CN101784779B - 内燃机的控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及内燃机的控制装置，使各致动器的动作确实地反映关于内燃机的各种功能的要求，由此能够确切地实现这些要求。在要求输出部(10)中，分别以转矩、效率或空燃比的任一数值来表现关于内燃机的各种功能的要求并将其输出。在转矩调停部(22)中，在从要求输出部(10)输出的多个要求值之中对以转矩表现出的要求值进行汇集来调停为一个转矩要求值。在效率调停部(24)中，对以效率表现出的要求值进行汇集来调停为一个效率要求值。在空燃比调停部(26)中，对以空燃比表现出的要求值进行汇集来调停为一个空燃比要求值。在控制量运算部(30)中，基于从各调停部(22、24、26)输出的转矩要求值、效率要求值和空燃比要求值来运算各致动器(42、44、46)的控制量。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机的控制装置，详细而言，涉及由多个致动器的协调控制来实现关于内燃机的各种功能的要求的控制装置。
背景技术
作为关于内燃机的转矩控制的技术，例如，已知有在日本特开2003-301766号公报中公开的技术。在这里公开的技术中，基于加速踏板开度来算出驾驶者要求的要求图示转矩，并且在控制装置的内部决定目标空燃比。并且，利用相对于点火时期的转矩效率和相对于目标空燃比的转矩效率来修正要求图示转矩，基于根据该修正转矩求得的目标空气量来决定目标节气门开度。此外，根据目标空气量和内燃机转速来算出进气延迟修正量，根据由进气延迟修正量决定的推定转矩和所述修正转矩来算出点火时期延迟角量，根据由缸内空气量决定的基本点火时期和点火时期延迟角量来决定最终点火时期。此外，根据缸内空气量和目标空燃比来决定目标燃料喷射量。
也就是说，在上述公报的技术中，为了共同实现作为来自驾驶者的要求的要求图示转矩和作为控制装置内部的要求的目标空燃比，对节气门开度、点火时期和燃料喷射量进行协调控制。
发明内容
在上述公报的技术中，能够看作要求图示转矩是关于驾驶性能的要求，目标空燃比是关于排气气体的要求。驾驶性能、排气气体都是内燃机的一种功能，除此以外还存在燃料经济性、爆震等内燃机的各种功能。并且，对每个功能都有要求，例如如果功能是燃料经济性，则存在想提高燃烧效率这样的要求和/或想降低泵损失这样的要求。此外，如果功能是排气气体，则存在想提高排气气体温度这样的要求和/或想促进催化剂上的反应的要求。
如上所述内燃机存在各种功能，这些功能的每种都存在维度不同的各种要求。但是，上述公报的技术仅仅实现了其一部分的要求，没有能够实现内燃机的多种多样的全部要求。此外，在上述公报的技术中，没有采用如下这样的控制结构：即使想要新追加要求，也使该新要求容易地反映到各致动器的动作。
本发明是为了解决上述那样的课题而作成的，所以其目的在于，提供一种通过使各致动器的动作准确地反映关于内燃机的各种功能的要求，从而能够适当地实现这些要求的内燃机的控制装置。
第一发明，为了达成上述目的，是一种内燃机的控制装置，其特征在于，具备：
与内燃机的动作相关的多个致动器；
要求输出部，其将与所述内燃机的各种功能相关的要求分别以转矩、效率或空燃比的任一物理量进行表现并输出；
转矩调停部，其对在从所述要求输出部输出的多个要求值中以转矩表现的要求值进行汇集，按照预先确定的规则调停为一个转矩要求值；
效率调停部，其对在所述多个要求值中以效率表现的要求值进行汇集，按照预先确定的规则调停为一个效率要求值；
空燃比调停部，其对在所述多个要求值中以空燃比表现的要求值进行汇集，按照预先确定的规则调停为一个空燃比要求值；以及
控制量运算部，其基于从所述的各调停部输出的转矩要求值、效率要求值和空燃比要求值来运算所述的各致动器的控制量。
第二发明，在第一发明中，其特征在于，
在所述各种功能中包含有与驾驶性能相关的功能、与排气气体相关的功能、和与燃料消耗相关的功能。
第三发明，在第一或第二发明中，其特征在于，
所述多个致动器中包含有调整所述内燃机的吸入空气量的致动器、调整所述内燃机的点火时期的致动器、和调整所述内燃机的燃料喷射量的致动器。
第四发明，在第一至第三的任一发明中，其特征在于，
所述控制装置具备修正部，该修正部对从所述的各调停部输出的转矩要求值、效率要求值和空燃比要求值的至少一方进行修正，使得转矩要求值、效率要求值和空燃比要求值的关系成为能够使所述内燃机适当运行的关系。
第五发明，在第四发明中，其特征在于，
所述修正部，不修正转矩要求值而修正效率要求值和空燃比要求值的任一方。
第六发明，在第一至第五的任一发明中，其特征在于，
所述控制量运算部包括存储部，该存储部存储有效率要求值和空燃比要求值的各自的标准值，
