CN101631944A - 内燃机扭矩控制 - Google Patents

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Abstract

在一种具有调节影响内燃机扭矩的进气量的节流阀(13)的内燃机(1)的控制装置中，当内燃机(1)加速的请求被发出时，基于加速前内燃机运行条件预测(S14)加速期间的扭矩梯度，即每单位时间内内燃机扭矩的变化，并且在内燃机加速期间基于所预测的扭矩梯度控制(S16)节流阀(13)的操作。

Description

内燃机扭矩控制
技术领域
本发明涉及用于控制内燃机以控制加速期间的扭矩的控制装置和方法。
背景技术
内燃机的常规点火正时控制装置在检测到内燃机加速时延迟点火正时，然后在内燃机转速的变化达到正值时控制点火正时使得扭矩具有与加速振动相位相反的相位，以防止加速冲击(见日本专利申请公开5-321803(JP-A-5-321803))。
加速时内燃机每单位时间的扭矩变化(其在下文可称为“扭矩梯度”)对在加速期间出现的冲击(在下文可称为“加速冲击”)或加速性能具有很大影响。上述装置使扭矩具有与加速期间加速振动相位相反的相位，以防止加速冲击。然而，该装置未基于加速期间的扭矩梯度控制扭矩，因此可能过度降低扭矩。在这种情况下，扭矩在加速期间缓慢增加，并且扭矩柔和地增加，导致加速性能低。
发明内容
本发明提供控制内燃机的控制装置和方法，所述控制装置和方法在加速期间控制所述内燃机的扭矩，以使扭矩迅速增加，并且防止由加速引起的加速冲击。
本发明的第一方面涉及内燃机控制装置，所述内燃机控制装置包括用于调节影响由所述内燃机产生的扭矩的参数的参数调节装置。所述控制装置包括：扭矩梯度预测装置和操作控制装置，当内燃机的加速请求被发出时，所述扭矩梯度预测装置基于加速前所述内燃机的运行条件预测加速期间的扭矩梯度，即所述内燃机每单位时间的扭矩变化，所述操作控制装置基于由所述扭矩梯度预测装置预测的扭矩梯度在所述内燃机加速期间控制所述参数调节装置的操作。
如果在加速期间的扭矩梯度大的时候扭矩增加过快，即扭矩急剧增加，则倾向于出现大的加速冲击。然而，如果在加速期间的扭矩梯度小的时候防止加速冲击，则扭矩增加会减缓，并且扭矩会柔和地增加。扭矩梯度影响扭矩增加和加速冲击。根据本发明的控制装置，在加速前预测扭矩梯度，并且基于所预测的扭矩梯度控制所述参数调节装置的操作，使得在加速期间的扭矩梯度为不引起加速冲击并提供最快的扭矩增加的扭矩梯度。因此，可以适度地控制加速期间的扭矩。结果，防止了加速冲击，并且同时可以获得快速的扭矩增加。
所述参数可以是进气量，所述参数调节装置可以是节流阀。如果在由所述扭矩梯度预测装置预测的扭矩梯度等于或低于预定值时，操作控制装置可以暂时控制所述节流阀以在内燃机加速开始时初始减小节流阀打开量，然后增加节流阀打开量。当节流阀打开量减小时，节流阀下游的进气压力降低。因此，通过暂时减小节流阀打开量并随后增加节流阀打开量，当节流阀打开量随后增加时将更大量的进气引入燃烧室中，加速期间扭矩可以迅速增加。因为在预测的扭矩梯度小于预定容许值时，即当扭矩梯度可以增加时进行控制以暂时关闭节流阀，所以可以使扭矩急剧增加，从而可以改善加速性能。此外，通过适当设定预定容许值，防止加速冲击。
在内燃机加速期间暂时减小节流阀打开量时，操作控制装置可以将节流阀关闭至怠速打开量，即在内燃机怠速时设定的打开量。通常，将内燃机可连续运行的节流阀最小打开量设定为怠速打开量。因此，通过暂时减小节流阀打开量，节流阀下游的进气压力可以迅速降低，而不会使内燃机失速。
所述控制装置还可以包括节流阀最小打开量设定装置，所述节流阀最小打开量设定装置用于基于由扭矩梯度预测装置预测的扭矩梯度和预定值之差设定节流阀最小打开量。在所述内燃机加速期间暂时减小节流阀打开量时，操作控制装置可以将节流阀关闭至节流阀最小打开量。在该情况下，因为基于加速期间扭矩梯度和预定值之差设定最小打开量，所以可防止节流阀打开量在内燃机加速期间不必要地减小。因此，节流阀可以迅速打开，并且内燃机的扭矩可以迅速增加。
参数可以是进气量，参数调节装置可以是节流阀。所述控制装置还可以包括节流阀目标打开量设定装置，当内燃机的加速请求被发出时，节流阀目标打开量设定装置设定节流阀目标打开量，即加速结束时节流阀的打开量。当由扭矩梯度预测装置预测的扭矩梯度大于预定值时，操作控制装置首先可以将节流阀暂时保持在大于加速开始时的节流阀打开量并且小于节流阀目标打开量的第一节流阀中间打开量，然后在内燃机加速期间打开节流阀。通过将节流阀暂时保持在第一节流阀中间打开量，节流阀上游和下游之间的压力差降低，由于打开了节流阀所以进气的增加程度可以合适地降低，由此合适地降低扭矩梯度。因此，通过适当设定预定值，可以防止加速冲击。此外，通过适当设定第一节流阀中间打开量，可以防止不必要的进气量限制，并且可以在加速期间迅速增加扭矩。
