CN102052186B - 具有用于控制作动器的算法的发动机控制系统 - Google Patents

Abstract

一种发动机控制设备可被应用在机动车中。该发动机控制设备中设置有受控变量算术表达式，该表达式限定了多个燃烧参数与用于对发动机工作进行控制的作动器的多个受控变量之间的相互关系，以计算出一组指令值的组合，该组合被输出给作动器，用于对实现燃烧参数目标值所需的受控变量进行调整。如果所得到的其中一个指令值超出对应那个作动器的容许工作范围，发动机控制设备就对这个指令值进行修正或限制，将该指令值设定为容许工作范围的上限或下限，由此保证了使发动机输出特性接近于其要求值的稳定性。

Description

具有用于控制作动器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，该系统可被应用在机动车上，且该系统被设计为利用一种算法对诸如燃料喷射器和EGR阀(废气再循环阀)等作动器的操作进行控制，以调节燃料在内燃机中的燃烧状况，并对发动机的输出特性进行控制。

背景技术

公知的是：发动机控制系统对各个受控变量进行确定，以使得与发动机输出相关的数值符合所需的数值，其中的受控变量例如是喷射到发动机中的燃料量(其也被称为喷射量)、喷射正时、被返送回发动机进气口的废气分量(下文其也被称为EGR量)、增压压力、进气量、点火正时、以及进气阀与排气阀的启/闭正时，而与发动机输出状况相关的数值例如是废气排放量、发动机输出的扭矩、或规定的燃料消耗量(或燃料效率)，其中的废气例如是NO_x或CO。

大多数发动机控制系统中都设置有控制映射表，该映射表为各个所需的发动机输出相关值存储着最优的数值-例如要被喷射到发动机中的燃料量的目标值。该控制映射表通常是由发动机制造商通过执行适应性测试而制得的。发动机控制系统在工作时，利用该控制映射表计算出满足所需发动机输出相关值而需要的受控变量，并向对应的作动器输出指令信号，以实现所述的受控变量。

制作控制映射表通常需要进行非常多次的适应性测试，因而，适应性测试总共要耗费大量的时间。因而，适应性测试工作、以及制作映射表的工作对控制系统的制造商而言是非常重的负担。尤其是，当针对各个环境条件来制作控制映射表时，需要进行很多次适应性测试，这将对控制系统的制造商造成极大的负担，其中，所述环境条件例如是发动机冷却液的温度以及室外气温。

通常要对各个不同的发动机输出相关值都执行适应性测试。这可能导致不同类型的受控变量之间产生干涉，这表现在：当其中一个发动机输出相关值达到其所要求的数值时，另一发动机输出相关值却偏离其要求值，而当将所述另一发动机输出相关值被置于要求值时，先前提到的那个发动机输出相关值却偏离了要求值。因而，非常难于使不同类型的发动机输出相关值能同时符合各自的目标值。

第2008-223643号、以及第2007-77935号日本专利首次公报披露了这样的发动机控制系统：其基于需要发动机输出的扭矩值计算出发动机气缸内压力的目标值(即燃烧参数)，并对进气阀与排气阀的启/闭正时及喷射到发动机中的燃料量(即作动器的受控变量)进行调节，以使得缸内压力与目标值相符合。

但是，上述的发动机控制系统也需要通过适应性测试来制得控制映射表，对于各个所需的发动机输出扭矩值，需要用试验方法来采样获得缸内压力的最优值，这样的工作将耗费大量的时间。该发动机控制系统还面临着不同类型受控变量之间出现干涉的问题，该问题表现在：当发动机的实际输出扭矩达到所需的数值时，另一个发动机输出相关值-例如NO_X排放量却偏离目标值，而当该另一发动机输出相关值达到目标值时，实际输出扭矩却又偏离了要求值。因而，难于使不同类型的发动机输出相关值同时都与目标值相吻合。

上述公开文献中的发动机控制系统还存在下列的问题。每个作动器通常都具有一定的容许工作范围。例如，燃料喷射器在单次喷射事件中所能喷射的最少燃料量取决于燃料喷射器开启或闭合的极限速度。因而，即使发动机控制系统输出的指令值要求燃料喷射器喷出少于最少可行燃料量的燃料，燃料喷射器也只是喷射该最少可行燃料量。另外，在多级喷射模式中，如果在主喷射事件之前的先导喷射事件中，喷入的燃料量被过度地增大，则会造成废气烟尘量超出允许的数值，其中，在多级喷射模式中，在包括进气或吸气冲程、压缩冲程、燃烧冲程、以及排气冲程的每个发动机工作循环(即四冲程循环)中，燃料是分几次被进行喷射的。因而，必须要为先导喷射事件中的燃料喷入量设定上限。当上述发动机控制系统所产生的指令值指示燃料喷射器喷出超过上限或下限(即容限的工作范围)的燃料量时，将造成发动机的输出相关值极大地偏离要求值。

另外，当需要对发动机冷却液的温度改变作出响应而操作作动器来对发动机输出相关值进行调整时，将作动器的工作限制在容限工作范围内的措施将导致发动机的输出相关值无法与对应的要求值实现吻合。