所述控制量运算部被构成为：在没有从所述效率调停部输出效率要求值的情况下、在没有从所述空燃比调停部输出空燃比要求值的情况下，使用存储的标准值来运算所述的各致动器的控制量。
第七发明，在第一至第六的任一发明中，其特征在于，
所述效率调停部包括存储部，该存储部关于预定从所述要求输出部向所述效率调停部输出要求值的各项目而存储有各自的标准值，
所述效率调停部被构成为：关于没有从所述要求输出部输出要求值的项目，使用存储的标准值来调停效率要求值。
第八发明，在第一至第七的任一发明中，其特征在于，
所述空燃比调停部包括存储部，该存储部关于预定从所述要求输出部向所述空燃比调停部输出要求值的各项目而存储有各自的标准值，
所述空燃比调停部被构成为：关于没有从所述要求输出部输出要求值的项目，使用存储的标准值来调停空燃比要求值。
第九发明，在第六至第八的任一发明中，其特征在于，
在与所述各种功能相关的要求中以效率表现的项目和以空燃比表现的项目之中，分别预先确定有成为标准的要求，
所述要求输出部被构成为：关于以效率或空燃比表现的项目，仅在存在与各自的标准要求不同的要求的情况下输出要求值。
在内燃机的输出中除了转矩以外还包括热和排气气体，通过这些全部输出来决定内燃机的各种功能。根据第一发明，设为分别以转矩、效率和空燃比的任一物理量来表现关于内燃机的各种功能的要求。转矩、效率和空燃比是决定内燃机的输出的三要素，所以使用这些物理量来表现关于各种功能的要求，基于对它们进行汇集并调停后的转矩要求值、效率要求值和空燃比要求值来运算各致动器的控制量，由此能够适当地控制各致动器的动作使得要求反映在内燃机的输出上。
根据第二发明，能够容易地实现关于作为内燃机的功能的驾驶性能、排气气体和燃料消耗的要求。关于驾驶性能的要求，例如能够以转矩和/或效率来表现。关于排气气体的要求，例如能够以效率和/或空燃比来表现。关于燃料消耗的要求，例如能够以效率和/或空燃比来表现。
根据第三发明，能够通过控制吸入空气量、点火时期和燃料喷射量而容易地实现关于内燃机的各功能的要求。吸入空气量能够基于转矩要求值和效率要求值来运算。点火时期能够基于转矩要求值来运算。燃料喷射量能够基于空燃比要求值来运算。但是，要求值仅是用于计算控制量的信息之一，为了计算控制量，不仅是要求值，还能够使用关于内燃机的运行条件和/或运行状态的信息(推定转矩、转速等)。
根据第四发明，为了变为能够使内燃机适当运行的关系而对转矩要求值、效率要求值和空燃比要求值的至少一方进行修正，基于已修正的要求值来设定各致动器的控制量，所以在无论从要求输出部输出什么样的要求的情况下都能够协调致动器使得在内燃机的运行中不发生故障。
根据第五发明，不修正转矩要求值而修正效率要求值或空燃比要求值，由此能够实施正确的转矩控制，并且也尽可能地实现与效率和/或空燃比关联的其他要求。
根据第六发明，在没有从效率调停部输出在内燃机的控制中作为必须的要求值的转矩要求值以外的要求值，即效率要求值和/或空燃比要求值的情况下，关于该要求值在致动器的控制量的运算中使用标准值来代替。因此，在这样的情况下，也能够使各致动器适当地动作使得在内燃机的运行中不发生故障。
根据第七发明，在关于与效率相关的一部分的项目没有从要求输出部输出要求值的情况下，关于该项目在效率要求值的调停中使用标准值来代替。因此，在这样的情况下，也能够使各致动器适当地动作使得在内燃机的运行中不发生故障。
根据第八发明，在关于与空燃比相关的一部分的项目没有从要求输出部输出要求值的情况下，关于该项目在空燃比要求值的调停中使用标准值来代替。因此，在这样的情况下，也能够使各致动器适当地动作使得在内燃机的运行中不发生故障。
根据第九发明，关于在内燃机的控制中作为必须的项目的转矩以外的项目，即以效率或空燃比表现的项目，仅在存在与标准要求不同的要求的情况下输出要求值，在标准要求下使用所述标准值进行运算，由此能够降低控制装置中的运算负荷。
附图说明
图1是表示作为本发明的实施方式1的发动机的控制装置的结构的框图。
图2是表示本发明的实施方式1的调停要素(转矩调停)的构成例的框图。
图3是表示本发明的实施方式1的调停要素(效率调停)的构成例的框图。
图4是表示本发明的实施方式1的调整部的构成例的框图。
图5是表示本发明的实施方式1的考虑了空燃比的效率上下限值的设定方法的图。
图6是表示本发明的实施方式1的考虑了效率的A/F上下限值的设定方法的图。
图7是表示图1所示的发动机的控制装置的结构的变形例的框图。
图8是表示图1所示的发动机的控制装置的结构的变形例的框图。
图9是表示作为本发明的实施方式2的发动机的控制装置的结构的框图。
图10是表示作为本发明的实施方式3的发动机的控制装置的结构的框图。
符号的说明
10要求产生阶层
12、14、16、72要求输出要素