扭矩梯度预测装置可以具有临时扭矩梯度预测装置，所述临时扭矩梯度预测装置用于预测在节流阀保持在第一节流阀中间打开量时将节流阀从第一节流阀中间打开量调节至节流阀目标打开量时获得的扭矩梯度。当由临时扭矩梯度预测装置预测的扭矩梯度大于预定值时，操作控制装置可以在将节流阀调节至节流阀目标打开量之前将节流阀暂时保持在大于所述第一节流阀中间打开量且小于节流阀目标打开量的第二节流阀中间打开量。通过预测将节流阀保持在第一节流阀中间打开量时的扭矩梯度并且基于如上所述的预测结果将节流阀暂时保持在第二节流阀中间打开量，更可靠地防止出现加速冲击。
内燃机可以是火花点火内燃机。参数可以是点火正时，参数调节装置可以是点火装置。如果由扭矩梯度预测装置预测的扭矩梯度大于预定值，则操作控制装置可以根据由扭矩梯度预测装置预测的扭矩梯度和预定值之差控制点火装置的操作使得点火正时延迟。通常，当点火正时延迟时，内燃机的扭矩降低。因此，通过适当设定预定值，在该实施方案中防止了加速冲击，并且还获得了加速期间的扭矩快速增加。
操作控制装置可控制点火装置的操作，使得点火正时随着由扭矩预测装置预测的扭矩梯度和预定值之差的增加而进一步延迟。通过如上所述延迟点火正时，可以防止在加速期间内燃机的扭矩不必要地降低。结果，在加速期间扭矩可以迅速增加。
内燃机可安装在车辆上。控制装置还可包括用于检测车辆的纵向的加速度的加速度检测装置。操作控制装置可包括存储装置和校正装置，所述存储装置用于存储在内燃机加速期间由扭矩梯度预测装置预测的扭矩梯度和操作控制装置控制参数调节装置的程度之间的关系的设定表，当操作控制装置在内燃机加速期间基于由扭矩梯度预测装置预测的扭矩梯度控制参数调节装置的操作时，所述校正装置基于由加速度检测装置检测的加速度校正存储在存储装置中的设定表。通过基于控制参数调节装置的操作时获得的车辆的实际加速度校正设定表，即，使得操作控制装置从过程中学习，如上文所述，在任意的随后加速期间都可以更恰当地控制内燃机的扭矩。
所述控制装置还可以包括用于获取内燃机的扭矩的扭矩获取装置。扭矩梯度预测装置可基于内燃机的加速请求被发出时内燃机的加速踏板的操作量和内燃机的加速请求被发出时由扭矩获取装置获取的扭矩预测扭矩梯度。加速期间的扭矩梯度受加速前内燃机的运行条件的影响，尤其受加速前内燃机的扭矩的影响。通常，因为内燃机的最大扭矩是固定值，所以加速前的扭矩越低，加速期间扭矩可增加的程度越高。此外，加速前的扭矩越低，内燃机可输出的额外功率越多。因此，加速前的扭矩越低，内燃机的扭矩在加速期间可增加得越容易。也就是说，加速前的扭矩越低，扭矩梯度越大。此外，加速期间的扭矩梯度受加速踏板的操作量的影响。例如，加速踏板的操作量越大，加速期间扭矩待增加的程度越大，扭矩梯度也越大。加速期间的扭矩梯度与如上所述的加速前加速踏板的操作量和扭矩相关。因此，可以基于加速前的扭矩和加速踏板的操作量预测扭矩梯度。
控制装置还可包括用于获取内燃机的进气压力的进气压力获取装置。扭矩梯度预测装置可以在内燃机的加速请求被发出时基于加速踏板的操作量估算加速结束时内燃机的进气压力，并在内燃机的加速请求被发出时基于所估算的进气压力和由进气压力获取装置获取的进气压力预测扭矩梯度。据认为，所估算的加速结束时的进气压力和加速前的进气压力之差越大，在加速期间扭矩的待增加程度越大。因此，如同与上述加速踏板的操作量的情形，可以预测所估算的加速结束时的进气压力和加速前的进气压力之差越大，加速期间的扭矩梯度越大。因此，基于所估算的加速结束时的进气压力和加速前的进气压力预测扭矩梯度。
内燃机可安装在车辆上。控制装置还可包括用于检测车辆的纵向的加速度的加速度检测装置。扭矩梯度预测装置可以基于内燃机的加速请求被发出时加速踏板的操作量和内燃机的加速请求被发出时由加速度检测装置检测的加速度预测扭矩梯度。当在加速前车辆的加速度大的时候，可估计发动机已经以高转速和高输出运行。在该情况下，认为内燃机不能输出额外的功率，从而加速期间的扭矩梯度会是小的。因为加速前车辆的加速度与扭矩梯度相关，所以可以基于加速前车辆的加速度预测扭矩梯度。
本发明的第二方面涉及控制内燃机的方法。所述控制方法包括以下步骤：在内燃机的加速请求被发出时基于加速前内燃机的运行条件预测加速期间的扭矩梯度，即，内燃机每单位时间的扭矩变化，和在内燃机的加速期间基于所预测的扭矩梯度调节影响内燃机的扭矩的参数。
如上所述，根据本发明的控制装置和控制方法，预测加速期间的扭矩梯度，和基于预测的加速期间的扭矩梯度控制参数。因此，适当地控制了加速期间的扭矩。此时，控制参数调节装置的操作，使得加速期间的扭矩梯度可以为不引起加速冲击并且提供最快的扭矩增加的扭矩梯度。因此，在加速期间扭矩可以迅速增加并可以防止加速冲击。
附图说明