发明内容

因而，本发明的主要目的是提供一种发动机控制设备，其被设计为减轻执行适应性测试工作以及映射表制作工作的负担，并提高使多个发动机输出相关值与所需目标值同时实现一致的可控性。

本发明的另一个目的是提供一种发动机控制设备，该设备被用来在作动器的受控变量被限定在容许工作范围的前提下时、使发动机输出相关值接近于要求值。

根据本发明的一个方面，本申请提供了一种可被应用在机动车上的发动机控制设备。该发动机控制设备包括：(a)燃烧目标值计算器，其基于多种类型的发动机输出相关值计算出多种类型的燃烧参数的目标值，其中，发动机的输出相关值代表了内燃机的输出特性，而燃烧参数与内燃机的燃烧状况相关；(b)存储装置，其存储着受控变量的算术表达式，该表达式定义了燃烧参数与多个作动器受控变量之间的相互关系，其中，所述作动器的作用在于对内燃机的燃烧状况进行控制；(c)受控变量指令值计算器，其利用受控变量的算术表达式计算出一组指令值的组合，这些指令值与燃烧参数的目标值相对应，而其中的燃烧参数目标值是由所述燃烧目标值计算器推导得出的，这些指令值被提供以对作动器的受控变量进行控制，使得内燃机的输出特性达到要求值；(d)燃烧参数反馈回路，其作用在于确定出燃烧参数的实际值或计算值偏离其目标值的偏差量，并在所述受控变量指令值计算器中利用该偏差量以反馈模式计算所述指令值；以及(e)受控变量修正器，其作用在于对至少一个由所述受控变量指令值计算器推导出的指令值进行修正，其中，该至少一个指令值超出了对应的那个作动器的给定容限工作范围，修正器将该指令值修正为所述容许工作范围的上限值或下限值。燃烧参数的实际值可由传感器直接测量。燃烧参数的计算值可利用数学模型推导出。

如上所述，受控变量的算术表达式限定了燃烧参数与作动器受控变量之间的相互关系。因而，通过对作动器的工作进行控制以实现所需的受控变量值，就能使燃烧参数的实际值与目标值达到一致，其中，受控变量的要求值是通过将燃烧参数的目标值代入到受控变量算术表达式而得出的。换言之，受控变量的算术表达式表达了如何对作动器进行操作来使发动机实现所需燃烧状况的内容。因而，通过基于从受控变量算术表达式计算出的数值确定出指令值、并将该指令值输出给作动器，就能实现燃烧参数的目标值。受控变量算术表达式可由图1(c)所示的行列式或图1(a)所示的模型来实现。

受控变量算术表达式可限定点火正时、点火延迟量等参数(即燃烧参数)与喷射量、EGR量、增压压力等变量(即受控变量)之间的相互关系。换言之，受控变量算术表达式并不是限定两参数(例如点火正时与喷射量)之间一对一的对应关系，而是表达出了如何选择一种参数组合来同时满足点火正时与点火延迟的全部目标值，其中的参数组合例如是喷射量、EGR量、以及增压压力的组合。

基本上，受控变量算术表达式被设定为限定出给定数目的或所有可能的组合，该组合是指受控变量与需要达到目标值的燃烧参数的组合。

如上所述，发动机控制设备的作用在于：利用受控变量算术表达式计算出受控变量指令值的组合，该组合与燃烧参数的目标值相对应，因而，消除了通过适应性测试来寻找受控变量优化数值与燃烧参数之间关系的需求，这将减轻制造商为执行适应性测试工作以及映射表制作工作而产生的负担。

如果是相互独立地确定出与燃烧参数相关的受控变量的指令值，则可能导致如下的相互干涉问题。具体而言，当与某个受控变量的指令值相对应的燃烧参数已达到其目标值时，另一个燃烧参数却偏离其目标值，而当使另一燃烧参数与其目标值相一致时，所述的那个燃烧参数却偏离了其目标值。与此相反，本发明的发动机控制设备是计算出了与燃烧参数目标值相对应的受控变量指令值的组合，并基于该指令值组合对作动器的工作进行控制，因而避免了由于燃烧参数之间相互干涉而造成可控性恶化的问题，使得各个燃烧参数同时与它们的目标值实现了一致，这将提高了发动机控制设备的可控性。

燃烧参数反馈回路与受控变量修正器实现了如下的有益效果。

每个作动器通常都具有一定的容许工作范围。例如，发动机燃料喷射器在单次喷射事件中所能喷射的最少可行燃料量取决于燃料喷射器被启/闭的速度极限。因此，即使发动机控制设备输出的指令值要求燃料喷射器喷出少于最少可行燃料量的燃料，燃料喷射器也只是喷射该最少可行燃料量。另外，在多级喷射模式中，如果在主喷射事件之前的先导喷射事件中，喷入的燃料量被过度地增大，则会造成废气烟尘量超出允许的数值，其中，在多级喷射模式中，在包括进气或吸气冲程、压缩冲程、燃烧冲程、以及排气冲程的每个发动机工作循环中，燃料是分几次被进行喷射的。因而，必须要为先导喷射事件中的燃料喷入量设定上限。

存在着这样的顾虑：利用受控变量算术表达式推导出的受控变量指令值超出了容许工作范围。为了消除这样的顾虑，发动机控制设备利用受控变量修正器将由受控变量计算器求得的、且超出容许工作范围的受控变量指令值限制为容许工作范围的上限或下限值。