20调停阶层
22转矩调停要素
24效率调停要素
26空燃比调停要素
30控制量设定阶层
32调整部
34、36、38、74控制量运算要素
42、44、46、76致动器
50共通信号配送系统
52信息源
202叠加要素
204、212、216、220最小值选择要素
214、218最大值选择要素
302、314、316防护部
304效率F上下限值设定映射图
308、322选择部
312转矩效率运算部(除法运算部)
320A/F上下限值设定映射图
具体实施方式
实施方式1
以下，使用附图对本发明的实施方式1进行说明。在实施方式1中，对将本发明的控制装置适用于火花点火式的内燃机(以下，称为发动机)的情况进行说明。但是，本发明除了火花点火式发动机以外的发动机，例如也能够适用于柴油发动机。
作为本发明的实施方式1的发动机的控制装置，如在图1的框图中示出的那样构成。在图1中以框示出了控制装置的各要素，以箭头示出了框间的信号的传递。以下，参照图1对本实施方式的控制装置的结构及其特征进行说明。为了能够更深地理解关于本实施方式的特征，根据需要也使用详细图进行说明。
如图1所示，控制装置具有包括三个阶层10、20、30的阶层型的控制结构。在最上位设置有要求产生阶层10，在其下位设置有调停阶层20，进一步在其下位设置有控制量设定阶层30，在最下位的控制量设定阶层30上连接有各种致动器42、44、46。在控制装置的阶层10、20、30间信号的流向是单向的，信号从要求产生阶层10向调停阶层20，从调停阶层20向控制量设定阶层30传递。此外，独立于这些阶层10、20、30设有向各阶层10、20、30并行地配送共通信号的共通信号配送系统50。
在阶层10、20、30间传递的信号和由共通信号配送系统50配送的信号有如下这样的不同。在阶层10、20、30间传递的信号是对关于发动机的功能的要求进行了信号化，最终被变换为致动器42、44、46的控制量的信号。与此相对，由共通信号配送系统50配送的信号，是包含了在产生要求或运算控制量方面需要的信息的信号。具体而言，是关于发动机的运行条件和/或运行状态的信息(发动机转速、吸入空气量、推定转矩、当前时刻的实际点火时期、冷却水温度、气门正时、运行模式等)，其信息源52是设置于发动机的各种传感器和/或控制装置内部的推定功能等。这些信息是在各阶层10、20、30中被共通利用的共通发动机信息，所以若并行地向各阶层10、20、30配送信号，则不仅能够削减阶层10、20、30间的通信量，还能够确保阶层10、20、30间的信息的同时性。
以下，对各阶层10、20、30的结构和在其中进行的处理，从上位的阶层依次进行详细说明。
在要求产生阶层(相当于本发明的要求输出部)10中配置有多个要求输出要素12、14、16。这里所谓的要求是指关于发动机的功能的要求，按每个发动机的功能设置要求输出要素12、14、16。发动机的功能可以列举驾驶性能、排气气体、燃料经济性、噪音、振动等。换言之，这些功能也可以说是对发动机要求的性能。配置于要求产生阶层10的要求输出要素的内容，根据对发动机提出何种要求、或使哪种要求优先而不同。在本实施方式中，与关于驾驶性能的功能对应地设置要求输出要素12，与关于排气气体的功能对应地设置要求输出要素14，与关于燃料经济性的功能对应地设置要求输出要素16。
要求输出要素12、14、16，对关于发动机的功能的要求进行数值化并将其输出。致动器42、44、46的控制量通过运算来决定，所以能够通过对要求进行数值化来使致动器42、44、46的控制量反映要求。在本实施方式中，作为用于表现要求的物理量，使用转矩、效率和空燃比这三种。
在发动机的输出中除了转矩以外还包括热和排气气体，利用全部这些输出来决定所述驾驶性能、排气气体、燃料经济性这样的发动机的各种功能。并且，用于控制这些输出的参数能够汇集为转矩、效率和空燃比这三种物理量。因此，认为使用转矩、效率和空燃比这三种物理量来表现要求，控制致动器42、44、46的动作，由此能够使发动机的输出可靠地反映要求。
在图1中，这是一个例子，但要求输出要素12将关于驾驶性能的要求设为以转矩、效率表现出的要求值进行输出。例如，若要求是车辆的加速，则该要求能够由转矩来表现。若要求是防止发动机停止，则该要求能够由效率(效率提升)来表现。
要求输出要素14将关于排气气体的要求设为由效率、空燃比表现出的要求值进行输出。例如，若要求是催化剂的预热，则该要求能够由效率(效率降低)来表现，也能够由空燃比来表现。若通过效率降低，则能够提高排气气体温度，若通过空燃比，则能够变为在催化剂上容易反应的环境。
此外，要求输出要素16将关于燃料经济性的要求设为以效率、空燃比表现出的要求值进行输出。例如，若要求是燃烧效率的上升，则该要求能够由效率(效率提升)来表现。若要求是泵损失的降低，则该要求能够由空燃比(稀薄燃烧)来表现。