参照附图，从以下示例性实施方案的描述中，本发明的前述和其它特征和优点将变得明显，附图中类似的附图标记用于表示类似的要素/元件，其中：
图1是示出引入根据本发明第一实施方案的控制装置的内燃机的视图。
图2是显示根据第一实施方案的节流阀控制操作的流程图。
图3是示出加速前的扭矩、加速踏板的操作量和加速期间的扭矩梯度之间的关系的示例的视图。
图4是显示在执行暂时节流阀关闭控制时获得的加速踏板操作量随时间的变化、节流阀打开量随时间的变化和发动机扭矩随时间的变化的视图。
图5是显示根据第二实施方案的节流阀控制操作的流程图。
图6是显示在执行节流阀打开量分割控制时获得的加速踏板操作量随时间的变化、节流阀打开量随时间的变化和发动机扭矩随时间的变化的图。
图7是用于解释节流阀打开量分割控制的改变方案的视图。
图8是显示根据第三实施方案的点火正时控制操作的流程图。
图9是显示执行点火正时延迟控制时获得的加速踏板操作量随时间变化、发动机扭矩随时间变化、节流阀打开量随时间变化和点火正时随时间变化的图。
图10是示出扭矩梯度差和点火正时延迟量之间的关系的一个实例的图。
图11是示出进气压力差和扭矩梯度之间的关系的一个实例的图。
图12是示出纵向的加速度G和扭矩梯度之间的关系的一个实例的图。
具体实施方式
图1显示其中引入了根据本发明第一实施方案的控制装置的内燃机。图1所示的内燃机(在下文可称为“发动机”)1是安装在车辆上作为驱动动力源的发动机，并具有多个汽缸2。尽管图1中只显示了一个汽缸2，但是其它的汽缸2也具有相同的构造。活塞3可往复运动地容纳于各个汽缸2中，并且活塞3经连接杆4连接至曲轴(未显示)。在汽缸2上端和活塞3顶部之间形成燃烧室5，进气通道6和排气通道7连接至燃烧室5。进气通道6和燃烧室5之间的连通通过进气阀8打开和关闭，排气通道7和燃烧室5之间的连通通过排气阀9打开和关闭。进气阀8和排气阀9通过阀驱动机构(未显示)打开和关闭。火花塞10用作点火装置，通常设置在燃烧室5上端的中央，用于将燃料喷入汽缸2中的燃料喷射器11设置在进气阀8的外侧上。也就说，发动机1是火花点火型内燃机。用于输出与进气量对应的信号的空气流量计12、用于调节进气量的节流阀13和用于输出与进气压力对应的信号的作为进气压力获取装置的进气压力传感器14设置在进气通道6中。节流阀13可以是电子控制的节流阀，其可通过执行器13a调节为指定的打开度。废气净化催化剂15设置在排气通道7中。可以使用三元催化剂，吸留还原型NOx催化剂作为废气净化催化剂15。
发动机1的运行条件通过发动机控制单元(在下文可称为“ECU”)20控制。ECU 20构建为包括微处理器和其运行所需的外围设备例如RAM和ROM的计算机单元。检测发动机1运行条件的传感器，例如输出指示发动机转速的信号的曲轴转角传感器21；输出分别指示加速踏板16的操作量及其变化的信号的加速器操作量传感器22；输出指示车辆的纵向的加速度G的信号和指示车辆垂直方向的加速度的信号的用作加速度检测装置的G传感器23；空气流量计12、进气压力力传感器14等连接至ECU 20。ECU 20参照来自这些传感器的输出信号检测发动机1的运行条件，并控制每个火花塞10的点火正时、节流阀12的打开量(节流阀打开度)等以获得目标运行条件。
作为与发动机1的运行条件相关的一个控制，ECU 20执行预定控制以在发动机1加速期间控制节流阀12的打开量，使得扭矩梯度在加速期间达到预定目标值。当加速期间扭矩梯度大时，发动机1的扭矩迅速增加，换言之，扭矩急剧增加，但是随后易于出现明显的加速冲击。当加速期间的扭矩梯度小时，不出现加速冲击，但是发动机1的扭矩增加缓慢，换言之，扭矩柔和地增加。因此，ECU 20执行图2中所示的节流阀控制操作以获得急剧的扭矩增加并防止在发动机1加速期间出现加速冲击。在发动机1运行时以预定间隔执行图2所示的控制操作。因为ECU 20执行图2中所示的节流阀控制操作，所以ECU 20作为本发明的操作控制装置。
在图2所示的控制操作中，ECU 20首先在步骤S11中获得发动机1的运行条件。ECU 20获得例如发动机1的转速、载荷、扭矩、进气量、进气压力和点火正时的发动机运行条件。发电机1的载荷可以基于例如进气量来计算。因为发动机1的扭矩可以与发动机1的转速、载荷、进气压力、点火正时等相关，所以可以基于这些参数中的任意参数来计算。发动机1的载荷和扭矩可以通过已知方法计算，因此省去方法的详细说明。因为ECU 20执行该过程以获得发动机1的扭矩，所以ECU 20用作本发明的扭矩获取装置。在下一个步骤S12中，ECU 20确定加速踏板16是否正被操作以发出发动机1加速的请求。如果确定没有发动机1加速的请求，则终止当前的控制操作。