如果一个受控变量被限制为处于容许工作范围内，则将导致燃烧参数的实际值或计算值偏离其目标值的偏离量增大。然后，燃烧参数反馈回路进行工作而对受控变量进行更新或修正，以减小该偏差。这可能造成已被限制在容许工作范围之内的受控变量被修正到容许工作范围之外，但该受控变量可被再次限制到容许工作范围之内。对尚未被限制到其容许工作范围之内的其它一些受控变量的修正可能造成其中一个或多个受控变量落到容许工作范围之外。然后，再将这些落出的受控变量限制到容许工作范围之内。按照这种方式，使得发动机的各个输出相关值接近各自的要求值。

如果其中一个作动器的工作失效，从而难于将对应的一个受控变量调节为其指令值，则就与将受控变量限制在容许工作范围内的上述情况相同，燃烧参数反馈回路进行工作而对所有的受控变量进行修正，以减小燃烧参数实际值或计算值与目标值之间的偏差。对当前工作正常的作动器的受控变量进行修正是为了使所有的发动机输出相关值都接近各自的要求值。

在本发明的优选实施方式中，存储装置中还存储着燃烧参数的算术表达式，该算术表达式限定了发动机输出相关值与燃烧参数之间的相互关系。燃烧目标值计算器利用燃烧参数的算术表达式来计算出与发动机输出相关值的要求值对应的燃烧参数的目标值组合。

如上所述，燃烧参数算术表达式限定了发动机输出相关值与燃烧参数之间的相互关系。因而，通过使内燃机的燃烧状况接近于燃烧参数的数值，就可使发动机输出相关值的实际值与其要求值之间达到一致，其中的燃烧参数数值是通过将发动机输出相关值的要求值代入到燃烧参数算术表达式中而得出的。换言之，燃烧参数算术表达式表达了要使内燃机处于的燃烧状况与内燃机输出相关值之间的关系。因而，通过将从燃烧参数算术表达式计算得到的数值确定为燃烧参数的目标值、并将作动器的工作控制得与目标值相符合，就能实现发动机输出相关值的要求值。燃烧参数算术表达式可被表示为图1(b)中行列式的形式，或者表示为图1(a)所示模型的形式。

燃烧参数算术表达式例如可限定NO_X量、PM(颗粒物)量、发动机输出扭矩等变量(即发动机输出相关值)与例如点火正时、点火延迟量等参数(即燃烧参数)之间的相互关系。换言之，燃烧参数算术表达式并不是限定了发动机输出与点火正时之间一对一的对应关系，而是限定了为使输出扭矩、NO_x量和PM量所有这些参数符合其要求值而要求的点火正时与点火延迟量的组合。

基本而言，燃烧参数算术表达式被设置为限定了燃烧参数(例如点火正时与点火延迟量)与发动机输出相关值(例如输出扭矩、NO_X量、以及PM量)之间给定数目的、所有可能的组合，而为了使发动机输出相关值达到其要求值，需要采用这些组合。

如上所述，本发明的发动机控制设备在工作时使用燃烧参数算术表达式来计算出燃烧参数目标值的组合，该组合与发动机输出相关值的要求值相对应，且发动机控制设备为各个作动器计算出符合上述目标值组合所需的指令值。与作为本申请背景介绍部分的上述专利文献不同，本发明不再需要通过适应性测试来寻找燃烧参数优化值与发动机输出相关值之间的关系，因而减轻了发动机控制设备制造商执行适应性测试工作和映射表制作工作的负担。

如果是相互独立地确定出与发动机输出相关值有关的燃烧参数的目标值，则可能导致如下的相互干涉问题。具体而言，当与某个燃烧参数的目标值相对应的一个发动机输出相关值已达到其要求值时，另一个发动机输出相关值却偏离其要求值，而当该另一发动机输出相关值与其要求值相一致时，上述的那个发动机输出相关值却偏离了其要求值。因而，非常难于使不同类型的发动机输出相关值同时与目标值达到一致。与此相反，本发明的发动机控制设备是计算出了与发动机输出相关值的要求值相对应的燃烧参数目标值的组合，并对作动器的工作进行控制而实现了这些目标值，因而避免了由于燃烧参数之间相互干涉而造成可控性恶化的问题，并使得各个发动机输出相关值同时与它们的要求值达成了一致，这将提高发动机控制设备的可控性。

发动机控制设备的工作还在于利用燃烧参数算术表达式与受控变量算术表达式来确定发动机输出相关值与燃烧参数之间的相互关系、以及燃烧参数与受控变量之间的相关关系，由此指明了如何对作动器进行操作来使发动机获得所需的燃烧状况，并找到了与发动机输出状况相关的燃烧状况。这就意味着燃烧参数被用作中间变量，以获得发动机输出相关值与受控变量之间的相关关系。

因而，通过执行如下的操作使各个发动机输出相关值与其要求值在同时实现一致：利用燃烧参数算术表达式基于发动机输出相关值的要求值计算出燃烧参数的目标值；利用受控变量算术表达式为受控变量产生出与计算所得目标值相对应的指令值；以及利用指令值对作动器的工作进行控制。