从各要求输出要素12、14、16输出的要求值，各物理量并不限于一个。例如，从要求输出要素12不仅输出来自驾驶者的要求转矩(根据加速踏板开度计算的转矩)，还同时输出从VSC(Vehicle Stability Control system，车辆稳定性控制系统)、TRC(Traction Control System，牵引力控制系统)、ABS(Antilock Brake System，防抱死系统)、传动系统等关于车辆控制的各种设备要求的转矩。关于效率也同样。
从共通信号配送系统50向要求产生阶层10配送共通发动机信息。在各要求输出要素12、14、16中，参照共通发动机信息来决定应该输出的要求值。因为要求的内容根据发动机的运行条件、运行状态而变化。例如，在由催化剂温度传感器(省略图示)测定催化剂温度的情况下，在要求输出要素14中，基于该温度信息来判断催化剂的预热的必要性，根据判定结果来输出效率要求、空燃比要求。
如上所述，从要求产生阶层10的要求输出要素12、14、16输出以转矩、效率或空燃比表现出的多个要求，但不能同时地、完全地实现全部这些要求。因为即使有多个转矩要求，能够实现的转矩也只有一个。同样地，对于多个效率要求，能够实现的效率只有一个，对于多个空燃比要求，能够实现的空燃比只有一个。因此，需要进行要求的调停这样的处理。
在调停阶层20中，对从要求产生阶层10输出的要求(要求值)进行调停。在调停阶层20中，按每个作为要求的分类的物理量设有调停要素22、24、26。转矩调停要素(相当于本发明的转矩调停部)22对以转矩表现出的要求值进行汇集并将其调停为一个转矩要求值。效率调停要素(相当于本发明的效率调停部)24对以效率表现出的要求值进行汇集并将其调停为一个效率要求值。空燃比调停要素(相当于本发明的空燃比调停部)26对以空燃比表现出的要求值进行汇集并将其调停为一个空燃比要求值。各调停要素22、24、26按照预先确定的规则进行调停。这里所谓的规则是指，例如最大值选择、最小值选择、平均或者叠加等，用于根据多个数值得到一个数值的计算规则，也能够设为适当地组合这些多个计算规则。但是，设为哪种规则取决于设计，关于本发明不限定规则的内容。
在以下中，为了能够对调停进行更深的理解，列举具体例子进行说明。首先，图2是表示转矩调停要素22的构成例的框图。该例中的转矩调停要素22由叠加要素202和最小值选择要素204构成。此外，在该例中由转矩调停要素22汇集的要求值有驾驶者要求转矩、辅机负载损失转矩、燃料切断前要求转矩和燃料切断恢复时要求转矩。
在由转矩调停要素22汇集的要求值中，由叠加要素202对驾驶者要求转矩和辅机负荷损失转矩进行叠加。叠加要素202的输出值，与燃料切断前要求转矩和燃料切断恢复时要求转矩一起被输入到最小值选择要素204，选择它们中的最小值。然后，将选择出的值作为最终的转矩要求值、即调停后的转矩要求值并从转矩调停要素22输出。
接下来，图3是表示效率调停要素24的构成例的框图。该例中的效率调停要素24由三个最小值选择要素212、216、220和两个最大值选择要素214、218构成。此外，在该例中由效率调停要素24汇集的要求值是作为效率提升要求的驾驶性能要求效率、作为效率降低要求的ISC要求效率、高响应转矩要求效率和催化剂预热要求效率、作为优先级更高的效率降低要求的KCS要求效率以及过度爆震要求效率等。
在由效率调停要素24汇集的要求值中，驾驶性能要求效率与其他的效率提升要求一起被输入到最大值选择要素214，它们中的最大值被输入到最大值选择要素218中。此外，ISC要求效率、高响应转矩要求效率和催化剂预热要求效率，与其他的效率降低要求一起被输入到最小值选择要素216，这些中的最小值被输入到最大值选择要素218中。在最大值选择要素218中，在来自最大值选择要素214的输入值和来自最小值选择要素216的输入值中选择最大值并将其输入到最小值选择要素220中。在最小值选择要素220中，在来自最大值选择要素218的输入值和来自最小值选择要素212的输入值中选择最小值。然后，将选择出的值作为最终的效率要求值、即调停后的效率要求值从效率调停要素24输出。
虽然省略具体例子，但在空燃比调停要素26中也进行同样的处理。如先前所述的那样，组合何种要素来构成空燃比调停要素26取决于设计事项，也可以根据设计者的设计思想适当地进行组合。
还从共通信号配送系统50向调停阶层20配送共通发动机信息。虽然在关于上述的调停要素22、24的具体例子中没有利用共通发动机信息，但可以在各调停要素22、24、26中利用共通发动机信息。例如，能够根据发动机的运行条件和/或运行状态来改变调停的规则。但是，如以下说明的那样，不考虑发动机能够实现的范围来改变规则。
