CN102052184B - 具有用于致动器控制的算法的发动机控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种应用于机动车中的发动机控制装置。这种发动机控制装置装备有燃烧参数或受控变量算术表达式的至少一个。燃烧参数算术表达式定义获得发动机输出相关值比如废气排放的所需值所需的发动机的燃烧状况。受控变量算术表达式定义如何操作致动器以使发动机的操作符合发动机的期望燃烧状况。燃烧参数或受控变量算术表达式的使用实现了发动机输出相关值与所需值的同时符合而没有与燃烧状况相关的燃烧参数之间的相互干涉。这种发动机控制装置还工作来基于空气相关燃烧参数的响应延迟来校正燃料喷射相关燃烧参数的目标值，从而确保准确地获得发动机输出相关值的所需值。

Description

具有用于致动器控制的算法的发动机控制系统
技术领域
本发明总体上涉及一种发动机控制系统，其可应用于机动车辆中并且设计来使用一种算法来控制致动器比如燃料喷射器和EGR(废气再循环)阀的操作以调节内燃机中燃料的燃烧状况以及还控制发动机的输出特性。
背景技术
发动机控制系统是已知的，其决定受控变量，比如将喷射入发动机的燃料量(也称为喷射量)、喷射定时、将被返回至发动机入口的一部分废气的量(以下也称为EGR量)、升压、进气量、点火定时、以及进气和排气阀的开闭定时，以将发动机输出相关值，比如废气排放(例如NOx或CO)的量，由发动机输出的扭矩、或者特定燃料消耗(或者燃料效率)带至与所需值相符合。
大多发动机控制系统装备有控制映射图，其存储对于与发动机输出相关的相应所需值而言例如将喷射入发动机的目标燃料量的最佳值。控制映射图一般通过由发动机制造商执行的适应性试验来制得。发动机控制系统工作来使用控制映射图计算符合与发动机输出相关的所需值所需的受控变量并将指令信号输出至相应致动器以获得受控变量。
控制映射图的制作需要巨大数目的适应性试验，因此适应性试验总共消耗显著量的时间。适应性试验工作和映射图制作工作因此给控制系统制造商带来沉重的负担。尤其，在控制映射图针对每种环境状况比如发动机冷却剂的温度和室外气温制作时，需要大量的适应性试验，这将对控制系统制造商构成沉重的负担。
适应性试验一般对于每个不同的发动机输出相关值执行。这很可能导致不同类型受控变量之间的干涉，在一个发动机输出相关值达到其所需值时，另一发动机输出相关值偏离其所需值，而在这个另一发动机输出相关值被带至所需值时，前述一个发动机输出相关值就偏离其所需值。因此非常难以将不同类型的发动机输出相关值同时带入与目标值相符合。
日本专利首次公开No.2008-223643和No.2007-77935公开了一种发动机控制系统，其基于发动机要输出的扭矩值计算发动机气缸中的目标压力值(即燃烧参数)并调节进气和排气阀的开闭定时和要喷射入发动机的燃料量(即致动器的受控变量)以将缸内压力带至与目标值相符合。
然而，上述发动机控制系统也需要通过适应性试验对发动机输出扭矩的各个所需值实验性地取样缸内压力的最佳值以制作控制映射图，这将消耗大量时间。发动机控制系统还面对关于不同类型受控变量之间干涉的问题，因为当发动机的实际输出扭矩达到所需值时，另一发动机输出相关值比如NOx量偏离目标值，而当这个另一发动机输出相关值达到目标值时，实际输出扭矩偏离所需值。因而难以将不同类型的发动机输出相关值同时带至与目标值相符合。我们也发现难以根据发动机的操作状况将发动机输出相关值的实际值准确地带至与所需值相符合。
发明内容
因此，本发明的目标是提供一种发动机控制装置，其构造为降低关于适应性试验工作和映射图制作工作的负担和改进将多个发动机输出相关值同时且准确地带至与所需或目标值相符合的可控制性。
根据本发明的一个方面，提供了一种可应用于机动车中的发动机控制装置。这种发动机控制装置包括：(a)存储设备，在其中存储定义多种类型与内燃机的输出特性相关的发动机输出相关值和多种类型与内燃机的燃烧状况相关的燃烧参数之间的相关性的燃烧参数算术表达式，燃烧参数被分为多个根据燃料喷射入内燃机的状况而变化的燃料喷射相关燃烧参数以及至少一个根据内燃机中的空气状况而变化的空气相关燃烧参数；(b)燃烧目标值计算器，其使用存储于存储设备中的燃烧参数算术表达式来计算与发动机输出相关值的所需值相应的燃烧参数的目标值的组合；(c)受控变量指令值计算器，其基于由燃烧目标值计算器得到的燃烧参数的目标值的组合计算指令值，指令值提供来调节致动器的受控变量，致动器工作来控制内燃机的燃烧状况以获得内燃机的输出特性的期望值；以及(d)安装在燃烧目标值计算器中的燃料喷射相关燃烧参数校正器。燃料喷射相关燃烧参数校正器工作来基于空气相关燃烧参数的实际值响应于其目标值变化而变化的响应延迟来校正燃料喷射相关燃烧参数的目标值。
存储设备、燃烧目标值计算器和受控变量指令值计算器提供了以下优点。
燃烧参数算术表达式如上所述定义发动机输出相关值和燃烧参数之间的相关性。发动机输出相关值的实际值与其所需值的符合因此可通过将内燃机的燃烧状况朝着如通过将发动机输出相关值的所需值代入燃烧参数算术表达式而得到的燃烧参数的值带来获得。换言之，燃烧参数算术表达式描述了其中内燃机将置于发动机输出相关值的燃烧状况的关系。发动机输出相关值的所需值因此通过将由燃烧参数算术表达式计算的值确定为燃烧参数的目标值并控制致动器的操作以符合目标值来实现。燃烧参数算术表达式可通过如图1(b)所示的行列式或如图1(a)所示的模型来实施。
燃烧参数算术表达式可定义例如NOx量、PM(颗粒物质)的量、发动机输出扭矩等(即发动机输出相关值)与例如点火定时、点火延迟等(即燃烧参数)之间的相关性。换言之，燃烧参数算术表达式不定义发动机输出和点火定时之间的一一对应关系，而是定义需要满足所有输出扭矩、NOx量和PM量的所需值的点火定时和点火延迟的值的组合。
基本上，燃烧参数算术表达式用来定义获得发动机输出相关值的所需值所需的给定数目或所有可能的燃烧参数(例如点火定时和点火延迟)与发动机输出相关值(例如输出扭矩、NOx量和PM量)的组合。
本发明的发动机控制装置如上所述工作来使用燃烧参数算术表达式计算与发动机输出相关值的所需值相应的燃烧参数的目标值的组合并计算符合目标值的组合所需的致动器的指令值。与本申请引言部分所涉及的公开物不同，这消除了对于通过适应性试验发现燃烧参数的最佳值与发动机输出相关值的关系的需要，从而降低了发动机控制装置制造商的适应性试验工作和映射图制作工作的负担。
如果燃烧参数的目标值相对于发动机输出相关值彼此独立地确定，可能会导致以下的相互干涉。特别地，当与一个燃烧参数的目标值相应的一个发动机输出相关值达到其所需值时，另一发动机输出相关值偏离其所需值，而在所述另一发动机输出相关值被带入与其所需值相符合时，所述一个发动机输出相关值偏离其所需值。因此非常难以将不同类型的发动机输出相关值同时带入与目标值相符合。相反，本发明的发动机控制装置计算与发动机输出相关值的所需值相应的燃烧参数的目标值的组合并控制致动器的操作以获得目标值，从而避免由于燃烧参数之间的相互干涉所引起的可控性恶化并实现发动机输出相关值与其所需值的同时符合，这改进了发动机控制装置的可控性。
燃料喷射相关燃烧参数校正器提供了以下优点。
空气相关燃烧参数的实际值响应于其目标值变化而变化比燃料喷射相关燃烧参数缓慢。因而，当在通过燃烧参数算术表达式计算用于这个控制循环的空气相关燃烧参数的目标值中空气相关燃烧参数的最近测量值错误地确定为已经与如在前一控制循环中得到的其最近目标值相符合时，可能会导致发动机输出相关值的实际值与其所需值的较大偏差。
为了减轻以上问题，发动机控制装置设计为基于空气相关燃烧参数的实际值相对于其目标值变化的响应延迟来校正燃料喷射相关燃烧参数的目标值，尤其是当燃烧参数的目标值在发动机的瞬态操作期间改变时，从而最小化发动机输出相关值的实际值与其目标值的符合中的错误。