发动机控制设备还可包括发动机输出状况反馈控制回路，其将发动机输出相关值的实际值或计算值与要求值之间的偏差返送回去来计算燃烧参数的目标值。发动机输出相关值的实际值可由传感器直接进行测量。可利用模型来推导出发动机输出相关值的计算值。

发动机燃烧状况(即燃烧参数)与输出状况(即发动机输出相关值)之间的相互关系将随着环境条件的改变而改变，其中的环境条件例如是发动机冷却液的温度或外界大气温度。在对由燃烧参数算术表达式得出的目标值进行各种环境条件的修正时，需要进行适应性测试，以将目标值修正预定的量。这将增大制造商进行适应性测试工作和映射表制作工作的负担。

为了避免这样的缺陷，本发明的发动机控制设备以反馈的模式来计算燃烧参数的目标值，从而消除了发动机输出相关值的实际值或计算值与其要求值之间的偏差，由此得到了可适应环境条件改变的目标值。这就消除了执行适应性测试来找寻修正量的必要性，从而减轻了制造商在进行适应性测试工作和映射表制作工作方面的负担。

发动机输出相关值可反映如下参数中的至少两个：与内燃机废气排放相关的物理量；与内燃机输出扭矩相关的物理量；与燃料消耗量相关的物理量；以及与内燃机燃烧噪声相关的物理量。

例如，与废气排放相关的物理量是NO_x量、PM量、CO量、或HC量。与发动机输出扭矩相关的物理量是从发动机本身输出的扭矩、或发动机的转速。与燃烧噪声相关的物理量是燃烧噪声本身或发动机的机械振动。各种类型的这些物理量可被作为发动机输出相关值的举例，这些物理量可被大致划分为废气排放、输出扭矩、燃料消耗、以及燃烧噪声。这四种类型的发动机输出相关值被设置得相互干涉。因而，发动机控制设备在处理这样的发动机输出相关值方面非常有效。

发动机输出相关值还可包括如下参数中的至少两个：NO_X量、CO量、HC量、以及黑烟度。与这些废气排放指标相关的发动机输出相关值更有可能具有折衷的关系。因而，本发明的发动机控制设备能有效地处理这样的发动机输出相关值。

燃烧参数可包括点火正时和点火延迟。这些类型的燃烧参数通常是反映发动机气缸内燃烧状况的物理量，这些物理量之间具有密切的关系。因而，采用燃烧参数算术表达式和受控变量算术表达式可减小这些燃烧参数之间的相互干涉度。

受控变量可包括如下变量的至少两个：燃料的喷射量、燃料的喷射正时、燃料的喷射次数、燃料的供给压力、EGR量、增压压力、以及进气阀或排气阀的启/闭正时。这些受控变量是用在发动机控制系统中的典型变量，它们更有可能是相互干涉的。因而，利用上述的受控变量算术表达式能减小这些受控变量之间的相互关涉度。

附图说明

从下文的详细描述以及本发明优选实施方式的附图，可更加完整地理解本发明，其中的实施方式是优选的，但不应被用来将本发明限制为这些具体的实施方式，这些实施方式仅是为了便于解释和理解。

在附图中：

图1(a)中的方框图表示了更加本发明第一实施方式的发动机控制系统；

图1(b)表示了用作燃烧参数算术表达式的行列式；

图1(c)表示了用作受控变量算术表达式的行列式；

图2是由图1(a)所示发动机控制系统执行的发动机控制程序的流程图；

图3(a)中的解释性视图表示了由图1(a)到1(c)中所示燃烧参数算术表达式和受控变量算术表达式限定的相互关系；

图3(b)例示性地表示了图3(a)中由受控变量算术表达式限定的相互关系；

图3(c)例示性地表示了图3(a)中由燃烧参数算术表达式限定的相互关系；

图4中的解释性视图反映了燃烧参数对发动机输出相关值的影响作用；

图5(a)例示性地表示了发动机输出相关值的变化；

图5(b)例示性地表示了内燃机冷却液温度的变化；

图5(c)例示性地表示了燃烧参数的变化；

图5(d)例示性地表示了发动机输出相关值的变化；

图6(a)例示性地表示了NO_x量要求值的变化；

图6(b)例示性地表示了CO量要求值的变化；

图6(c)例示性地表示了以反馈模式对EGR比率进行修正的情形；

图6(d)例示性地表示了以反馈模式对先导喷射量进行修正的情形；

图6(e)例示性地表示了以反馈模式对先导喷射的正时进行修正的情形；

图6(f)例示性地表示了以反馈模式对主喷射正时进行修正的情形；

图6(g)例示性地表示了以反馈模式对喷射压力进行修正的情形；

图7中的方框图表示了根据第二实施方式的发动机控制系统。

具体实施方式

参见附图，各个附图中相同的数字标号指代相同的部件，具体到图1(a)，该图表示出了根据第一实施方式的发动机控制系统，其被用来对机动车所用内燃机10的工作进行控制。下文的讨论例如将针对自燃的柴油发动机来进行，在该柴油机中，燃料被以高压喷射到气缸#1到#4中。