根据上述的具体例子可知，在转矩调停要素22中，不将发动机实际上能够实现的上限转矩、下限转矩加进调停中。此外，其他的调停要素24、26的调停结果也不加进调停中。这在效率调停要素24、空燃比调停要素26中也是同样的，不加进发动机能够实现范围的上下限、其他的调停要素的调停结果而进行调停。发动机能够实现范围的上下限根据发动机的运行条件而变化，此外，也根据转矩、效率和空燃比间的关系而变化。因此，若将各要求值调停到发动机能够实现的范围中，则会招致增大计算机的运算负荷。于是，在各调停要素22、24、26中，仅对从要求产生阶层10输出的要求进行汇集来调停。
通过在各调停要素22、24、26中进行以上那样的调停，从而从调停阶层20输出一个转矩要求值、一个效率要求值和一个空燃比要求值。在下个阶层即控制量设定阶层30中，基于这些调停后的转矩要求值、效率要求值和空燃比要求值来设定各致动器42、44、46的控制量。
在控制量设定阶层(相当于本发明的控制量运算部)30中设有一个调整部(相当于本发明的修正部)32和多个控制量运算要素34、36、38。控制量运算要素34、36、38与致动器42、44、46对应设置。在本实施方式中，致动器42设为节气门，致动器44设为点火装置，致动器46设为燃料喷射装置。因此，在连接于致动器42的控制量运算要素34中，作为控制量运算节气门开度。在连接于致动器44的控制量运算要素36中，作为控制量运算点火时期。并且，在连接于致动器46的控制量运算要素38中，作为控制量运算燃料喷射量。
在各控制量运算要素34、36、38中用于运算控制量的数值，从调整部32供给。在调停阶层20进行了调停的转矩要求值、效率要求值和空燃比要求值，首先在调整部32中调整大小。这是因为：如前所述在调停阶层20中发动机能够实现的范围没有被加进到调停中，所以存在不能根据各要求值的大小使发动机适当运行的可能性。
在调整部32中，为了能够使发动机适当运行而对各要求值基于相互关系来进行调整。在相比于控制量设定阶层30更上位的阶层中，转矩要求值、效率要求值和空燃比要求值分别独立地进行运算，在运算相关的要素间不相互使用或者参照运算值。也就是说，在调整部32中转矩要求值、效率要求值、空燃比要求值初次相互参照。若在上位的阶层中调整要求值间的大小，则由于调整对象多会使运算负荷变大。但是，如此在控制量设定阶层30中进行调整的情况下，调整对象被限定为转矩要求值、效率要求值和空燃比要求值这三个，所以调整所需要的运算负荷小就能完成。
如何进行调整取决于设计，关于本发明不限定于调整的内容。但是，在转矩要求值、效率要求值和空燃比要求值之间存在优先顺序的情况下，优选调整(修正)优先级较低的要求值。也就是说，优先级高的要求值直接反映在致动器42、44、46的控制量上，优先级低的要求值在调整后反映在致动器42、44、46的控制量上。由此，在能够使发动机适当运行的范围内，能够可靠地实现优先级高的要求，并且也尽可能地实现优先级低的要求。例如，在转矩要求值是最高优先级的情况下，修正效率要求值和空燃比要求值，在这之中增大优先级较低一方的修正。如果优先顺序根据发动机的运行条件而变化，则基于从共通信号配送系统50配送的共通发动机信息来判定优先顺序，决定修正哪个要求值即可。
在以下中为了能够对调整部32进行更深地理解，列举具体例子进行说明。图4是表示调整部32的构成例的框图。在该例中，对作为发动机的运行模式有效率优先模式和空燃比优先模式，能够根据该运行模式改变所述的优先顺序这样的结构进行说明。运行模式被包含于共通发动机信息中，由共通信号配送系统50向调整部32配送。
在图4所示的结构中，调整部32具备限制效率要求值的上下限的防护部302。在防护部302中，由效率调停要素24调停后的效率要求值被修正到能够使发动机适当运行的范围内。此外，调整部32还具备限制空燃比要求值的上下限的防护部316。在防护部316中，由空燃比调停要素26调停后的空燃比要求值被修正到能够使发动机适当运行的范围内。这两个防护部302、316的上下限值都是可变的，相互连动来改变上下限值。其构造如下所述。
在防护部302的效率上下限值中准备有作为运行模式选择了效率优先模式时的上下限值(效率优先时)和选择了空燃比优先模式时的上下限值(A/F优先时)。通过改变防护部302的限制范围，从而能够调整效率要求值的大小。选择部308根据运行模式选择任意一方的效率上下限值，将选择出的效率上下限值设定给防护部302。
效率优先时的效率上下限值，是全空燃比区域内的最上下限值，存储于存储部304的值被读出。另一方面，A/F优先时的效率上下限值，是在优先的空燃比下能够回避爆震和失火的效率的上下限值，根据发动机转速、目标转矩、气门正时等运行条件从映射图306中读出。向映射图306输入由防护部316处理后的空燃比要求值，以该空燃比要求值为基准来决定效率上下限值。
