] des Verbrennungsmotors, die Einhubzeit [s] des Verbrennungsmotors, das Volumen [cm³] zwischen dem Abgasrückführventil und dem Einlass des Zylinders bzw. das Zylinderhubvolumen [cm³] pro ein Zylinder des Verbrennungsmotors sind.
Verbrennungsmotor-Steuervorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei als das Volumen Vs zwischen der Drosselklappe und dem Einlass des Zylinders das Volumen Vegr zwischen dem Abgasrückführventil und dem Einlass des Zylinders, der in der Gleichung (17) eingesetzt wird, angenommen wird.