图1(a)中的方框图表示了由电子控制单元(ECU)10a执行的发动机控制系统，ECU进行工作而对多个作动器11的工作进行控制，以此来调整发动机10中的燃料燃烧状况，从而使发动机10的输出特性与所希望的特性相符。

安装在燃料系统中的作动器11例如是燃料喷射器和高压泵，喷射器将燃料喷射到发动机10中，高压泵对被供送给燃料喷射器的燃料的压力进行控制。ECU 10a进行工作而计算出反映受控变量目标值的指令值，其中的目标值也即是要由高压泵吸入、排出的燃料量的目标值，ECU将目标值以指令信号的形式输出给高压泵，以对喷射到发动机10中的燃料的压力进行控制。EUC 10a还确定出反映受控变量目标值的指令值，并将上述指令值以指令信号的形式输出给燃料喷射器，其中的受控变量目标值也即是：要从各个燃料喷射器喷射出的燃料目标量(即喷射时长)；喷射正时的目标值，其中，在该喷射正时时刻，各个燃料喷射器将开始喷射燃料；以及每个发动机工作循环内(即四冲程循环内)每个燃料喷射器喷射燃料的次数，其中的工作循环包括吸气冲程、压缩冲程、燃烧冲程、以及排气冲程。

安装在进气系统中的作动器11例如是EGR(废气再循环)阀，其控制着发动机10所排出废气中被返送回发动机10进气口的部分的量(下文中该数量也被称为EGR量)，并控制着可变控制增压器的工作，这种增压器对增压压力可变地进行调整；还控制着节气门的工作，节气门控制着要被吸入到发动机10中的新空气的量；且控制着气阀控制机构的工作，该气阀控制机构设定了发动机10进气门和排气阀的启闭正时规律，并对进气门和排气阀的升程量进行调整。ECU 10a进行工作而计算出反映受控变量目标值的指令值，并将这些指令值以指令信号的形式分别输出给EGR阀、可变控制增压器、节气门、气阀控制机构，其中的受控变量目标值也即是指EGR量目标值、增压压力、新空气量、可变正时、以及进气门和排气阀的升程量。

在上述描述的方式中，EUC 10a对作动器11的工作进行控制，以实现受控变量的目标值，由此对发动机10中的燃烧状况进行控制，以使发动机10的输出状况与所要求的状况相一致。

如上所述的那样，发动机10的燃烧状况是由多种类型的燃烧参数限定的，这些燃烧参数例如是如下的参数：点火正时；点火延迟，其是从燃料开始喷射时到开始点燃燃料时之间所需的时间；如此等等。这些燃烧参数是一些物理量，这些物理量例如通常是由气缸压力传感器来测得的，这种传感器对发动机10气缸中的压力进行测量。

上述的发动机10输出特性是由多种类型的发动机输出相关值来表达的，这些相关值例如是：与废气排放相关的物理量(例如NO_x、PM[颗粒物]量、以及CO或HC的量)、与发动机10输出扭矩(例如从发动机10输出轴输出的扭矩)以及发动机10转速相关的物理量、与发动机10燃料消耗量(例如发动机10消耗单位体积的燃料所行驶的距离、或发动机运行单位时间所消耗燃料的体积，这些指标是通过模式运行测试测得的)相关的物理量、以及与燃烧噪声(例如发动机振动、燃烧、或排气噪声)相关的物理量。

ECU 10a中配备有典型的微计算机，微计算机包括：对给定任务执行工作的CPU；作为主存储器的RAM，其内存储着CPU工作期间产生的数据或CPU的运算结果；作为程序存储器的ROM；其中存储着数据的EERPOM；以及备份RAM，在所有的时间都由备份电源向该RAM供电-即使在将EUC10a的主电源关断之后，其中的备份电源例如是安装在车辆上的蓄电池。

发动机10已安装有这些传感器12、13，这些传感器向ECU 10a输出信息。传感器12是发动机输出传感器，其作为发动机输出相关值反馈回路的一部分，用于对实际的发动机输出相关值进行测量。例如，发动机输出传感器12是由如下传感器来实现的：气体传感器，该传感器对发动机10排放物中的组分(例如NO_x)浓度进行测量；扭矩传感器，其对发动机10的输出扭矩进行测量；以及噪声传感器，其对由燃料在发动机10中燃烧而产生的噪声幅度进行测量。如下文将要描述的那样，作为备选方案，发动机输出相关值的实际值也可利用算术模型计算或估算出，而不使用传感器12。

传感器13是燃烧状况传感器，其作为燃烧参数反馈回路的一部分，用于确定出实际的燃烧参数。例如，传感器13可以由如下传感器来实现：气缸压力传感器，其对发动机10燃烧室(即气缸)内的压力进行测量；以及离子传感器，其对由燃料在发动机10中燃烧而产生的离子量进行测量。例如，EUC 10a计算出由气缸压力传感器13测得的发动机燃烧室内压力的改变，由此来确定点火正时和点火延迟。作为备选措施，也可利用算术模型来计算或估算出燃烧参数的实际值，而不使用传感器13。