在防护部316的A/F上下限值中准备有作为运行模式选择了效率优先模式时的上下限值(效率优先时)和选择了空燃比优先模式时的上下限值(A/F优先时)。通过改变防护部316的限制范围，从而能够调整空燃比要求值的大小。选择部322根据运行模式选择任意一方的A/F上下限值，将选择出的A/F上下限值设定给防护部316。
A/F优先时的A/F上下限值，是全效率区域内的最上下限值，存储于存储部318的值被读出。另一方面，效率优先时的A/F上下限值，是在优先的效率下能够回避爆震和失火的空燃比的上下限值，根据发动机转速、目标转矩、气门正时等运行条件从映射图320中读出。向映射图320输入由后述的防护部314处理后的转矩效率，以该转矩效率为基准来决定A/F上下限值。关于转矩效率的定义及其算出方法稍后叙述。
图5是表示使用了映射图306的效率上下限值的设定方法的图。图6是表示使用了映射图320的A/F上下限值的设定方法的图。在各图中在纵轴上取效率，在横轴上取A/F。图中所示的曲线是燃烧分界线，在燃烧分界线下方的区域是不能进行适当运行的NG区域，燃烧分界线根据发动机转速、目标转矩、气门正时等运行条件来决定。
首先，在作为运行模式选择了空燃比优先模式的情况下，如图5所示向映射图输入空燃比要求值α。然后，计算在燃烧分界线上与空燃比要求值α对应的效率的值。该值被设定为空燃比要求值α下的效率下限值。效率上限值使用预先设定的值(例如1)。设定的效率下限值和效率上限值由选择部308设定给防护部302。
接下来，在作为运行模式选择了效率优先模式的情况下，如图6所示向映射图输入转矩效率β。然后，计算在燃烧分界线上与转矩效率β对应的A/F的值。在图所示的情况下，与转矩效率β对应的A/F的值存在大小不同的两个，较大一方的值被设定为转矩效率β下的A/F上限值。此外，较小一方的值被设定为转矩效率β下的A/F下限值。设定的A/F下限值和A/F上限值由选择部322设定给防护部316。
此外，在调整部32中，也能够使用从调停阶层20输入的要求值、和从共通信号配送系统50配送的共通发动机信息来生成新信号。在图4所示例中，在除法运算部312中运算由转矩调停要素22调停后的转矩要求值与包含于共通发动机信息的推定转矩的比。推定转矩是在当前的吸入空气量和空燃比下将点火时期设为MBT的情况下输出的转矩。推定转矩的运算在控制装置的另外的任务中进行。
将由除法运算部312运算出的转矩要求值与推定转矩的比称为转矩效率。该转矩效率由防护部314限制其上下限。向防护部314设置由选择部308选择出的效率上下限值。也就是说，该防护部314的限制范围的设定，与限制效率要求值的上下限的防护部302同样进行设定。
以上处理的结果是，从调整部32输出的信号为转矩要求值、修正效率要求值、修正空燃比要求值、以及转矩效率。在这些信号中，转矩要求值和修正效率要求值被输入到控制量运算要素34中。在控制量运算要素34中，首先，对转矩要求值除以修正效率要求值。因为修正效率要求值是1以下的值，所以通过该除法运算转矩要求值被增大修正。并且，增大修正后的转矩要求值被变换为空气量，根据空气量运算节气门开度。
向控制量运算要素36输入转矩效率作为主要的信号。此外，作为参照信号也输入转矩要求值和修正空燃比要求值。在控制量运算要素36中，根据转矩效率运算相对于MBT的延迟角量。转矩效率越小则延迟角量变为越大的值，结果变为进行转矩降低。在控制量运算要素34中进行的转矩要求值的增大修正，是用于补偿由延迟角引起的转矩降低的处理。在本实施方式中，利用基于转矩效率的点火时期的延迟、和基于效率要求值的转矩要求值的提高，能够实现转矩要求值和效率要求值双方。向控制量运算要素36输入的转矩要求值和修正空燃比要求值，被用于选定用于将转矩效率变换为延迟角量的映射图。并且，根据延迟角量和MBT(或基本点火时期)来运算最终的点火时期。
向控制量运算要素38输入修正空燃比要求值。在控制量运算要素38中，根据修正空燃比要求值和向气缸内的吸入空气量来运算燃料喷射量。吸入空气量被包含于共通发动机信息，从共通信号配送系统50配送到控制量运算要素38。
如以上说明的那样，在本实施方式的控制装置中，分别以转矩、效率和空燃比的任一数值来表现关于作为发动机的功能的驾驶性能、排气气体和燃料经济性的要求。转矩、效率和空燃比是决定发动机的输出的三要素，所以使用这些物理量来表现关于所述功能的要求，基于对它们进行汇集并调停后的转矩要求值、效率要求值和空燃比要求值来运算各致动器42、44、46的控制量，由此，能够适当地控制各致动器42、44、46的动作使得在发动机的输出中反映要求。