在本发明的优选模式中，存储设备可在其中存储燃料喷射相关校正算术表达式，燃料喷射相关校正算术表达式定义作为燃料喷射相关燃烧参数将要校正的量的校正量和响应延迟之间的相关性。燃料喷射相关燃烧参数校正器可使用燃料喷射相关校正算术表达式基于响应延迟计算用于燃料喷射相关燃烧参数的目标值的校正量。这便于易于确定燃料喷射相关燃烧参数将要校正的量以补偿响应延迟。
燃料喷射相关燃烧参数校正器可使用单个校正因子校正所有燃料喷射相关燃烧参数的目标值。这使得与为每个燃料喷射相关燃烧参数确定一个校正量的情况相比减少了计算校正量的负担。
存储设备还可在其中存储定义燃烧参数和受控变量之间相关性的受控变量算术表达式。受控变量指令值计算器可使用受控变量算术表达式来计算与燃烧参数的目标值相应的用于受控变量的指令值的组合。
受控变量算术表达式如上所述定义燃烧参数和致动器的受控变量之间的相关性。燃烧参数的实际值与其目标值的符合因此可通过控制致动器的操作以获得如通过将燃烧参数的目标值代入受控变量算术表达式所得到的受控变量的所需值来实现。换言之，受控变量算术表达式表达如何操作致动器以满足发动机的期望燃烧状况。燃烧参数的目标值因此通过基于从受控变量算术表达式计算的值确定指令值并将指令值输出至致动器来实现。受控变量算术表达式可通过如图1(c)所示的行列式或如图1(a)所示的模型实施。
发动机控制装置因此还工作来使用燃烧参数算术表达式和受控变量算术表达式来定义发动机输出相关值和燃烧参数之间以及燃烧参数和受控变量之间的相关性，从而得出如何操作致动器以得到发动机的期望燃烧状况并发现与发动机输出状况相关的燃烧状况。这意味着燃烧参数用作获得发动机输出相关值和受控变量之间相关性的中间参数。
发动机输出相关值与其所需值的同时符合因此通过基于发动机输出相关值的所需值借助于燃烧参数算术表达式计算燃烧参数的目标值、借助于受控变量算术表达式产生与计算的目标值相应的用于受控变量的指令值、以及借助于指令值控制致动器的操作来实现。
发动机控制装置还可包括发动机输出反馈控制回路，其反馈发动机输出相关值的实际或计算值与其所需值的偏差至燃烧参数的目标值的计算中。发动机输出相关值的实际值可直接由传感器测量。发动机输出相关值的计算值可由模型得到。
发动机的燃烧状况(即燃烧参数)与输出状况(即发动机输出相关值)的相关性将随着环境状况比如发动机冷却剂的温度或外界气温的变化而变化。如对于每种环境状况由燃烧参数算术表达式得到的目标值的校正需要适应性试验以预定目标值将要校正的量。这导致了制造商的适应性试验工作和映射图制作工作的负担。
为了避免以上缺点，本发明的发动机控制装置计算燃烧参数的目标值以在反馈模式下消除发动机输出相关值的实际或计算值与其所需值的偏差，因此得到适应环境状况变化的目标值。这消除了对于进行适应性试验以发现校正量的需要，从而降低制造商的适应性试验工作和映射图制作工作的负担。
发动机控制装置还可包括燃烧参数反馈控制回路，其反馈燃烧参数的实际或计算值与其目标值的偏差以计算用于受控变量的指令值。燃烧参数的实际值可直接由传感器测量。燃烧参数的计算值可由模型得到。
显示如何操作致动器以满足发动机的期望燃烧状况的燃烧参数和受控变量之间的相关性将随着环境状况比如发动机冷却剂的温度或外界气温的变化而变化。如对于每种环境状况通过受控变量算术表达式得到的指令值的校正需要适应性试验以预定指令值将要校正的量。这导致了制造商的适应性试验工作和映射图制作工作的负担增加。
为了避免以上缺点，发动机控制装置计算用于受控变量的指令值以在反馈模式下消除燃烧参数的实际或计算值与其目标值的偏差，因此得到适应环境状况变化的指令值。这消除了对于进行适应性试验以发现校正量的需要，从而降低制造商的适应性试验工作和映射图制作工作的负担。
例如，空气相关燃烧参数是发动机气缸中的空气量、发动机气缸中的氧气(O2)浓度、发动机气缸中的温度、发动机气缸中的压力等中的至少一个。这种空气相关燃烧参数根据喷射入发动机的燃料状况而稍微变化，但是严重依赖于发动机中的空气状况。
例如，燃料喷射相关燃烧参数是点火定时和作为燃料开始喷射和燃料开始点火之间所需时间的点火延迟等。这些燃料喷射相关燃烧参数根据发动机中的空气状况稍微改变，但是严重依赖于喷射入发动机的燃料状况。
发动机输出相关值表示与内燃机的废气排放相关的物理量、与内燃机的输出扭矩相关的物理量、与燃料消耗相关的物理量、以及与内燃机的燃烧噪音相关的物理量中的至少两个。
例如，与废气排放相关的物理量是NOx量、PM量、CO量、或HC量。与发动机的输出扭矩相关的物理量是从发动机自身输出的扭矩或发动机速度。与燃烧噪音相关的物理量是燃烧噪音本身或发动机的机械振动。这些各种物理量可例举为发动机输出相关值并大致分为废气排放、输出扭矩、燃料消耗和燃烧噪音。这四种发动机输出相关值置于彼此干涉。发动机控制装置因此非常有效地处理这些发动机输出相关值。
发动机输出相关值还可包括NOx量、PM量、CO量和HC量中的至少两个。与这种废气排放相关的发动机输出相关值更可能具有折中关系。发动机控制装置因此非常有效地处理这些发动机输出相关值。
受控变量可包括燃料喷射量、燃料喷射定时、燃料喷射次数、燃料供应压力、EGR量、增压压力以及进气和排气阀的开闭定时中的至少两个。这些受控变量是用于发动机控制系统中的典型变量并且更可能彼此间相互干涉。受控变量算术表达式的使用因此最小化了这些受控变量之间的相互干涉。
根据本发明的第二个方面，提供了一种发动机控制装置，其包括：(a)燃烧目标值计算器，其基于指示内燃机输出特性的发动机输出相关值计算与内燃机的燃烧状况相关的燃烧参数的目标值，燃烧参数被分为多个根据燃料喷射入内燃机的状况而变化的燃料喷射相关燃烧参数以及至少一个根据内燃机中的空气状况而变化的空气相关燃烧参数；(b)存储设备，在其中存储定义燃烧参数和工作来控制内燃机燃烧状况的致动器的受控变量之间相关性的受控变量算术表达式，受控变量被分为多个影响燃料喷射入内燃机气缸的状况的燃料喷射相关受控变量以及至少一个影响内燃机气缸中的空气状况的空气相关受控变量；(c)受控变量指令值计算器，其使用存储于存储设备中的受控变量算术表达式来计算与燃烧参数的目标值相应的指令值的组合，指令值提供来调节致动器的受控变量，用以获得内燃机的输出特性的期望值；以及(d)安装在受控变量指令值计算器中的燃料喷射相关受控变量校正器。燃料喷射相关受控变量校正器工作来基于空气相关燃烧参数的实际值响应于其目标值变化的变化中的响应延迟来校正燃料喷射相关受控变量的指令值。
受控变量算术表达式如上所述定义燃烧参数和致动器的受控变量之间的相关性。燃烧参数的实际值与其目标值的符合因此可通过控制致动器的操作以实现如通过将燃烧参数的目标值代入受控变量算术表达式而得到的受控变量的所需值来实现。换言之，受控变量算术表达式表达如何操作致动器以满足发动机的期望燃烧状况。燃烧参数的目标值因此通过基于从受控变量算术表达式计算的值确定指令值并将指令值输出至致动器来实现。受控变量算术表达式可通过如图1(c)所示的行列式或如图1(a)所示的模型实现。
受控变量算术表达式可定义点火定时、点火延迟等(即燃烧参数)和喷射量、EGR量、增压压力等(即受控变量)的相关性。换言之，受控变量算术表达式不定义例如点火定时和喷射量之间的一一对应关系，而是显示如何选择例如喷射量、EGR量和增压压力的组合以满足点火定时和点火延迟的所有目标值。
基本上，受控变量算术表达式用来定义获得燃烧参数的目标值所需的给定数目或所有可能的受控变量与燃烧参数的组合。
发动机控制装置如上所述工作来使用受控变量算术表达式计算与燃烧参数的目标值相应的用于受控变量的指令值的组合，从而消除了对于通过适应性试验发现受控变量的最佳值与燃料参数的关系的需要，从而降低了制造商的适应性试验工作和映射图制作工作的负担。
如果用于受控变量的指令值相对于燃料参数而言彼此独立地确定，可能会导致以下相互干涉。特别地，当与一个受控变量的指令值相应的一个燃料参数已经达到其目标值时，另一个燃料参数偏离其目标值，而当所述另一个燃料参数被带入与其目标值相符合时，所述一个燃料参数偏离其目标值。相反，发动机控制装置计算与燃烧参数的目标值相应的受控变量的指令值的组合并基于指令值的组合控制致动器的操作，从而避免由于燃烧参数之间的相互干涉所引起的可控性恶化并实现燃烧参数与其目标值的同时符合，这改进了发动机控制装置的可控性。