如果确定存在发动机1加速的请求，则操作进行到步骤S13，其中ECU 20基于加速请求被发出时加速踏板16的操作量和节流阀13的打开量设定加速结束时节流阀13的目标打开量Te。因为ECU 20进行该过程，所以ECU 20用作本发明的目标打开量设定装置。接下来，在步骤S14中，ECU 20预测执行所请求的加速时将会获得的扭矩梯度。扭矩梯度的预测可参照例如图3所示的设定表进行。图3显示了加速前发动机1的扭矩(加速前扭矩)、加速踏板16的操作量和加速期间的扭矩梯度之间的关系的一个实例。如图3所示，加速前扭矩越小且加速踏板16的操作量越大，则扭矩梯度越大。图3所示的关系是根据经验确定或计算的，并且作为设定表储存在ECU 20的ROM中。因为ECU 20进行该过程，所以ECU 20用作本发明的扭矩梯度预测装置。
在下一步骤S15中，ECU 20确定在加速期间预测的扭矩梯度是否等于或小于预设的预定容许值。预定容许值设定为确定在加速期间预期出现的加速冲击是否在根据驾驶员的作用确定的容许范围内的参考值。因此，预定容许值设定为如果加速期间的扭矩梯度大于预定容许值则将出现超过容许范围的加速冲击的扭矩梯度。如果确定加速期间的预测扭矩梯度大于预定容许值，则终止当前的控制操作。
如果确定加速期间的预测扭矩梯度等于或小于预定值，则操作进行到步骤S16，其中ECU 20执行暂时的节流阀关闭控制，其中节流阀13在被控制至打开侧之前暂时被控制到关闭侧。然后，终止当前的控制操作。
现在参照图4，其描述了在执行暂时节流阀关闭控制时获得的发动机1的扭矩随时间的变化。图4从上至下显示了发动机1的加速踏板打开量随时间的变化、节流阀打开量随时间的变化和扭矩随时间的变化。曲线L1显示了由暂时节流阀关闭控制引起的节流阀打开量随时间变化的一个实例，曲线L2显示了由暂时节流阀关闭控制引起的扭矩随时间变化的一个实例。图4中的曲线L2也代表扭矩梯度等于预定容许值时获得的扭矩随时间变化的一个实例。作为对比例，在图4中，未执行暂时节流阀关闭控制时获得的节流阀打开量随时间变化的一个实例作为曲线L3示出，在未执行暂时节流阀关闭控制时获得的扭矩随时间变化的一个实例作为曲线L4示出。
如果在图4中，在时刻t1时操作加速踏板16以发出发动机1加速的请求，则ECU 20预测扭矩梯度。因为此时待预测的扭矩梯度是将在不进行暂时节流阀关闭控制的情况下获得的扭矩梯度，所以预测了图4中显示的曲线L4。因为预测曲线L4位于表示在扭矩梯度等于预定容许值时获得的扭矩随时间变化的曲线L2下方，所以确定预测的扭矩梯度等于或小于预定值，并且ECU 20执行暂时的节流阀关闭控制。在暂时的节流关闭控制中，节流阀13的打开量由加速前打开量Ts暂时减少至预定最小打开量Ta，然后控制为增加，直至节流阀打开量达到节流阀目标打开量Te。选择发动机1怠速时设定的节流阀打开量(怠速打开量)作为最小打开量Ta。
当如上所述执行暂时节流阀关闭控制时，节流阀13下游的进气通道6中的进气压力降低。因此，当节流阀13打开时，与未执行暂时节流阀关闭控制时相比，可以将更大量的进气引入燃烧室5中。因此，可以获得发动机1的扭矩急剧增加。此外，在图4所示的实例中，因为通过暂时节流阀关闭控制将加速期间的扭矩梯度控制为遵循表示当扭矩梯度等于预定容许值时获得的扭矩随时间变化的曲线L2，所以加速冲击调节在容许范围内。结果，防止了加速冲击，提高了发动机1的加速性能。
根据第一实施方案，因为在加速期间的预测扭矩梯度等于或小于预定值时执行暂时节流阀关闭控制，所以获得了扭矩急剧增加，这提高了发动机1的加速性能。暂时节流控制的最小打开量Ta不限于怠速打开量。例如，节流阀最小打开量Ta可以基于预测扭矩梯度和预定容许值之差(在下文可称为“扭矩梯度差”)设定。在该情况下，节流阀最小打开量Ta设定为某一值，使得在节流阀13的打开量从节流阀最小打开量Ta增加至节流阀目标打开量Te时可以将扭矩梯度调节至预定容许值。扭矩梯度差和节流阀最小打开量Ta之间的关系可以通过经验确定或计算，然后作为设定表存储在ECU 20的ROM中，并且可以参照设定表设定节流阀最小打开量Ta。在该情况下，ECU 20用作本发明的最小打开量设定装置。因为，在第一实施方案中，控制节流阀13的操作以调节进气量，用以控制发动机1的扭矩，所以进气量用作本发明的参数，节流阀13用作本发明的参数调节装置。
参照图5和图6，将描述本发明的第二实施方案。在第二实施方案中也参照关于发动机1的图1。图5显示在第二实施方案中通过ECU 20执行的节流阀控制操作。在发动机1运行时，也以预定间隔执行控制。与图2中相同的步骤在图5中用相同的附图标记表示，并略去其说明。
在图5所示的控制操作中，ECU 20以与图2所示相同的方式执行步骤S11至步骤S14。接下来，在步骤S21中，ECU 20确定加速期间预测的扭矩梯度是否大于预定容许值。预定容许值与图2的步骤S15中所用的值相同。如果确定加速期间的预测扭矩梯度不大于预定容许值，则终止当前的控制操作。