根据本实施方式的控制装置，能够容易地追加实现的功能。在图7的框图中，示出了作为新功能追加了关于爆震的功能的情况的结构。在图7所示的结构中，在要求产生阶层10中追加设置与新功能对应的要求输出要素72。关于爆震的要求，在决定发动机的输出的三要素(转矩、效率和空燃比)中能够以效率来表现，所以从要求输出要素72输出的要求值被输入到效率调停要素24中。
从要求产生阶层10向调停阶层20的信号的传递是单向的，而且在要求产生阶层10中在同一阶层内的要素间不进行信号的传递，所以不会由于追加新的要求输出要素72而使其他的要素的设计改变。从追加的要求输出要素72输出的要求值，与从其他的要求输出要素12、14、16输出的要求值一起在效率调停要素24中进行汇集并被调停为一个效率要求值。
效率调停要素24，只是按照预先确定的规则进行调停，所以即使汇集的要求值的数量增加，与之伴随的运算负荷的增加也是微小的。此外，从调停阶层20向控制量设定阶层30输出的是转矩要求值、效率要求值和空燃比要求值这三者，这一点没有改变，所以控制量设定阶层30的运算负荷也不会增加。也就是说，根据本实施方式的控制装置，能够不增大计算机的运算负荷而追加实现的发动机的功能。
此外，根据本实施方式的控制装置，也容易追加用于控制发动机的致动器。在图8的框图中，示出了作为新致动器追加了使进气门的最大升程量可变的升程量可变机构的情况的结构。如该图所示，在追加新致动器(升程量可变机构)76的情况下，只要在控制量设定阶层30中追加设置与其对应的控制量运算要素74并将其连接于调整部32即可。在控制量运算要素74中，使用从调整部32输出的信号来运算进气门的升程量。从调整部32向各控制量运算要素的信号的传递是单向，而且在控制量运算要素间不进行信号的传递，所以不会由于追加新的控制量运算要素74而使其他的要素的设计改变。
实施方式2
接下来，使用附图对本发明的实施方式2进行说明。作为本发明的实施方式2的发动机的控制装置，如在图9的框图中示出的那样构成。在图9中，对与实施方式1共通的要素标记相同的符号。在以下中，省略或者简化关于与实施方式1共通的要素的说明，对本实施方式的特征部分进行重点说明。
本实施方式的控制装置，在各要求输出要素12、14、16的动作上具有特征。各要求输出要素12、14、16，关于以效率或空燃比表现的项目仅在产生了与各个标准要求不同的要求的情况下输出要求值。此外，在控制量设定阶层30内、更详细地说是在调整部32内，设置存储有效率要求值和空燃比要求值的各个标准值的存储部62。各标准值与发动机的运行条件、运行状态相关联地以映射图的形式被存储。调整部32，在没有从效率调停要素24输出效率要求值的情况、没有从空燃比调停要素26输出空燃比要求值的情况下，代用存储于存储部62的标准值来实施运算。
在决定发动机的输出的三要素(转矩、效率和空燃比)之中，转矩要求在发动机控制中是必须的要求并一直处于变动中。与此相对，效率要求和空燃比要求通常维持恒定没有变化，多数情况下仅在发生了某种事态的情况下变化。因此，关于效率要求、空燃比要求仅在与标准要求不同的情况下输出要求值，在标准要求下使用所述标准值进行运算，由此能够降低控制装置中的运算负荷，特别是降低要求产生阶层10、调停阶层20中的运算负荷。在该情况下，在各致动器42、44、46的控制量的运算中使用标准值来代替，所以也能够使各致动器42、44、46适当地动作使得在发动机的运行中不发生故障。
实施方式3
接下来，使用附图对本发明的实施方式3进行说明。作为本发明的实施方式3的发动机的控制装置，如在图10的框图中示出的那样构成。在图10中，对与实施方式1共通的要素标记相同的符号。在以下中，省略或者简化关于与实施方式1共通的要素的说明，对本实施方式的特征部分进行重点说明。
本实施方式的控制装置，在效率调停要素24和空燃比调停要素26的构成上具有特征。效率调停要素24具备存储部64，该存储部64关于预定从要求输出要素12、14、16输出要求值的各项目存储有各个标准值。各标准值与发动机的运行条件、运行状态相关联地以映射图的形式被存储。效率调停要素24，关于不从要求输出要素12、14、16输出要求值的项目，使用存储的标准值来调停效率要求值。
空燃比调停要素26具备存储部66，该存储部66关于预定从要求输出要素14、16输出要求值的各项目存储有各个标准值。各标准值与发动机的运行条件、运行状态相关联地以映射图的形式被存储。空燃比调停要素26，关于不从要求输出要素14、16输出要求值的项目，使用存储的标准值来调停空燃比要求值。
各要求输出要素12、14、16，关于以效率或空燃比表现的项目，仅在产生了与各个标准要求不同的要求的情况下输出要求值。如此仅在产生了与标准要求不同的要求的情况下输出要求值，在标准要求下使用所述标准值进行调停要素24、26中的调停，由此能够降低控制装置中的运算负荷，特别是降低要求产生阶层10中的运算负荷。此外，因为从调停要素24、26可靠地输出效率要求值和空燃比要求值，所以也能够使各致动器42、44、46适当地动作使得在发动机的运行中不发生故障。