燃料喷射相关受控变量校正器提供了以下优点。
空气相关燃烧参数的实际值响应于其目标值变化而变化比燃料喷射相关燃烧参数缓慢。因而，当在通过燃烧参数算术表达式计算用于这个控制循环的空气相关燃烧参数的目标值中空气相关燃烧参数的最近测量值错误地确定为已经与如在前一控制循环中得到的其最近目标值相符合时，可能会导致发动机输出相关值的实际值与其所需值的较大偏差。
为了减轻以上问题，发动机控制装置设计为基于空气相关燃烧参数的实际值相对于其目标值变化的响应延迟来校正燃料喷射相关受控变量的指令值，尤其是当燃烧参数的目标值在发动机的瞬态操作期间改变时，从而最小化发动机输出相关值的实际值与其目标值的符合中的误差。
在本发明的优选模式中，存储设备可在其中存储受控变量校正算术表达式，受控变量校正算术表达式定义作为燃料喷射相关受控变量将要校正的量的校正量和响应延迟之间的相关性。燃料喷射相关受控变量校正器使用受控变量校正算术表达式基于响应延迟计算用于燃料喷射相关受控变量的指令值的校正量。这便于易于确定燃料喷射相关受控变量将要校正以补偿响应延迟的量。
燃料喷射相关受控变量校正器可使用单个校正因子校正所有燃料喷射相关受控变量的指令值。这使得与为每个燃料喷射相关燃烧参数确定一个校正量的情况相比减少计算校正量的负担。
存储设备还可在其中存储定义发动机输出相关值和燃烧参数之间相关性的燃烧参数算术表达式。受控变量指令值计算器使用燃烧参数算术表达式来计算与发动机输出相关值的所需值相应的燃烧参数的目标值的组合。
发动机控制装置如上所述还工作来使用燃烧参数算术表达式计算与发动机输出相关值的所需值相应的燃烧参数的目标值的组合并计算满足目标值的组合所需的用于致动器的指令值。与本申请引言部分所涉及的公开物不同，这消除了对于通过适应性试验发现燃烧参数的最佳值与发动机输出相关值的关系的需要，从而降低了发动机控制装置制造商的适应性试验工作和映射图制作工作的负担。
发动机控制装置计算与发动机输出相关值的所需值相应的燃烧参数的目标值的组合并控制致动器的操作以实现目标值，从而避免由于燃烧参数之间的相互干涉所引起的可控性恶化并实现发动机输出相关值与其所需值的同时符合，这使得发动机控制装置的可控性得到改进。
发动机控制装置还工作来使用燃料参数算术表达式和和受控变量算术表达式来定义发动机输出相关值和燃烧参数之间以及燃烧参数和受控变量之间的相关性，从而得出如何操作致动器以得到发动机的期望燃烧状况并发现与发动机输出状况相关的燃烧状况。这意味着燃烧参数用作获得发动机输出相关值和受控变量之间相关性的中间参数。发动机输出相关值与其所需值的同时符合因此通过基于发动机输出相关值的所需值借助于燃烧参数算术表达式计算燃烧参数的目标值、借助于受控变量算术表达式产生与计算的目标值相应的用于受控变量的指令值、以及借助于指令值控制致动器的操作来实现。
发动机控制装置还可包括发动机输出反馈控制回路，其反馈发动机输出相关值的实际或计算值与其所需值的偏差至燃烧参数的目标值的计算中。发动机输出相关值的实际值可直接由传感器测量。发动机输出相关值的计算值可由模型得到。
燃烧状况(即燃烧参数)与发动机的输出状况(即发动机输出相关值)的相关性将随着环境状况比如发动机冷却剂的温度或外界气温的变化而变化。如对于每种环境状况由燃烧参数算术表达式得到的目标值的校正需要适应性试验以预定目标值将要校正的量。这导致了制造商的适应性试验工作和映射图制作工作的负担。
为了避免以上缺点，本发明的发动机控制装置计算燃烧参数的目标值以在反馈模式下消除发动机输出相关值的实际或计算值与其所需值的偏差，因此得到适应环境状况变化的目标值。这消除了对于进行适应性试验以发现校正量的需要，从而降低制造商的适应性试验工作和映射图制作工作的负担。
发动机控制装置还可包括燃烧参数反馈控制回路，其反馈燃烧参数的实际或计算值与其目标值的偏差以计算受控变量的指令值。燃烧参数的实际值可直接由传感器测量。燃烧参数的计算值可由模型得到。
显示如何操作致动器以满足发动机的期望燃烧状况的燃烧参数和受控变量之间的相关性将随着环境状况比如发动机冷却剂的温度或外界气温的变化而变化。如对于每种环境状况由受控变量算术表达式得到的指令值的校正需要适应性试验以预定指令值将要校正的量。这导致了制造商的适应性试验工作和映射图制作工作的负担。
为了避免以上缺点，发动机控制装置计算用于受控变量的指令值以在反馈模式下消除燃烧参数的实际或计算值与其目标值的偏差，因此得到适应环境状况变化的指令值。这消除了对于进行适应性试验以发现校正量的需要，从而降低制造商的适应性试验工作和映射图制作工作的负担。
例如，空气相关燃烧参数是发动机气缸中的空气量、发动机气缸中的氧气(O2)浓度、发动机气缸中的温度、发动机气缸中的压力等中的至少一个。这种空气相关燃烧参数根据喷射入发动机的燃料状况而稍微变化，但是严重依赖于发动机中的空气状况。
例如，燃料喷射相关燃烧参数是点火定时和作为燃料开始喷射和燃料开始点火之间所需时间的点火延迟等。这些燃料喷射相关燃烧参数根据发动机中的空气状况稍微改变，但是严重依赖于喷射入发动机的燃料状况。
发动机输出相关值代表与内燃机的废气排放相关的物理量、与内燃机的输出扭矩相关的物理量、与燃料消耗相关的物理量、以及与内燃机的燃烧噪音相关的物理量中的至少两个。
例如，与废气排放相关的物理量是NOx量、PM量、CO量、或HC量。与发动机的输出扭矩相关的物理量是从发动机自身输出的扭矩或发动机速度。与燃烧噪音相关的物理量是燃烧噪音本身或发动机的机械振动。这些各种物理量可例举为发动机输出相关值并大致分为废气排放、输出扭矩、燃料消耗和燃烧噪音。这四种发动机输出相关值置于彼此干涉。发动机控制装置因此非常有效地处理这些发动机输出相关值。
发动机输出相关值还可包括NOx量、PM量、CO量和HC量中的至少两个。与这种废气排放相关的发动机输出相关值更可能具有折中关系。发动机控制装置因此非常有效地处理这些发动机输出相关值。
受控变量可包括燃料喷射量、燃料喷射定时、燃料喷射次数、燃料供应压力、EGR量、增压压力以及进气或排气阀的开闭定时中的至少两个。这些受控变量是用于发动机控制系统中的典型变量并且更可能彼此间相互干涉。受控变量算术表达式的使用因此最小化了这些受控变量之间的相互干涉。
附图说明
从下面给出的详细描述和本发明优选实施例的附图中将能更完全地理解本发明，然后附图不应当用来将本发明限制于具体实施例而是仅用于解释和理解的目的。
在附图中：
图1(a)是示出根据第一实施例的发动机控制系统的框图；
图1(b)是表示用作燃烧参数算术表达式的行列式的图示；
图1(c)是表示用作受控变量算术表达式的行列式的图示；
图2是将由图1(a)的发动机控制系统执行的发动机控制程序的流程图；
图3(a)是示出如由图1(a)至1(c)中的燃烧参数算术表达式和受控变量算术表达式所定义的相关性的解释图；
图3(b)是举例说明如由图3(a)的受控变量算术表达式所定义的相关性的图示；
图3(c)是举例说明如由图3(a)的燃烧参数算术表达式所定义的相关性的图示；
图4是表示燃烧参数对发动机输出相关值的影响的解释图；
图5(a)是举例说明发动机输出相关值的变化的视图；
图5(b)是举例说明内燃机的冷却剂的温度变化的视图；
图5(c)是举例说明燃烧参数的变化的视图；
图5(d)是举例说明发动机输出相关值的变化的视图；
图6(a)和6(b)是显示发动机输出相关值的所需值中的变化的时间图；
图6(c)是表示空气相关燃烧参数的目标值的变化的时间图；
图6(d)是表示燃料喷射相关燃烧参数的目标值的变化的时间图；
图7(a)是详细示出图1(b)的燃烧参数算术表达式以校正第一实施例中燃料喷射相关燃烧参数的视图；
图7(b)是示出校正燃料喷射相关燃烧参数的变型的视图；