如果确定加速期间的预测扭矩梯度大于预定容许值，则操作进行至步骤S22，在该步骤中ECU 20执行节流阀打开量分割控制，其中节流阀13的打开量从加速前的节流阀打开量Ts变化至预定的节流阀中间打开量Tc并且暂时保持在该打开量Tc，然后从中间打开量Tc变化至发动机1加速期间的目标打开Te。然后，终止当前的控制操作。将预定的节流阀中间打开量Tc设定为加速前节流阀打开量Ts和节流阀目标打开量Te之间的打开量，并且该打开量使得在节流阀打开量从加速前节流阀打开量Ts变化至节流阀中间打开量Tc时可获得的扭矩梯度小于预定值，并且在节流阀打开量从节流阀中间打开量Tc变化至节流阀目标打开量Te时可获得的扭矩梯度小于预定值。该节流阀中间打开量Tc与扭矩梯度差相关，并且随着扭矩梯度差增加，节流阀中间打开量Tc设定为较小的值，即更接近加速前节流阀打开量Ts的值。节流阀中间打开量Tc和扭矩梯度差之间的关系可以通过经验确定或计算，并且作为设定表储存在ECU 20的ROM中，并且可以参照该设定表设定节流阀中间打开量Tc。
现在参照图6，其描述了执行节流阀打开量分割控制时获得的发动机1的扭矩随时间的变化。图6从上至下显示了加速踏板打开量随时间的变化、节流阀打开量随时间的变化和发动机1的扭矩随时间的变化。曲线L11显示了由节流阀打开量分割控制引起的节流阀打开量随时间变化的一个实例，曲线L12显示了由节流阀打开量分割控制引起的扭矩随时间变化的一个实例。图6中的曲线L12还代表当扭矩梯度等于预定值时获得的扭矩随时间变化的一个实例。作为对比例，在图6中，未执行节流阀打开量分割控制时获得的节流阀打开量随时间变化的一个实例作为曲线L13示出，在未执行节流阀打开量分割控制时获得的扭矩随时间变化的一个实例作为曲线L14示出。
在图6中在时刻t11时操作加速踏板16以发出发动机11加速的请求时，ECU 20预测扭矩梯度。因为此时待预测的扭矩梯度是在不进行节流阀打开量分割控制的情况下获得的扭矩梯度，所以预测了图6中显示的曲线L14。因为预测的曲线L4位于表示在扭矩梯度等于预定值时获得的扭矩随时间变化的曲线L12上方，所以确定预测的扭矩梯度大于预定值，ECU 20执行节流阀打开量分割控制。在节流阀打开量分割控制中，节流阀13首先从加速前打开量Ts打开至节流阀中间打开量Tc并暂时保持在该打开量Tc，如上所述。然后，节流阀13从节流阀中间打开量Tc进一步打开至节流阀目标打开量Te。
当如上述执行节流阀打开量分割控制以在发动机1加速期间将节流阀13暂时保持在节流阀中间打开量Tc时，节流阀13上游和下游之间的压力差减小。因此，可以适度减小进气随节流阀13的打开量增加而增加的程度，由此适度减小扭矩梯度。因此，可以降低发动机1的扭矩。结果，加速期间扭矩随时间的变化遵循图7中的曲线L12。因此，可以防止发动机1的扭矩过度增加，并且将扭矩梯度调节至预定值。
根据第二实施方案，因为在加速期间的预测扭矩梯度等于或超过预定值时执行节流阀打开量分割控制以将扭矩梯度调节至预定值，所以可以防止加速冲击。此外，因为加速期间扭矩随时间的变化可以调节为遵循图8中显示的曲线L12，所以防止了加速期间不必要的扭矩减小，导致急剧的扭矩增加。因为在第二实施方案中还控制节流阀13的操作以调节进气量，用以控制发动机1的扭矩，所以进气量可以视为是本发明的参数，节流阀13可以视为是本发明的参数调节装置。
参照图7，其描述了节流阀打开量分割控制的一个修改方案。与图6中相同的部分在图7中用相同的附图标记表示，并略去其说明。虽然在图6所示的实例中在节流阀打开量分割控制期间节流阀暂时保持在一个节流阀中间打开量Tc，但是在节流阀打开量分割控制中节流阀可以保持在两个或更多个节流阀打开量。例如，如图7中的曲线L15所示，在节流阀打开量分割控制中，在将节流阀打开至节流阀目标打开量Te之前，节流阀打开量可以暂时保持在第一节流阀中间打开量Tc1，然后暂时保持在第一节流阀中间打开量Tc1和节流阀目标打开量Te之间的第二节流阀中间打开量Tc2。在该修改方案中，ECU 20预测在节流阀打开量暂时保持在第一节流阀中间打开量Tc1时节流阀打开量从第一节流阀中间打开量Tc1变化至节流阀目标打开量Te(临时扭矩梯度)获得的扭矩梯度，如果预测的临时扭矩梯度等于或超过预定值，则节流阀打开量暂时保持在第二节流阀中间打开量Tc2。因为在节流阀打开量分割控制中预测了临时扭矩梯度且基于预测的临时扭矩梯度控制节流阀13，所以加速期间扭矩随时间的变化更可靠地遵循图7所示的曲线L12。结果，可以更可靠地防止加速冲击。因为ECU 20预测临时扭矩梯度，所以可以将ECU 20视为本发明的临时扭矩梯度预测装置。