其他
在本发明中作为控制对象的致动器不限定于节气门、点火装置、燃料喷射装置、升程量可变机构。例如，也能够将气门正时可变机构(VVT)和/或外部EGR装置设为控制对象的致动器。在具备气缸停止机构和/或压缩比可变机构的发动机中，也能够将这些机构设为控制对象的致动器。在具备带有电机辅助涡轮增压器(MAT)的发动机中，也可以使用MAT作为控制对象的致动器。此外，因为利用交流发电机等由发动机驱动的辅机也能够间接地控制发动机的输出，所以也能够使用这些辅机作为致动器。
此外，本发明没有限定于上述的实施方式，而是能够在不脱离本发明旨意的范围内进行各种变形来实施。例如，在上述的实施方式中利用共通信号配送系统配送关于发动机的运行条件和运行状态的信号(共通发动机信息)，但也可以与要求值一起在阶层内从上位的阶层向下位的阶层配送。在该情况下，与使用共通信号配送系统的情况相比阶层间的信号的传递量变大。但是，因为信号的传递方向是单向的，所以防止了运算负荷变得过大。
Claims (9)
1.一种内燃机的控制装置，其特征在于，具备：
与内燃机的动作相关的多个致动器；
要求输出部，其将与所述内燃机的各种性能相关的要求分别以转矩、效率或空燃比的任一物理量进行表现并输出；
转矩调停部，其对在从所述要求输出部输出的多个要求值中以转矩表现的要求值进行汇集，按照预先确定的规则调停为一个转矩要求值；
效率调停部，其对在所述多个要求值中以效率表现的要求值进行汇集，按照预先确定的规则调停为一个效率要求值；
空燃比调停部，其对在所述多个要求值中以空燃比表现的要求值进行汇集，按照预先确定的规则调停为一个空燃比要求值；以及
控制量运算部，其基于从所述的各调停部输出的转矩要求值、效率要求值和空燃比要求值来运算所述的各致动器的控制量。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述各种性能中包含有与驾驶性能相关的性能、与排气气体相关的性能、和与燃料消耗相关的性能。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述多个致动器中包含有调整所述内燃机的吸入空气量的致动器、调整所述内燃机的点火正时的致动器、和调整所述内燃机的燃料喷射量的致动器。
4.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述控制装置具备修正部，该修正部对从所述的各调停部输出的转矩要求值、效率要求值和空燃比要求值的至少一方进行修正，使得由转矩要求值、效率要求值和空燃比要求值的关系确定的燃烧条件纳入燃烧界限内。
5.根据权利要求4所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述修正部，不修正转矩要求值而修正效率要求值和空燃比要求值的任一方。
6.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述控制量运算部包括存储部，该存储部存储有效率要求值和空燃比要求值的各自的标准值，
所述控制量运算部被构成为：在没有从所述效率调停部输出效率要求值的情况下、在没有从所述空燃比调停部输出空燃比要求值的情况下，使用存储的标准值来运算所述的各致动器的控制量。
7.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述效率调停部包括存储部，该存储部关于预定从所述要求输出部向所述效率调停部输出要求值的各项目存储有各自的标准值，
所述效率调停部被构成为：关于没有从所述要求输出部输出要求值的项目，使用存储的标准值来调停效率要求值。
8.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述空燃比调停部包括存储部，该存储部关于预定从所述要求输出部向所述空燃比调停部输出要求值的各项目存储有各自的标准值，
所述空燃比调停部被构成为：关于没有从所述要求输出部输出要求值的项目，使用存储的标准值来调停空燃比要求值。
9.根据权利要求6所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
在与所述各种性能相关的要求中以效率表现的项目和以空燃比表现的项目之中，分别预先确定有成为标准的要求，
所述要求输出部被构成为：关于以效率或空燃比表现的项目，仅在存在与各自的标准要求不同的要求的情况下输出要求值。
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