图8(a)至8(c)示出根据第二实施例如何校正燃料喷射相关燃烧参数；
图9示出根据第三实施例如何校正燃料喷射相关燃烧参数；
图10示出根据第四实施例如何校正燃料喷射相关受控变量的指令值；
图11示出根据第五实施例如何校正燃料喷射相关受控变量的指令值；并且
图12是示出根据第六实施例的发动机控制系统的框图。
具体实施方式
参照附图，其中相同的参考数字在数个附图中涉及相同的部件，尤其参照图1(a)，其中示出了根据第一实施例的设计来控制机动车的内燃机10的操作的发动机控制系统。下面的描述作为示例将涉及一种自点火柴油机，其中燃料在高压下喷射入四个气缸#1至#4。
图1(a)是由电控单元(ECU)10a实施的发动机控制系统的框图，其工作来控制多个致动器11的操作以调节发动机10的燃料燃烧状况用以使发动机10的输出特性与期望特性相符合。
安装在燃料系统中的致动器11是例如将燃料喷射入发动机10的燃料喷射器以及控制将供入燃料喷射器的燃料的压力的高压泵。ECU 10a工作来计算表示目标受控变量(即将被高压泵吸入并排出的目标燃料量)的指令值并将其以指令信号的形式输出至高压泵从而控制将喷射入发动机10的燃料的压力。ECU 10a还确定表示目标受控变量的指令值，即要从每个燃料喷射器喷射的目标燃料量(即喷射持续时间)、每个燃料喷射器开始喷射燃料的目标喷射定时、以及在包括进气或吸气、压缩、燃烧和排出的每个发动机操作循环(即四冲程循环)中每个燃料喷射器将喷射燃料并将它们以指令信号的形式输出至燃料喷射器的次数。
安装在入口系统中的致动器11例如是EGR(废气再循环)阀，其控制从发动机10发出的将返回至发动机10的入口端的一部分废气的量(以下也称为EGR量)、可变地调节增压压力的可变控制增压器的操作、控制将引入发动机10的气缸的新鲜空气的量的节流阀的操作、以及设置发动机10的进气和排气阀的开闭定时并调节进气和排气阀的提升量的阀控制机构的操作。ECU 10a工作来计算表示目标受控变量(即EGR量、增压压力、新鲜空气量、开闭定时以及进气和排气阀提升量的目标值)的指令值并将它们以指令信号的形式分别输出至EGR阀、可变控制增压器、节流阀以及阀控制机构。
以如上所述的方式，ECU 10a控制致动器11的操作以实现目标受控变量，从而控制发动机10中的燃烧状况从而将发动机10的输出特性带入与期望特性相符合。
发动机10的燃烧状况，如上所涉及的，由多种类型的燃烧参数定义。燃烧参数被分为多个严重依赖于喷射入发动机10的气缸中的燃料喷射状况的燃料喷射相关燃烧参数以及至少一个严重依赖于发动机10的气缸中的空气状况的空气相关燃烧参数。
例如，燃料喷射相关燃烧参数是点火定时和点火延迟等，点火延迟是在燃料开始喷射时和在燃料开始点火时之间所需的时间。这种燃料喷射相关燃烧参数是一般由例如气缸压力传感器13测量的物理量，气缸压力传感器13测量发动机10的气缸中的压力。
空气相关燃烧参数是发动机10的气缸中的空气量、发动机10的气缸中的氧气(O2)浓度、发动机10的气缸中的压力等中的至少一个。气缸中的空气量是可由工作为燃烧状况传感器14的气流计测量的物理量。气缸中的氧气浓度可由工作为燃烧状况传感器14的典型氧气传感器测量。
受控变量也分为极大地影响喷射入发动机10的气缸中的燃料喷射状况的燃料喷射相关受控变量以及至少一个极大地影响发动机10的气缸中的空气状况的空气相关受控变量。例如，燃料喷射相关受控变量是燃料压力、将喷射入发动机10的燃料量、喷射定时、以及每个燃料喷射器在如上所述每个发动机操作循环中喷射燃料的次数。空气相关受控变量是EGR量、增压压力、将供入发动机10的空气量、发动机10的进气和排气阀的开闭定时、以及进气和排气阀提升量中的至少一个。
发动机10的输出特性，如上所涉及的，由多种类型的发动机输出相关值表达，这些值是例如废气排放相关物理量(例如NOx量、PM(颗粒物质)量以及CO或HC量)、与从发动机10输出的扭矩(例如发动机10的输出轴的扭矩)以及发动机10的速度相关的物理量、与发动机10中的燃料消耗相关的燃料量(例如每消耗燃料体积的行进距离或者每发动机10运行时间的消耗体积，通过模式运行试验进行测量)、以及与燃烧噪音相关的物理量(例如发动机振动或者燃烧或废气噪音)。
ECU 10a装备有典型的微型计算机，包括执行关于给定任务的操作的CPU、用作在其中存储在CPU的操作期间产生的数据或CPU操作结果的主存储器、用作程序存储器的ROM、在其中存储数据的EEPROM、以及即使在ECU 10a的主电源被切断也一直由后备电源比如安装在车辆中的存储电池供电的后备RAM。
发动机10在其中已经安装有将输出提供给ECU 10a的传感器12、13和14。传感器12是用作发动机输出相关值的反馈回路的一部分的发动机输出传感器以实际测量发动机输出相关值。例如，发动机输出传感器12实施为测量从发动机10排出的废气的一种成分(例如NOx)的浓度的气体传感器、测量由发动机10输出的扭矩的扭矩传感器、以及测量由于发动机10中的燃料燃烧所引起的噪音幅度的噪音传感器。如后面将描述的，发动机输出相关值的实际值作为选择可在不使用传感器12之下使用算术模型来计算或估计。
传感器13和14是用作燃烧参数反馈回路一部分的燃烧状况传感器，以实际地确定上述燃烧参数。例如，传感器13如上所述实施为测量发动机10的燃烧室(即气缸)中的压力的气缸压力传感器或者测量由于发动机10中的燃料燃烧所产生的离子的量的离子传感器。例如，ECU 10a计算由气缸压力传感器13测量的发动机10的燃烧室中的压力的变化，以确定点火定时和点火延迟。燃烧参数的实际值作为选择可在不使用传感器13之下使用算术模型来计算或估计。
ECU 10a包括燃烧参数计算器20、燃烧参数控制器30、发动机输出偏差计算器40、以及燃烧参数偏差计算器50。燃烧参数计算器20用作燃烧目标值计算器以确定将发动机输出相关值带至与所需值相符合所需的发动机10的燃烧状况(即燃烧参数)。燃烧参数控制器30用作受控变量指令计算器以控制致动器11的操作(即受控变量)从而获得发动机10的目标燃烧状况。发动机输出偏差计算器40用作发动机输出反馈回路以计算每个发动机输出相关值的实际值(即发动机输出传感器12的输出)与其所需值的差值或偏差。燃烧参数偏差计算器50用作燃烧参数反馈回路以计算每个燃烧参数的实际值(即燃烧状况传感器13和14的输出)与其目标值的差值或偏差。这些回路20至50由ECU 10a的微型计算机中的功能块实施。
特别地，燃烧参数计算器20具有积分器21和燃烧参数算术表达式22。积分器21工作来求和或总计由发动机输出偏差计算器40计算的每个发动机输出偏差。燃烧参数算术表达式22存储于ECU 10a的存储器比如ROM中。
燃烧参数算术表达式22用来定义不同类型的发动机输出相关值和不同类型的燃烧参数之间的相关性。特别地，燃烧参数算术表达式22由如图1(a)所示的发动机输出—燃烧参数模型或者如图1(b)所示的行列式提供，并数学地表达发动机10的燃烧状况(即燃烧参数)与发动机10的输出状况(即发动机输出相关值)的关系。换言之，燃烧参数算术表达式22产生与发动机输出相关值的所需值符合所需的发动机10的燃烧状况的值。燃烧参数的目标值(或者需要将如前一控制循环获得的目标值改变的量)通过将发动机输出相关值的所需值(或者实际值与所需值的偏差)代入燃烧参数算术表达式22来获得。
具有图1(a)所示结构的燃烧参数计算器20将发动机输出相关值的偏差(即发动机输出相关值的实际值与其所需值之间的差值)代入燃烧参数算术表达式22，以确定在这个控制循环中需要将如前一控制循环设置的燃烧参数的目标值改变的量。
实际上，积分器21分别总计发动机输出相关值的实际值的偏差并将它们代入燃烧参数算术表达式22，以最小化发动机输出相关值的实际值一直偏离其所需值的可能性。当偏差的总值变为零(0)时，由燃烧参数算术表达式22计算的相应值也将为零。燃烧参数的目标值因此设置为保持发动机10的燃烧状况不变。