此外，可以预测在节流阀打开量保持在第二节流阀中间打开量Tc2时节流阀打开量从第二节流阀中间打开量Tc2变化至节流阀目标打开量Te时获得的扭矩梯度，并且基于预测的结果可以将节流阀打开量再次暂时保持在第二节流阀中间打开量Tc2和节流阀目标打开量Te之间的第三中间打开量。如上所述，每次将节流阀打开量暂时保持在加速前节流阀打开量Ts和节流阀目标打开量Te之间的打开量时，可以预测节流阀打开量从当前打开量变化到节流阀目标打开量Te时获得的扭矩梯度，并且基于预测结果可以将节流阀打开量再次暂时保持在当前节流阀打开量和节流阀目标打开量Te之间的第三中间打开量。在该情况下，加速期间扭矩随时间的变化更可靠地遵循图7中显示的曲线L12。
参照图8和图9，描述本发明的第三实施方案。在该实施方案中也参照关于发动机1的图1。第三实施方案与其它实施方案的不同之处在于，当加速期间的预测扭矩梯度等于或超过预定值时，控制点火正时以控制发动机1的扭矩。图8显示在发动机1运行时以预定间隔由ECU 20执行的第三实施方案的点火正时控制操作。与图2和图5相同的步骤在图8中用相同的附图标记表示，并略去其说明。
在图8中显示的控制操作中，ECU 20以与图5所示相同的方式实施步骤S11至步骤S21。如果确定在步骤S21中预测的加速期间的扭矩梯度不大于预定容许值，则终止当前的控制操作。如果确定加速期间的预测扭矩梯度大于预定容许值，则操作进行至步骤S31，其中ECU 20执行点火正时延迟控制，使得在加速期间延迟火花塞10的点火正时。然后，终止当前的控制操作。
参照图9，详细地描述了点火正时延迟控制。图9从上到下显示了加速器操作量随时间的变化、发动机1的扭矩随时间的变化、节流阀打开量时间随时间的变化和点火正时随时间的变化。曲线L21显示了由点火正时延迟控制所控制的扭矩随时间变化的一个实例，曲线L22显示了节流阀打开量随时间变化的一个实例，曲线L23显示了由点火延迟控制引起的点火正时随时间变化的一个实例。图9中的曲线L21还代表扭矩梯度等于预定值时获得的扭矩随时间变化的一个实例。作为对比例，在图6中，未执行点火正时延迟控制时获得的扭矩随时间变化的一个实例作为曲线L24示出，在未执行点火正时延迟控制时获得的点火正时随时间变化的一个实例作为曲线L25示出。
在图9中在时刻t21时操作加速踏板16以发出发动机1加速的请求时，ECU 20预测时刻t22时的扭矩梯度。因为此时待预测的扭矩梯度是在不进行点火正时延迟控制的情况下获得的扭矩梯度，所以预测了图9中显示的曲线L24。因为预测的曲线L24位于表示扭矩梯度等于预定值时获得的扭矩随时间变化的曲线L21上方，所以确定预测扭矩梯度等于或超过预定值，在时刻t23时开始进行点火正时延迟控制。在该点火正时延迟控制中，根据扭矩梯度差延迟点火正时。点火正时延迟的程度可以基于图10中实线曲线L31所示的扭矩梯度差和点火正时延迟程度之间的关系来设定。图10中实线曲线L31所示的关系可以通过经验确定或计算，并且作为设定表预先储存在ECU 20的ROM中。在该情况下，ECU 20可以视为是本发明的存储装置。如图10中所示的，扭矩梯度差越大，点火正时延迟越多。因此，在时刻t24时，当扭矩梯度差达到其最大值时，点火正时的延迟最大。此后，点火正时逐渐变化到加速前的点火正时，并且在加速完成时的时刻t25时完成点火正时延迟控制。
如已知的，点火正时延迟越多，发动机1的扭矩降低越多。因此，在确定扭矩梯度等于或超过预定值时，可以通过根据扭矩梯度差延迟点火正时将加速期间的扭矩调节为遵循图9中的曲线L21。
根据第三实施方案，因为在加速期间预测的扭矩梯度等于或超过预定值时延迟点火正时以减小加速期间的扭矩输出，所以可以避免加速冲击。因为在第三实施方案中控制火花塞10的操作以调节点火正时，用于控制发动机1的扭矩，所以点火正时可视为是本发明的参数，火花塞10可以视为是本发明的参数调节装置。
因为发动机1经历了与老化相关的劣化，所以当发动机1已经使用了相当长的时期时，扭矩可能降低至不足或过度，即使点火正时延迟的程度与在发动机1是新的时有效的程度相同时也是如此。因此，当在加速期间执行点火正时延迟控制时，可以参照此时来自G传感器23的输出信号基于车辆的加速度校正扭矩梯度差和延迟量之间的关系。例如，如果在执行点火正时延迟控制时车辆的纵向的加速度G增加且加速冲击超过容许范围，则认为点火正时的延迟程度不足。在该情况下，将图10中的实线曲线L31所示的关系校正为虚线曲线L32。通过如上述校正关系，可以合适地降低加速期间的扭矩，甚至在发动机1随时间劣化时也是如此。结果，可以合适地防止加速冲击。由于ECU 20校正图10中显示的关系，所以ECU 20可以视为是本发明的校正装置。
本发明不限于上述实施方案，而是可以以各种方式实施。例如，应用本发明的内燃机不限于火花点火内燃机。本发明可应用于柴油内燃机。本发明还可以应用于将燃料直接喷射到汽缸中的直接喷射内燃机和将燃料喷射到进气口中的气口喷射内燃机。待控制以减少加速期间发动机的扭矩的参数不限于进气量或点火正时。例如，可以控制对发动机扭矩有影响的各种参数中的任意参数，例如燃料喷射量、进气阀或排气阀的阀打开或关闭时间，以控制加速期间的扭矩。