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、燃烧参数偏差计算器50、以及受控变量修正器60。燃烧参数计算器20起到了燃烧目标值计算器的作用，其确定出要使发动机输出相关值与要求值一致所需要的发动机10燃烧状况(即燃烧参数)。燃烧参数控制器30起到了受控变量指令值计算器的作用，其用于对作动器11的工作(即受控变量)进行控制，以实现发动机10预期的燃烧状况。燃烧参数控制器30产生出指令值，该指令值反映了各个受控变量的目标值，控制器将这些指令值以指令信号的形式输出给对应的那个作动器11。发动机输出偏差计算器40起到了发动机输出反馈回路的作用，其用于计算出各个发动机输出相关值的实际值(即从发动机输出传感器12输出的数值)与其要求值之间的差值或偏差。燃烧参数偏差计算器50起到了燃烧参数反馈回路的作用，其计算出各个燃烧参数的实际值(即从燃烧状况传感器13输出的数值)与其目标值之间的差值或偏差。受控变量修正器60进行工作而将从燃烧参数控制器30输出的指令值设定到对应作动器11的容许工作范围内。这些电路20到50是由ECU 10a微计算器中的各个功能模块来实现。

具体而言，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进行工作而对由发动机输出偏差计算器40计算出的各个发动机输出偏差进行求和或总合。燃烧参数算术表达式22被存储在诸如ECU10a的ROM等的存储器中。

燃烧参数算术表达式22被用来限定不同类型发动机输出相关值与不同类型燃烧参数之间的相互关系。具体而言，燃烧参数算术表达式22是由图1(a)所示的发动机输出状况-燃烧参数之间模型、或图1(b)所示行列式来实现的，并用数学方法表达了发动机10燃烧状况(即燃烧参数)与发动机10输出状况(即发动机输出相关值)之间的关系。换言之，燃烧参数的算术表达式22产生出为了满足发动机输出相关值的要求值所需要的发动机10燃烧状况数值。燃烧参数的目标值(或者上一控制环节中推导出的目标值需要改变的数量)是通过将发动机输出相关值的要求值(或实际值与要求值之间偏差)代入到燃烧参数算术表达式22中而得到的。

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要求值之间差值)代入到燃烧参数算术表达式22中而确定出一定量，在该控制环节中，需要将上一控制环节中设定的燃烧参数目标值改变所述的一定量。

在实践中，积分器21对各个发动机输出相关值的实际值的偏差分别进行求和，并将这些偏差代入到燃烧参数算术表达式22中，以持续地减小发动机输出相关值的实际值偏离其要求值的可能性。如果偏差的总和值变为零(0)，则由燃烧参数算术表达式22计算出的对应数值将为零。因而，燃烧参数的目标值就被设定，以将发动机10的燃烧状况保持为当前状况。

燃烧参数控制器30包括积分器31和受控变量算术表达式32。积分器31进行工作而对各个燃烧参数实际值与其目标值之间的偏差进行求和或总合，该偏差是由燃烧参数偏差计算器50计算出。受控变量算术表达式32被存储在诸如ECU 10a的ROM等的存储器(即存储装置)中。

受控变量算术表达式32被用来限定不同类型燃烧参数与不同类型受控变量之间的相互关系。受控变量算术表达式32是由图1(a)所示的燃烧参数-受控变量之间模型、或图1(c)所示的行列式来实现的，其用数学方法表达了与所需的发动机10燃烧状况相对应的受控变量的数值。换言之，受控变量的算术表达式32产生出一些受控变量数值的组合，为将发动机10置于所希望的燃烧状况需要采用该数值组合。因而，受控变量的指令值(或指令值需要改变的量)是通过将燃烧参数的目标值(或目标值需要改变的量)代入到燃烧参数算术表达式32而得到的。

具有图1(a)所示结构的燃烧参数偏差计算器30将燃烧参数的偏差(即目标值需要改变的量)代入到受控变量算术表达式32中，以确定出前一控制环节中得出的指令值需要在该控制环节中改变的量，以便于推导出前一控制环节中得到的受控变量需要在当前控制环节中改变的量。

在实践中，积分器31对燃烧参数偏离其目标值的偏差进行求和或积分，并将这些偏差分别代入到受控变量算术表达式32中，以持续地减小燃烧参数实际值偏离其目标值的可能性，其中，燃烧参数目标值的偏差是由燃烧参数偏差计算器50得出的。如果各个偏差的总和值变为零(0)，则由受控变量算术表达式32计算出的对应数值将为零。因而，各个受控变量的指令值就被设定，以保持受控变量当前的最新数值。

受控变量修正器60判断由燃烧参数控制器30得出的各个受控变量指令值是否位于对应作动器11的容许工作范围内。受控变量修正器60将被判断为超出容许工作范围的指令值修正或限制为对应的容许工作范围的上限或下限，并将该结果以指令信号的形式输出给作动器11。

下文将举例说明容许工作范围。例如，燃料喷射器的性能通常是有限的，这取决于燃料喷射器被启闭的速度。具体而言，在单次喷射操作中，燃料喷射器所能喷射的燃料最少可行量是有限的。因而，即使发动机控制系统指示燃料喷射器喷射出小于最少可行量的燃料，但燃料喷射器将只能喷射最少可行量的燃料。另外，在多级喷射模式中，如果在主喷射事件之前的先导喷射事件中喷入的燃料量被过度地增大，则会造成废气烟度超出允许的数值，其中，在多级喷射模式中，在每个发动机工作循环(即四冲程循环)中，燃料是分几次被进行喷射的。因而，必须要为先导喷射事件中的燃料喷入量设定上限。