燃烧参数控制器30包括积分器21和受控变量算术表达式32。积分器31工作来加和或总计从燃烧参数偏差计算器50得到的每个燃烧参数的实际值与其目标值的偏差。受控变量算术表达式32存储于ECU 10a的存储器(即存储设备)比如ROM中。
受控变量算术表达式32用来定义不同类型的燃烧参数和不同类型的受控变量之间的相关性。特别地，受控变量算术表达式32由如图1(a)所示的燃烧参数—受控变量模型或者如图1(c)所示的行列式提供，并数学地表达受控变量相应于发动机10的期望燃烧状况的值。换言之，受控变量算术表达式32提供将发动机10置于目标燃烧状况下所需的受控变量的值的组合。用于受控变量的指令值(或者指令值将要变化的量)因此通过将受控变量的目标值(或者目标值将要变化的量)代入受控变量算术表达式32来获得。
图1(a)所示结构的燃烧参数偏差计算器30将燃烧参数偏差(即目标值需要变化的量)代入受控变量算术表达式32以确定在这个控制循环中由前一控制循环而得到的指令值需要改变的量，以得到前一控制循环中提供的受控变量在这个控制循环中需要改变的量。
实际上，积分器31分别求和或总计从燃烧参数偏差计算器50得到的燃烧参数的实际值与其目标值的偏差并将它们代入受控变量算术表达式32，以最小化燃烧参数的实际值一直偏离其目标值的可能性。当每个偏差的总值变为零(0)时，由受控变量算术表达式32计算的相应值也将为零。用于每个受控变量的指令值因此设置为保持受控变量的最近值不变。
下面将参照如图2所示的致动器控制程序的流程图描述如何计算将由致动器11输出的指令值以实现其受控变量的期望值。这个程序将由ECU10a的微型计算机以规则的间隔(例如CPU的操作循环或等同于发动10给定曲轴角度的循环)执行。
在进入程序后，该例程进行至步骤10，其中基于发动机10的速度和车辆加速踏板的位置(即驾驶员对油门踏板的作用)来计算各个发动机输出相关值的所需值。例如，ECU 10a使用通过适应性试验制作的映射图计算所需值并在其中存储发动机输出相关值关于发动机10的速度和油门踏板的位置而言的最佳值。ECU 10a还可将发动机输出相关值的所需值确定为另外环境状况或参数(比如发动机10的冷却水的温度、外界气温和/或大气压力)的函数。
该例程进行至步骤20，其中各个发动机输出相关值的实际值从发动机输出传感器12的输出测量。ECU 10a作为选择可设计来在不使用发动机输出传感器12之下通过数学模型估计或计算当前发动机输出相关值并将它们确定为上述实际值。这种估计可仅对一些发动机输出相关值进行。
例程进行至步骤30，其中执行发动机输出偏差计算器40的操作。特别地，确定在步骤20测量的发动机输出相关值的实际值与从步骤10得到的其所需值的偏差。这种偏差在下面也将称为发动机输出偏差。
例程进行至步骤40，其中执行积分器21的操作。特别地，确定从步骤30得到的每个发动机输出偏差的总值x(i)。更特别地，如从较早一个程序执行循环得到的每个总值x(i-1)以及从这个程序执行循环得到的相应发动机输出偏差的总和计算为总值x(i)。
例程进行至步骤50，其中将从步骤40得到的总值x(i)代入燃烧参数算术表达式22。燃烧参数算术表达式22的解答确定为燃烧参数的当前或最近值需要改变的量。例如，燃烧参数算术表达式22如图1(b)所示设计为使得表示发动机输出相关值的当前值将要改变的量的变量的r列向量A和由q×r个元素a11至aqr构成的矩阵A2的乘积定义为表示燃烧参数将要改变的量的变量的q列向量A3。从步骤40得到的偏差的总值x(i)代入列向量A1的变量以得到列向量A3的各个变量(即条目)的解答。该解答确定为燃烧参数的最近值需要改变的量以获得在这个程序执行循环中得到的目标值(在下面也称为燃烧参数目标变化值)。
例程进行至步骤60，其中监视燃烧状况传感器13和14的输出以得到燃烧参数的实际值。ECU 10a作为选择在不使用燃烧状况传感器13或14之下可通过数学模型计算或估计燃烧参数的当前值并将它们确定为上述实际值。这种估计仅可对一些燃烧参数进行。
例程进行至步骤70，其中执行燃烧参数偏差计算器50的操作。特别地，从步骤50得到的每个燃烧参数目标变化值增加至其基准值以确定目标值。接着，计算每个目标值与相应一个燃烧参数在步骤60得到的实际值的偏差。作为选择，可计算每个燃烧参数目标变化值与相应一个燃烧参数的实际值中的变化之间的偏差。
例程进行至步骤80，其中执行积分器31的操作。特别地，确定从步骤70得到的每个燃烧参数目标偏差的总值y(i)。更特别地，如从较早一个程序执行循环得到的总值y(i-1)以及从这个程序执行循环得到的燃烧参数目标偏差的总和计算作为总值y(i)。
例程进行至步骤90，其中执行燃料喷射相关受控变量的校正。特别地，将从步骤80得到的总值y(i)代入受控变量算术表达式32。受控变量算术表达式32的解答确定为所有类型受控变量的最近指令值需要改变或调节的量。例如，受控变量算术表达式32如图1(c)所示设计为使得表示燃烧参数目标变化的变量的q列向量A3和由p×q个元素b11至bpq构成的矩阵A4的乘积定义为表示受控变量将要改变的量的变量的p列向量A5。从步骤80得到的偏差的总值y(i)代入列向量A3的变量以得到列向量A5的各个变量(即条目)的解答。该解答确定为受控变量的最近值需要改变的量以实现在这个程序执行循环中得到的目标值(即，目标指令值)(在下面也称为受控变量目标变化)。
除了图2中的操作，ECU 10a还计算表示受控变量基准值的基准指令值。ECU 10a然后基于从步骤90得到的受控变量目标变化来校正基准指令值，以产生将直接地分别输出至致动器11的指令值。基准指令值可预定为发动机操作状况(比如发动机10的速度)的函数或者根据数学公式在ECU10a中计算或基于发动机操作状况使用映射图来查看。与本申请引言部分所涉及的日本专利首次公开No.2008-223643和No.2007-77935中教导的不同，该映射图仅提供基准指令值并且因而易于用较少的适应性试验来制作。
发动机输出相关值和燃烧参数之间以及燃烧参数和受控变量之间的相关性的示例，如燃烧参数算术表达式22和受控变量算术表达式32所定义的，将在下面参照图3(a)至3(c)进行描述。
图3(a)示意性地示出上述相关性。喷射量、喷射持续时间和EGR量定义为致动器11的受控变量。NOx量、CO量以及燃料消耗定义为发动机输出相关值。“A”、“B”和“C”分别表示不同类型的燃烧参数。例如，“A”表示发动机10中的点火定时。
在图3(a)的示例中，参考标号32a标识回归线32aM，其表示喷射量和燃烧参数A之间的相关性。回归线32aM通过例如多重回归分析而形成。类似地，参考标号32b标识一个表示喷射量和燃烧参数B之间的相关性的回归线。参考标号32c标识一个表示喷射量和燃烧参数C之间的相关性的回归线。特别地，如图3(b)所示喷射量、喷射定时和EGR量中的每个与燃烧参数A、B和C之一之间的相关性通过如上所述的模型或行列式由回归线定义。因此，在喷射量、喷射定时和EGR量的值的组合确定时，就获得了燃烧参数A、B和C的值的相应组合。换言之，定义了受控变量与发动机10的燃烧状况(即燃烧参数)的关系。如图1(a)能看到的受控变量算术表达式32由与图3(a)相反的模型定义。
在图3(a)中，参考标号22a标识回归线22aM，其表示燃烧参数A和NOx量之间的相关性。回归线22aM通过例如多重回归分析而形成。类似地，参考标号22b标识一个表示燃烧参数A和CO量之间的相关性的回归线。参考标号22c标识一个表示燃烧参数A和燃料消耗之间的相关性的回归线。特别地，如图3(c)所示燃烧参数A、B和C的每个与NOx量、CO量和燃料消耗之一之间的相关性通过如上所述的模型或行列式由回归线定义。因此，在燃烧参数A、B和C的组合确定时，就获得了NOx量、CO量和燃料消耗的相应组合。换言之，定义了发动机10的燃烧状况(即燃烧参数)与发动机10的输出状况(即发动机输出相关值)的关系。如图1(a)能看到的燃烧参数算术表达式22由与图3(a)相反的模型定义。