可以将基于来自G传感器23的输出信号的加速期间控制的校正应用至暂时节流阀关闭控制或节流阀打开量分割控制。例如，在暂时节流阀关闭控制中，可以基于来自G传感器23的输出信号校正节流阀最小打开量。在节流阀打开量分割控制中，可以基于来自G传感器23的输出信号校正节流阀中间打开量。还可以进行这些校正以补偿与老化相关的发动机劣化的影响，如同在第三实施方案中描述的点火正时延迟控制的校正的情形。
虽然在上述实施方案中，基于加速前发动机扭矩和加速踏板操作量预测加速期间的扭矩梯度，但是预测扭矩梯度的方法不限于该方法。例如，进气压力也与扭矩梯度相关。例如，认为加速结束时的进气压力和加速前的进气压力之差(在下文可称为“进气压力差”)越大，在加速期间待增加的扭矩的程度越大，即扭矩梯度越大。因此，图11所示的进气压力差和扭矩梯度之间的关系可以通过经验确定或计算，并且作为设定表存储在ECU 20的ROM中，可以参照该设定表预测扭矩梯度。可以通过以下方式获得进气压力差：基于加速前的进气压力和加速踏板操作量估算加速结束时的进气压力，然后用估算的进气压力减去加速前的进气压力。
可以基于车辆的纵向的加速度G预测扭矩梯度。例如，因为在加速度G在进一步加速之前已经很大时可以估计发动机已经以高转速和高输出运行，所以可以预测扭矩梯度会是小的。因此，在纵向的加速度G和扭矩梯度之间的关系，如图12所示，可以通过经验确定或计算，并存储在ECU 20的ROM中，可以基于来自G传感器23的输出信号和该设定表预测扭矩梯度。因为加速度G可根据车辆所行驶的道路上的梯度变化，所以应该考虑道路的影响。例如，如果车辆正在爬山，则会检测到较低的加速度。因此，基于车辆垂直方向的加速度和车辆的纵向的加速度G估算车辆所行驶的道路的梯度，并且基于道路梯度校正加速度G。
在基于加速前的发动机扭矩和加速踏板的操作量预测加速期间的扭矩梯度时，可以基于来自G传感器23的输出信号计算加速前发动机的扭矩。发动机1的扭矩与传送到车轮的驱动力相关，车轮驱动力FT可以用加速度G、车辆重量m、车辆的行驶阻力FRL、重力加速度g和车辆行驶方向的道路倾角θ表示为方程(1)。因为行驶阻力FRL可以与车辆速度相关，所以可以基于车辆速度计算行驶阻力。倾角θ可以基于车辆垂直方向的加速度和车辆的纵向的加速度G计算。
FT＝mG+FRL+mg×sinθ(1)
当利用方程(1)计算车轮驱动力FT并基于车轮驱动力FT估算加速前发动机1的扭矩时，可以获得基于倾角θ的发动机1的扭矩。因此，提高了预测加速期间扭矩梯度的准确度。可以基于来自车轮速传感器(代替G传感器23)的输出信号获得车辆纵向的加速度G，所述车轮速传感器连接至车轮以检测车轮速度。

Claims (19)

1.一种内燃机控制装置，所述控制装置包括用于调节影响所述内燃机扭矩的参数的参数调节装置，所述控制装置包括：
扭矩梯度预测装置，当内燃机的加速请求被发出时，所述扭矩梯度预测装置基于加速之前所述内燃机的运行条件预测加速期间的扭矩梯度，和
操作控制装置，所述操作控制装置基于由所述扭矩梯度预测装置预测的所述扭矩梯度在所述内燃机的加速期间控制所述参数调节装置的操作。
2.根据权利要求1所述的控制装置，
其中所述参数是进气量，并且所述参数调节装置是节流阀，和
其中，当由所述扭矩梯度预测装置预测的所述扭矩梯度等于或小于预定值时，所述操作控制装置暂时控制所述节流阀以在所述内燃机开始加速时减小节流阀打开量然后增加所述节流阀打开量。
3.根据权利要求2所述的控制装置，
其中，在所述内燃机加速期间暂时控制所述节流阀以降低所述节流阀打开量时，所述操作控制装置将所述节流阀打开量减小至怠速打开量。
4.根据权利要求2所述的控制装置，还包括：
节流阀最小打开量设定装置，所述节流阀最小打开量设定装置用于基于由所述扭矩梯度预测装置预测的所述扭矩梯度和预定容许值之差设定节流阀最小打开量，
其中，在所述内燃机加速期间暂时控制所述节流阀以降低所述节流阀打开量时，所述操作控制装置将所述节流阀打开量减少至所述节流阀最小打开量。
5.根据权利要求1所述的控制装置，其中
所述参数是进气量，所述参数调节装置是节流阀，和
所述控制装置还包括节流阀目标打开量设定装置，当所述内燃机的加速请求被发出时，所述节流阀目标打开量设定装置设定节流阀目标打开量，和
当由所述扭矩梯度预测装置预测的所述扭矩梯度大于预定容许值时，所述操作控制装置首先将所述节流阀暂时保持在大于所述加速开始时的所述节流阀打开量且小于所述节流阀目标打开量的第一节流阀中间打开量，然后控制所述节流阀以在所述内燃机加速期间增加所述节流阀打开量。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其中