另外，例如，作用在于对进入到发动机10中的空气流量进行调节的节气门，作用在于对EGR量进行调节的EGR阀，以及作用在于对增压压力进行控制的涡轮阀(例如废气闸阀)都存在着上限，该上限是当阀被完全打开时、所排出流体的最大可能流量。因而，即使发动机控制系统指示这些阀输出大于上限的流体量，这些阀也只能以最大可能流量来排出流体。从上文可清楚地看出，每个受控变量都具有由上限和下限限定的容许工作范围。

下文将参照图2中所示的作动器控制程序的流程图来描述如何计算出要被输出给作动器11的、以使受控变量达到其要求值的指令值。该程序是由ECU 10a中的微计算机以固定的间隔(例如CPU的工作周期或与给定的发动机10曲轴转角等效的周期)来执行的。

在进入到该程序中之后，流程进行到步骤10，在该步骤中，基于发动机10的转速和车轮加速踏板的位置(即驾驶员对加速踏板的力度)来计算出各个发动机输出相关值的要求值。例如，ECU 10a利用映射表计算出这些要求值，其中的映射表是利用适应性测试制出的，存储着与发动机10转速和加速踏板位置相关的发动机输出相关值的最优值。ECU 10a还可根据其它一些环境条件或参数来确定发动机输出相关值的要求值，其中的环境条件或参数例如是发动机10冷却水的温度、外界空气温度、和/或大气压。

流程进行到步骤20，在该步骤中，从发动机输出传感器12的输出信号测得各个发动机输出相关值的实际值。作为备选措施，可使用ECU 10a、借助于算术模型估算或计算出当前的发动机输出相关值，从而无需使用发动机的输出传感器12，将这些计算值确定为上述的实际值。只能对于某些发动机输出相关值才能执行这样的估算。

流程进行到步骤30，在该步骤中，执行发动机输出偏差计算器40的操作。具体而言，确定出步骤20中测得的发动机输出相关值的实际值与步骤10中得出的要求值之间的偏差。在下文中，该偏差也被称为发动机输出偏差。

流程进行到步骤40，在该步骤中，执行积分器21的操作。具体而言，该步骤中确定出步骤30中所得出各个发动机输出偏差的总值x(i)。更具体而言，将总值x(i)计算为前一程序执行周期内得出的各个总值x(i-1)与该程序执行周期内得出的对应那个发动机输出偏差的和。

流程进行到步骤50，在该步骤中，将步骤40中求得的总值x(i)代入到燃烧参数算术表达式22中。燃烧参数算术表达式22的解被确定为当前的或最新燃烧参数需要被改变的量。例如，图1(b)所示的燃烧参数算术表达式22被设计成这样：r阶变量的列向量A1与矩阵A2的乘积被定义为q阶变量的列向量A3，其中，A1列向量中的变量代表的是发动机输出相关值的当前值要被改变的量，而矩阵A2是由q×r个元素a₁₁到a_qr组成的，A3列向量中的变量代表的是燃烧参数要被改变的量。步骤40中求得的偏差总值x(i)被代入到列向量A1的变量中，以求得列向量A3各个变量(即各项)的解。这些解被确定为：为达到该程序执行周期内得出的燃烧参数目标值、需要对燃烧参数的最新值进行改变的量(下文中，其也被称为燃烧参数目标值改变量)。

流程进行到步骤60，在该步骤中，对燃烧状况传感器13的输出进行监控，以求得燃烧参数的实际值。作为备选措施，ECU 10a可利用算术模型计算或估算出燃烧参数的当前值，而并不使用燃烧状况传感器13，且将该计算值作为上述的实际值。只能对于某些燃烧参数才能采用这样的估算。

流程进行到步骤70，在步骤70中，执行燃烧参数偏差计算器50的操作。具体而言，将步骤50得出的各个燃烧参数目标值改变量加到其基准值上而定出目标值。然后，计算出燃烧参数各个目标值偏离步骤60中求得的对应那个燃烧参数实际值的偏差。作为备选措施，也可计算出各个燃烧参数目标值改变量与对应那个燃烧参数实际值改变量之间的偏差。

流程进行到步骤80中，在该步骤中，执行积分器31的操作。具体而言，确定出步骤70中得出的各个燃烧参数目标值偏差的总值y(i)。更具体而言，计算出前一程序执行周期内的总值y(i-1)与当前程序执行周期内得出的燃烧参数目标值偏差的总和，并将该总和作为总值y(i)。

流程进行到步骤90，在该步骤中，将步骤80中得出的总值y(i)代入到受控变量算术表达式32中。受控变量算术表达式32的解被确定为所有类型的受控变量的最新指令值需要被改变或调整的量。例如，图1(c)所示的受控变量算术表达式32被设计成这样：q阶变量的列向量A3与矩阵A4的乘积被定义为p阶变量的列向量A5，其中，A3列向量中的变量代表的是燃烧参数目标值的改变量，而矩阵A4是由p×q个元素b₁₁到b_pq组成的，A5列向量中的变量代表的是受控变量要被改变的量。步骤80中求得的偏差总值y(i)被代入到列向量A3的变量中，以求得列向量A5各个变量(即各项)的解。这些解被定为：为使受控变量达到该程序执行周期内得出的目标值(即指令值的目标值)，需要对受控变量的最新值进行改变的量(下文其也被称为受控变量目标值改变量)。