例如，当点火定时A的目标值保持不变但是其实际值已经变化时，这个差值(即燃烧参数偏差)由燃烧参数偏差计算器50给出。燃烧参数控制器30将这个燃烧参数偏差代入如图3(b)所示的模型或者行列式，得到喷射量、喷射定时和EGR量的当前值将要改变或校正的量(即，校正值)，以将点火定时A的实际值带至与其目标值相符合。
将喷射量的校正值ΔQ(喷射量将要改变的量)作为示例，燃烧参数控制器30基于图3(a)中的回归线32aM得到与点火定时A中的目标变化ΔA相应的校正值ΔQ。图3(b)中的受控变量算术表达式32定义燃烧参数和受控变量的组合，以使得当仅是一个燃烧参数已经从目标值变化时，同时校正所有受控变量。
类似地，当NOx量的所需值保持不变但是其实际值已经变化时，这个差值(即发动机输出偏差)由发动机输出偏差计算器40得到。燃烧参数计算器20将这个发动机输出偏差代入如图3(c)所示的模型，或者行列式，得到燃烧参数A、B和C的当前值将要改变或校正的量(即，校正值)，以将NOx量的实际值带至与其所需值相符合。
将点火定时的校正值ΔA(点火定时将要改变的量)作为示例，燃烧参数计算器20从图3(a)中的回归线22aM得到与NOx量中的目标变化ΔNOx相应的校正值ΔA。图3(c)中的燃烧参数算术表达式22定义发动机输出相关值和燃烧参数的组合，以使得当仅是一个发动机输出相关值已经从其所需值变化时，同时校正所有燃烧参数的目标值。
燃烧参数算术表达式22如前所述定义发动机输出相关值和燃烧参数的组合，因而使得能算出响应于燃烧参数之一的变化各个发动机输出相关值的变化。例如，在NOx和PM量的实际值分别如图4所示偏离其所需值时，这种偏差通过将点火定时A1(即从较早一个程序执行循环得到的值)的最近值改变至值A2来消除。即使没有找到将NOx量和PM量正好带至与其所需值相符合所需的点火定时A的值，可通过燃烧参数算术表达式22得到将NOx量和PM量都分别带至尽可能地接近所需值的最优值。
图4是为了方便的缘故仅示出点火定时A的校正的示意图，但是然而，燃烧参数算术表达式22如上所述提供来定义不同类型发动机输出相关值和不同类型燃烧参数的给定数目或所有可能组合，从而使得响应于发动机输出相关值的一个或多个偏差同时校正燃烧参数的目标值。
类似于燃烧参数算术表达式22，受控变量算术表达式32准备来定义不同类型燃烧参数和不同类型受控变量的给定数目或所有可能组合，从而使得响应于燃烧参数的一个或多个偏差同时校正用于受控变量的指令值。
图5(a)至5(d)是显示当用于发动机10的冷却水的温度(即环境状况)在发动机10的稳定工作期间已经改变时本实施例的发动机控制系统的操作的模拟结果的时间图。
当冷却水的温度如图5(b)所示逐渐增大时，即使受控变量保持不变也将引起发动机10的燃烧状况改变。燃烧参数偏差计算器50然后输出燃烧参数偏差。发动机控制系统在反馈模式中改变受控变量的当前值以最小化或消除由燃烧参数偏差计算器50得到的燃烧参数偏差。在所示示例中，发动机控制系统如图5(d)所示响应于冷却水的温度的变化同时校正受控变量的当前值，因此就以协调的方式同时控制致动器11的操作以整体地最小化燃烧参数偏差。
另外，当冷却水的温度逐渐增大时，即使发动机10的燃烧状况保持不变也将引起发动机输出相关值改变。发动机输出偏差计算器40然后输出发动机输出偏差。发动机控制系统在反馈模式中改变燃烧参数的目标值以最小化或消除由发动机输出偏差计算器40得到的发动机输出偏差。在所示示例中，发动机控制系统如图5(c)所示响应于冷却水的温度的变化以协调的方式同时校正不同类型燃烧参数的目标值以整体地最小化发动机输出偏差。
简言之，发动机控制系统如图5(d)和5(c)所示在反馈模式中同时调节受控变量并且还同时调节燃烧参数以将如图5(a)中的实线所示的发动机输出相关值带至与固定值相符合。在发动机控制系统设计为不执行上述反馈控制的情况下，例如，使用表示不同类型发动机输出相关值和不同类型受控变量之间一一对应的适应性试验制作的映射图来执行开环控制，发动机输出相关值响应于用于发动机10的冷却水的温度的变化而如图5(a)中的虚线所示也发生变化。图5(a)至5(d)中的模拟结果显示本实施例中的上述反馈控制改进了发动机控制系统的稳健性。
这样以如图2所示的方式计算用于受控变量的指令值面对以下问题，尤其在发动机10的瞬态操作期间。空气相关燃烧参数(例如将引入发动机10的进气量)的实际值的变化对其目标值的变化的响应比燃料喷射相关燃烧参数(例如点火定时)的响应要慢。因而，在通过燃烧参数算术表达式22计算空气相关燃烧参数的目标值以用于这个控制循环中，在空气相关燃烧参数的最近测量值被错误地确定为已经与从前一控制循环中得到的其最近目标值相符合时，可能会导致发动机输出相关值与其所需值的较大偏差。
为了减轻上述问题，本实施例的发动机控制系统设计为执行瞬态校正模式从而以缓慢的速度改变燃料喷射相关燃烧参数的目标值，这个速度被选择作为一个或多个空气相关燃烧参数的实际值对其目标值改变的响应延迟的函数。
图6(a)至6(d)是显示瞬态校正模式的示例的时间图。当然，除了发动机10的瞬态操作模式之外，可进行燃料喷射相关燃烧参数的目标值的校正。图6(a)和6(b)表示发动机输出相关值(即从发动机10排放的烟雾量和燃烧噪音水平)的所需值的变化。图6(c)表示空气相关燃烧参数(即引入发动机10的进气量)的目标值的变化。图6(d)表示燃料喷射相关燃烧参数(即点火定时)的目标值的变化。
当烟雾量和燃烧噪音水平的所需值如图6(a)和6(b)所示在时刻t1阶梯式下降时，ECU 10a检测烟雾量和燃烧噪音水平的实际值与所需值的偏差(即发动机输出偏差)，然后增大进气量，并推迟点火定时以最小化发动机输出偏差。特别地，ECU 10a在时刻t2(参见图6(c)中的实线)阶梯式增大将由燃烧参数算术表达式22计算的进气量的目标值(即进气量的最近目标值将要改变的量)。另外，ECU 10a还在时刻t2(参见图6(d)中的实线)步进地推迟将由燃烧参数算术表达式22计算的点火定时的目标值(即点火定时的最近目标值将要改变的量)
然而，在目标值步进变化后的延迟时间之后，实际引入发动机10的进气量如图6(c)中的虚线所示逐渐变化。相反，点火定时大致与其目标值的变化几乎同时地变化。换言之，点火定时在其目标值步进变化时也步进地变化。于是，当ECU 10a错误地决定实际引入的进气量已经达到其目标值并且然后开始计算点火定时的目标值时，即使实际引入的进气量还没有达到目标值，也将引起点火定时推迟至目标值。因而实际点火定时对于实际引入的进气量而言过度推迟，从而导致发动机10中燃料燃烧的不稳定性，引起发动机10的排放恶化，可能使发动机10不点火。
本实施例的发动机控制系统如上所述设计为如图6(d)的实线所示以缓慢速度改变或校正点火定时的目标值，这个缓慢速度作为将进气引入发动机10对其目标值改变的响应延迟的函数。在当引起进气的响应延迟变为零(0)时的时刻t3，ECU 10a设置将点火定时要被校正的量设为零(0)。
下面将描述燃料喷射相关燃烧参数的上述瞬态校正(即燃料喷射相关燃烧参数校正)的示例。这个校正在图2的步骤50中进行。
图7(a)示出图1(b)中的燃烧参数算术表达式22。
列向量A3由包含空气相关燃烧参数中选定一个的空气相关列向量A3air和包含燃料喷射相关燃烧参数的燃料喷射相关列向量A3inj构成。空气相关列向量A3air作为选择可包括两个或更多空气相关燃烧参数。矩阵A2由定义空气相关列向量A3air和发动机输出相关值之间相关性的空气相关矩阵A2air以及定义燃料喷射相关列向量A3inj和发动机输出相关值之间相关性的燃料喷射相关矩阵A2inj构成。
燃烧参数计算器20将校正因子K确定为空气相关燃烧参数之一(例如引入发动机10的进气量)的实际值变化响应于其目标值变化的延迟的函数，并将燃料喷射相关矩阵A2inj与校正因子K相乘以校正燃料喷射相关列向量A3inj。校正因子K可确定为两个或更多空气相关燃烧参数的实际值的响应延迟的函数。作为选择，燃烧参数计算器20，如图7(b)所示，可工作来将使用燃料喷射相关列向量A2inj得到的燃料喷射相关列向量A3inj与校正因子K相乘以产生燃料喷射相关列向量A3inj`。