所述扭矩梯度预测装置具有临时扭矩梯度预测装置，所述临时扭矩梯度预测装置用于预测在所述节流阀保持在所述第一节流阀中间打开量时将所述节流阀从所述第一节流阀中间打开量调节至所述节流阀目标打开量时获得的扭矩梯度，和
在由所述临时扭矩梯度预测装置预测的所述扭矩梯度大于所述容许值时，所述操作控制装置在将所述节流阀调节至所述节流阀目标打开量之前将所述节流阀暂时保持在大于所述第一节流阀中间打开量且小于所述节流阀目标打开量的第二节流阀中间打开量。
7.根据权利要求1所述的控制装置，其中
所述内燃机是火花点火内燃机，
所述参数是点火正时，并且所述参数调节装置是点火装置，和
当由所述扭矩梯度预测装置预测的扭矩梯度大于预定容许值时，所述操作控制装置根据由所述扭矩梯度预测装置预测的所述扭矩梯度和所述容许值之差控制所述点火装置的操作以延迟所述点火正时。
8.根据权利要求7所述的控制装置，
其中所述操作控制装置控制所述点火装置的操作，使得所述点火正时随所述预测的扭矩梯度和所述容许值之差的增加而进一步延迟。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的控制装置，
其中所述内燃机安装在车辆上，
所述控制装置还包括用于检测所述车辆的纵向的加速度的加速度检测装置，和
所述操作控制装置包括存储装置和校正装置，所述存储装置用于存储在所述内燃机加速期间由所述扭矩梯度预测装置预测的所述扭矩梯度和所述操作控制装置控制所述参数调节装置的程度之间的关系的设定表，所述校正装置用于在所述操作控制装置基于由所述扭矩梯度预测装置预测的所述扭矩梯度在所述内燃机加速期间控制所述参数调节装置的操作时，基于所检测的加速度校正存储在所述存储装置中的所述设定表。
10.根据权利要求9所述的控制装置，还包括：
用于获取所述内燃机的扭矩的扭矩获取装置，
其中所述扭矩梯度预测装置基于在所述内燃机的加速请求被发出时所述内燃机的加速踏板的操作量和在所述内燃机的加速请求被发出时获取的扭矩预测扭矩梯度。
11.根据权利要求10所述的控制装置，其中
所述扭矩获取装置从所检测的加速度获取所述内燃机的扭矩。
12.根据权利要求9～11中任一项所述的控制装置，还包括：
用于获取所述内燃机的进气压力的进气压力获取装置，
其中所述扭矩梯度预测装置在所述内燃机的加速请求被发出时基于所述加速踏板的操作量估算加速结束时所述内燃机的进气压力，并且基于所估算的进气压力和在所述内燃机的加速请求被发出时所获取的进气压力预测扭矩梯度。
13.根据权利要求9～12中任一项所述的控制装置，
其中所述扭矩梯度预测装置基于在所述内燃机的加速请求被发出时所述内燃机的加速踏板的操作量和在所述内燃机的加速请求被发出时由所述加速度检测装置检测的加速度，预测扭矩梯度。
14.根据权利要求1～8中任一项所述的控制装置，还包括：
扭矩获取装置，所述扭矩获取装置用于获取所述内燃机的扭矩，
其中所述扭矩梯度预测装置基于在所述内燃机的加速请求被发出时所述内燃机的加速踏板的操作量和在所述内燃机的加速请求被发出时获取的扭矩，预测扭矩梯度。
15.根据权利要求1～8中任一项所述的控制装置，还包括：
进气压力获取装置，所述进气压力获取装置用于获取所述内燃机的进气压力，
其中所述扭矩梯度预测装置在所述内燃机的加速请求被发出时基于所述加速踏板的操作量估算加速结束时所述内燃机的进气压力，并且基于所估算的进气压力和在所述内燃机的加速请求被发出时所获取的进气压力预测扭矩梯度。
16.根据权利要求1～8中任一项所述的控制装置，
其中所述内燃机安装在车辆上，
所述控制装置还包括用于检测所述车辆的纵向的加速度的第一加速度检测装置，和
其中所述扭矩梯度预测装置基于在所述内燃机的加速请求被发出时所述内燃机的加速踏板的操作量和在所述内燃机的加速请求被发出时由所述加速度检测装置检测的加速度，预测扭矩梯度。
17.根据权利要求16所述的控制装置，其中所述控制装置还包括：
第二加速度检测装置，所述第二加速度检测装置用于检测所述车辆的垂直方向的加速度，和
其中基于所述车辆的所检测的垂直方向的加速度和所检测的纵向的加速度估算道路梯度，并且基于所估算的道路梯度校正所述车辆的所检测的纵向的加速度。
18.一种控制内燃机的方法，包括：
在所述内燃机的加速请求被发出时，基于加速之前所述内燃机的运行条件预测加速期间的扭矩梯度，和
在所述内燃机的加速期间基于所预测的扭矩梯度调节影响所述内燃机的扭矩的参数。
19.一种内燃机控制装置，包括：
参数调节装置，所述参数调节装置调节影响所述内燃机的扭矩的参数；
扭矩梯度预测装置，所述扭矩梯度预测装置在所述内燃机的加速请求被发出时基于加速之前所述内燃机的运行条件预测加速期间的扭矩梯度，和
操作控制装置，所述操作控制装置基于由所述扭矩梯度预测装置预测的扭矩梯度控制所述内燃机加速期间的所述参数调节装置的操作。
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