简言之，本实施例的发动机控制系统使用单个校正因子K校正所有燃料喷射相关燃烧参数的目标值。例如，燃烧参数计算器20可从零(0)和一(1)之间选择校正因子K(即0＜K＜1)以沿着图6(d)中的实线平滑燃料喷射相关燃烧参数的目标值的变化。优选地，校正因子K随着空气相关燃烧参数的响应延迟的增大而降低并且在响应延迟变为零(0)时设置为零(0)。
例如，引入发动机10的进气量中的变化的响应延迟可由如通过燃烧参数算术表达式22计算的进气量的目标值与由气流计14测量的其实际值的偏差确定。
本实施例的发动机控制系统提供了以下优点。
(1)发动机控制系统工作来将燃料喷射相关燃烧参数的目标值校正为至少一个空气相关燃烧参数的响应延迟的函数，从而将燃料喷射相关燃烧参数的实际值带入与期望值相符合，该期望值和现在经受响应延迟的一个空气相关燃烧参数相匹配。这最小化了在发动机10的瞬态操作期间发动机输出相关值的实际值与其所需值的偏差。
(2)相同的校正因子K用来校正所有燃料喷射相关燃烧参数的目标值，从而使得与为每个燃料喷射相关燃烧参数确定一个校正量相比，计算燃料喷射相关燃烧参数将要校正的量的负担降低。
(3)燃烧参数算术表达式22设计为定义不同类型发动机输出相关值和不同类型燃烧参数之间的相关性，从而得出如何控制发动机10的燃烧状况以得到所需的发动机输出相关值。特别地，发动机控制系统工作来通过燃烧参数算术表达式22确定燃烧参数的目标值的组合，以在考虑到不同类型燃烧参数与一个发动机输出相关值相互干涉这个事实之下最小化发动机输出相关值的实际值与其所需值的偏差并实现所需的发动机输出相关值。这带来了发动机输出相关值同时更靠近所需值的改进。
(4)受控变量算术表达式32设计为定义不同类型燃烧参数和不同类型受控变量之间的相关性，从而得出如何控制发动机10的燃烧状况以得到发动机10的期望输出状况。特别地，发动机控制系统工作来通过受控变量算术表达式32确定受控变量的组合以最小化燃烧参数的实际值与其目标值的偏差，从而避免由于不同类型受控变量与一个燃烧参数相互干涉所引起的发动机可控性的恶化。这带来了燃烧参数同时更靠近目标值的改进。
(5)发动机控制系统如上所述具有燃烧参数算术表达式22和受控变量算术表达式32，用于选择获得发动机输出相关值的所需值所需的燃烧参数的目标值的组合以及获得燃烧参数的目标值所需的用于受控变量的指令值的组合，从而避免分别得到这种组合的最佳值的适应性试验，这会减轻控制系统制造商的适应性试验工作和映射图制作工作的负担并且还允许ECU 10a中存储映射图所需的存储能力降低。
尤其，通过适应性试验获得每种环境状况下上述组合的最佳值一般使得适应性试验的数量大大地增大。本实施例的发动机控制系统，然而，通过如下在(4)和(5)中描述的反馈控制，改进了对于环境状况变化的稳健性，如已经在图5(a)至5(d)中描述的，从而避免了对于每种环境状况都需要准备燃烧参数算术表达式22和受控变量算术表达式32，这也减轻了控制系统制造商的负担。
(6)发动机控制系统以协调的方式同时设置致动器11的受控变量以在反馈模式下将控制参数的实际或计算值带至与其目标值相符合，从而最小化发动机10的不同类型燃烧状况与目标状况由于环境状况(比如用于发动机10的冷却水的温度)变化所引起的偏差。这改进了燃烧参数控制器30在控制发动机10的燃烧状况时相对于环境状况变化的稳健性。
(7)发动机控制系统以协调的方式同时设置不同类型燃烧参数的目标值以在反馈模式下将发动机输出相关值的实际或计算值带至与其所需值相符合，从而最小化不同类型发动机输出相关值与目标值由于环境状况(比如用于发动机10的冷却水的温度)变化所引起的偏差。这改进了燃烧参数计算器20在计算与发动机输出相关值的所需值相符合所需的燃烧参数的目标值时相对于环境状况变化的稳健性。
(8)相对于环境状况变化的稳健性的改进消除了在控制发动机10中反映由例如冷却剂温度传感器测量的环境状况的需要。这使得可以省略一个或更多环境状况传感器。
(9)一般来说，直接定义不同类型发动机输出相关值和致动器11的不同类型受控变量之间的相关性是非常复杂的。换言之，非常难以通过实验发现如图3(a)所示的回归线32aM。然而，获得发动机输出相关值和燃烧参数之间以及燃烧参数和致动器11的受控变量之间的相关性是相对容易的。考虑到这个事实，本实施例的发动机控制系统使用燃烧参数算术表达式22和受控变量算术表达式32来通过作为中间参数的燃烧参数定义发动机输出相关值和受控变量之间的相关性，从而便于容易地获得关于用于形成燃烧参数算术表达式22和受控变量算术表达式32的回归线22aM和32aM的数据。
(10)发动机控制系统工作来在其中燃烧参数用作中间参数的反馈模式下控制发动机输出相关值的实际或计算值，并且还在反馈模式下控制中间参数(即燃烧参数)的实际或计算值，从而在通过燃烧参数控制器30和燃烧参数计算器20控制发动机10中改进对于环境状况变化的稳健性。
(11)如果一个致动器11已经发生故障不能正确地操作，以致于其已经不可能改变相应一个受控变量，那么发动机控制系统在反馈模式下控制燃烧参数的实际或计算值，以使得继续校正用于受控变量的指令值直到燃烧参数偏差变为零(0)。这引起正确操作的致动器11的其它受控变量以协调的方式被调节从而将燃烧参数的实际值带至与目标值相符合，从而将发动机输出相关值分别带至接近所需值。
图8(a)至8(c)示出根据本发明第二实施例的燃烧参数算术表达式22，其中与第一实施例不同，燃料喷射相关燃烧参数将要校正的量是对于每个燃料喷射相关燃烧参数准备一个。
燃料喷射相关燃烧参数分别将要校正的校正量和选定一个空气相关燃烧参数的响应延迟之间的相关性由燃料喷射相关校正算术表达式定义，如图8(b)所示。类似于第一实施例，两个或更多空气相关燃烧参数的响应延迟可用于校正燃料喷射相关燃烧参数。
燃料喷射相关校正算术表达式由列向量B1、矩阵B2和列向量B3inj构成。列向量B1包括表示发动机输出相关值的当前值将要改变的量(即目标变化)的变量以及响应延迟ΔAir。列向量B3inj包括表示用于不同类型燃料喷射相关燃烧参数的校正量的变量。列向量B1和矩阵B2的乘积是列向量B3inj。矩阵B2由实验得到的条目构成。
每个燃料喷射相关燃烧参数的校正量(即列向量B3inj的每个条目)因此通过以下得到：将发动机输出相关值的所需或测量值中的目标变化、由发动机输出偏差计数器40计算的发动机输出偏差中的目标变化、或者由积分器21计算的发动机输出偏差的总值中的目标变化带入列向量B1中表示发动机输出相关值的一个变量，并且还将由燃烧参数算术表达式22计算的空气相关燃烧参数的目标值与由燃烧状况传感器14测量的其实际值的偏差带入列向量B1中表示响应延迟ΔAir的一个变量。
燃料喷射相关列向量A3inj的校正如图8(c)所示通过将由图8(b)的燃料喷射相关校正算术表达式得到的列向量B3inj(即校正量)加至如使用图8(a)的燃烧参数算术表达式22计算的燃料喷射相关列向量A3inj从而产生燃料喷射相关列向量A3inj`来进行。
本实施例的发动机控制系统独立于燃烧参数算术表达式22使用燃料喷射相关校正算术表达式，从而除了如前(1)至(10)所述的有益效果之外，还具有便于对于各个燃料喷射相关燃烧参数计算校正量的优点。
图9示出根据本发明第三实施例的燃烧参数算术表达式22，其中燃烧参数算术表达式22中燃料喷射相关列向量A3inj的条目的校正通过直接校正燃料喷射相关矩阵A2inj来进行。在所示示例中，燃料喷射相关矩阵A2inj的值a22被校正作为响应延迟ΔAir的函数。本实施例的发动机控制系统提供了与第二实施例相同的有益效果。
图10示出本发明第四实施例中的受控变量算术表达式32，其中校正用于受控变量的指令值。这个校正对于燃烧喷射相关受控变量如下详细描述的在图2的步骤90中通过使用图10的受控变量算术表达式32代替图1(c)中的那个来进行。
图10的受控变量算术表达式32由包含表示燃烧参数的当前值将要改变的量(即目标变化)的变量以及选定一个空气相关燃烧参数的响应延迟ΔAir的列向量A3、矩阵A4、以及包含表示受控变量的当前值将要改变的量(即目标变化)的变量的列向量A5构成。类似于上述实施例，作为选择也可使用两个或更多空气相关燃烧参数的响应延迟。列向量A3和矩阵A4乘积是列向量A5。矩阵A4由通过实验得到的条目构成。列向量A3包括表示空气相关燃烧参数的空气相关列向量A3air、表示燃料喷射相关燃烧参数的燃料喷射相关列向量A3inj、以及表示响应延迟ΔAir的响应延迟向量A3K。矩阵A4的第(q+1)列中的值A4K表示受控变量校正算术表达式并定义不同类型受控变量的校正量和响应延迟ΔAir之间的相关性。
矩阵A4的第(q+1)列中的值A4K选择为在不步进地改变之下平稳化燃料喷射相关受控变量(例如待喷射燃料的压力、喷射量、喷射定时以及喷射次数)。值A4K可确定为对于空气相关受控变量(例如EGR量、增压压力、进气量、进气和排气阀的开闭定时、以及进气和排气阀的提升量)产生为零(0)的校正量或者以与上述相同的方式校正空气相关受控变量。
本实施例的发动机控制系统也提供与如已经在(1)至(10)中描述的相同的有益效果。
图11示出根据本发明第五实施例的受控变量算术表达式32。第四实施例的受控变量算术表达式32具有表示响应延迟ΔAir并结合于列向量A3中的响应延迟A3K以校正燃料喷射相关受控变量的指令值。在图11的受控变量算术表达式32中，列向量A5中的燃料喷射相关受控变量的值的校正通过直接校正列向量A4来进行。在所示示例中，矩阵A4的值bp2被校正作为响应延迟ΔAir的函数。本实施例的发动机控制系统提供了与第四实施例相同的有益效果。
图12示出本发明第六实施例的发动机控制系统。
第一实施例的发动机控制系统设计为相对于图2中的控制任务独立地计算基准指令值并且将通过将燃烧参数偏差代入受控变量算术表达式32得到的解答确定为基准指令值将在反馈模式下校正的量。相反，图12中第六实施例的发动机控制系统将通过将燃烧参数的目标值代入受控变量算术表达式32得到的解答确定为基准指令值并且还在反馈控制器33中基于燃烧参数偏差计算基准指令值将在反馈模式下校正的量。发动机控制系统使用由受控变量算术表达式32得到的基准指令值以及由反馈控制器33得到的校正量来通过指令值计算器34产生直接输出至致动器11的指令值。
第一实施例的发动机控制系统与图2中的控制任务独立地计算燃烧参数的基准目标值并且将通过将发动机输出偏差代入燃烧参数算术表达式22得到的解答确定为基准目标值将在反馈模式下校正的量。相反，第六实施例的发动机控制系统将通过将发动机输出相关值的所需值代入燃烧参数算术表达式22得到的解答确定为基准目标值并且还在反馈控制器23中基于发动机输出偏差计算基准目标值将在反馈模式下校正的量。发动机控制系统使用由燃烧参数算术表达式22得到的基准目标值以及由反馈控制器23得到的校正量来在目标值计算器24中产生将直接输出至受控变量算术表达式32和反馈控制器33中的燃烧参数的目标值。
第六实施例的发动机控制系统用来以与第一实施例相同的协调反馈模式控制燃烧参数和发动机输出相关值的实际或计算值。
虽然本发明已经就优选实施例进行公开以便于更好地理解，但是应当理解到，本发明能在不背离本发明原理之下以各种方式具体化。因此，本发明应当理解为包括所示实施例在不背离本发明如所附权利要求阐述的原理之下具体化的所有可能实施例和变型。
例如，发动机控制系统可设计为以组合第一至第六实施例中一些特征的方式控制致动器11。
第一至第六实施例每个中的发动机控制系统以反馈模式控制燃烧参数和发动机输出相关值的实际或计算值，然而，作为选择可以设计为以开环模式控制前者和后者中的至少一个。例如，省略如图12所示的反馈控制器23、目标值计算器24和发动机输出偏差计算器40。发动机控制系统将由燃烧参数算术表达式22得到的基准目标值直接输出至燃烧参数控制器30。作为选择，省略反馈控制器33、指令值计算器34和燃烧参数偏差计算器50。发动机控制系统将由受控变量算术表达式32得到的基准指令值直接输出至致动器11。
第一至第六实施例每个中的发动机控制系统可构造为将燃烧参数算术表达式22和受控变量算术表达式32中的任一个用以下图替换。其中对于发动机输出相关值的每个所需值存储燃烧参数的最佳值的映射图可用燃烧参数算术表达式22替代。其中对于燃烧参数的每个目标值存储受控变量的最佳值的映射图作为选择可用受控变量算术表达式32替代。
发动机控制系统可装备有传感器，其测量环境状况比如用于发动机10的冷却水或冷却剂的温度，以便基于测量的环境状况校正由燃烧参数计算器20计算的燃烧参数的目标值，和/或由燃烧参数控制器30计算的用于受控变量的指令值。

Claims (7)

1.一种发动机控制装置，其通过控制致动器的操作以调节发动机中的燃烧状况，由此控制发动机的输出特性，所述发动机控制装置包括：
存储设备，在其中存储定义多种类型与发动机的输出特性相关的发动机输出相关值和多种类型与发动机的燃烧状况相关的燃烧参数之间相关性的燃烧参数算术表达式；
燃烧目标值计算器，其基于所述燃烧参数算术表达式和发动机输出相关值的所需值来计算多种类型发动机输出相关值的所需值与相应燃烧参数目标值的组合；
受控变量指令值计算器，其基于由所述燃烧目标值计算器计算得到的多种类型燃烧参数目标值来计算致动器受控变量的指令值；
其中，所述多种类型的燃烧参数被分为多个根据燃料喷射入发动机气缸的状况而显著变化的燃料喷射相关燃烧参数以及至少一个根据发动机气缸中的空气状况而显著变化的空气相关燃烧参数；
其中，所述多种类型的燃烧参数由代表空气相关燃烧参数的空气相关向量和代表燃料喷射相关燃烧参数的燃料喷射相关向量组成；
其中，所述燃烧参数算术表达式中包含定义空气相关向量与多种类型的发动机输出相关值之间关系的空气相关矩阵和定义燃料喷射相关向量与多种类型的发动机输出相关值之间关系的燃料喷射相关矩阵；并且
其中，所述燃烧目标值计算器中配备有燃料喷射相关燃烧参数校正器，所述燃料喷射相关燃烧参数校正器计算作为空气相关燃烧参数的实际值响应于其目标值变化而变化的响应延迟的函数的校正系数，并且用所述校正系数乘以燃料喷射相关矩阵，来校正燃料喷射相关燃烧参数的目标值。
2.如权利要求1所述的发动机控制装置，其中所述存储设备在其中存储受控变量校正算术表达式，受控变量校正算术表达式定义作为燃料喷射相关受控变量将要被校正的量的校正量和响应延迟之间的相关性，并且其中所述燃料喷射相关受控变量校正器使用受控变量校正算术表达式基于响应延迟来计算用于燃料喷射相关受控变量的指令值的校正量。
3.如权利要求1所述的发动机控制装置，其中所述燃料喷射相关受控变量校正器使用单个校正因子校正所有燃料喷射相关受控变量的指令值。
4.如权利要求1所述的发动机控制装置，其中所述存储设备还在其中存储定义发动机输出相关值和燃烧参数之间相关性的燃烧参数算术表达式，并且其中所述受控变量指令值计算器使用燃烧参数算术表达式来计算与发动机输出相关值的所需值相应的燃烧参数目标值的组合。
5.如权利要求1所述的发动机控制装置，还包括发动机输出反馈控制回路，其将发动机输出相关值的实际或计算值与其所需值的偏差反馈至燃烧参数的目标值的计算中。
6.如权利要求1所述的发动机控制装置，还包括燃烧参数反馈控制回路，其将燃烧参数的实际或计算值与其目标值的偏差反馈至用于受控变量的指令值的计算中。
7.如权利要求1所述的发动机控制装置，其中发动机输出相关值代表与内燃机的废气排放相关的物理量、与内燃机的输出扭矩相关的物理量、与燃料消耗相关的物理量、以及与内燃机的燃烧噪音相关的物理量中的至少两个。
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