除了图2中的操作之外，ECU 10a还计算出指令值的基准值，该基准值代表了受控变量的基准值。然后，ECU 10a基于步骤90中得出的受控变量目标值的改变量对该指令值基准值进行修正，以得出要被输出该作动器11的各个指令值。例如，ECU 10a将各个受控变量目标值改变量加到对应的那个指令值基准值上，以得出代表受控变量目标值的指令值。指令值的基准值可根据诸如发动机10转速等的发动机工作状况预先确定出，或者在ECU 10a中按照数学公式来计算出，或者通过基于发动机工作状况查询映射表而得到。该映射表与本申请背景介绍部分中提到的第2008-223643和2007-77935日本专利首次公开公报所教导的映射表不同，该映射表仅被用来提供指令值的基准值，因而可通过较少的适应性测试容易地制得。

流程进行到步骤100，在该步骤中，确定步骤90中得出的、且要被输出给某个作动器11的各个指令值是否位于预定的容许工作范围内。如果得出否的结论，则就意味着指令值超出了容许工作范围，然后，流程进行到步骤110，在该步骤中，将指令值修正或设定为容许工作范围的上限或下限-不论是那个极限值更靠近指令值。例如，如果指令值大于容许工作范围，则就将指令值设定为上限。这样修正后的指令值被输出给对应的那个作动器11，以将受控变量置于其要求值。备选的情况，如果在步骤100中获得了是的结论，则就意味着指令值处于容许工作范围内，该指令值不经过修正就可输出该对应的那个作动器11。然后，流程终止。

下文将参照附图3(a)到图3(c)对由燃烧参数算术表达式22和受控变量算术表达式32限定的发动机输出相关值与燃烧参数之间相互关系、以及燃烧参数与受控变量之间相互关系的实例进行描述。

图3(a)示意性地表示了上述的相互关系。喷射量、喷射时长、以及EGR量被定义为作动器11的受控变量。NO_x量、CO量、以及燃料消耗量被定义为发动机输出相关值。“A”、“B”、“C”分别代表不同类型的燃烧参数。例如，“A”指代的是发动机10的点火正时。

在图3(a)所示的实例中，数字标号32a指示一条回归线32aM，该回归线代表了喷射量与燃烧参数A之间的相互关系。回归线32aM例如是通过多元回归分析而得出的。类似地，数字标号32b指示的是代表喷射量与燃烧参数B之间相互关系的回归线。数字标号32c指示的是代表喷射量与燃烧参数C之间相互关系的回归线。具体而言，如上所述，利用数学模型或行列式，将图3(b)所示的喷射量、喷射正时、以及EGR量的每一个与燃烧参数A、B、C的对应一个之间的相互关系由回归线来进行限定。因而，当规定了喷射量、喷射正时、以及EGR量的数值组合时，就可得到燃烧参数A、B、C的数值的对应组合。换言之，限定了受控变量与发动机10燃烧状况(即燃烧参数)之间的关系。从图1(a)可见，受控变量算术表达式32是由图3(a)中模型的倒逆模型来限定的。

在图3(a)中，数字标号22a指示一条回归线22aM，该回归线代表了燃烧参数A与NO_x量之间的相互关系。回归线22aM例如是通过多元回归分析而得出的。类似地，数字标号22b指示的是代表燃烧参数A与CO量之间相互关系的回归线。数字标号22c指示的是代表燃烧参数A与燃料消耗量之间相互关系的回归线。具体而言，如上所述，利用数学模型或行列式，将图3(c)所示的燃烧参数A、B、C的每一个与NO_x量、CO量、以及燃料消耗量的对应一个之间的相互关系由回归线来进行限定。因而，当规定了燃烧参数A、B、C的组合时，就可得到NO_x量、CO量、以及燃料消耗量的对应组合。换言之，限定了发动机10燃烧状况(即燃烧参数)与发动机10输出状况(即发动机输出相关值)之间的关系。从图1(a)可见，受控变量算术表达式22是由图3(a)中模型的倒逆模型来限定的。

例如，当点火正时A的目标值保持未变、但其实际值已改变时，可由燃烧参数偏差计算器50给出该差值(即燃烧参数偏差)。燃烧参数控制器30将该燃烧参数偏差代入到图3(b)所示模型或行列式中，以求出为使点火正时A的实际值与目标值相一致而要对喷射量、喷射正时、以及EGR的当前量进行改变或修正的量。

以喷射量的修正量ΔQ(即喷射量需要改变的量)为例，燃烧参数控制器30基于图3(a)所示的回归线32aM得出与点火正时A目标值的改变量ΔA相对应的修正量ΔQ。图3(b)中的受控变量算术表达式32限定了燃烧参数与受控变量的各种组合，从而，在只有某一个燃烧参数相对于目标值发生了改变时，同时要对所有的受控变量进行修正。

类似地，当NO_X量的要求值保持未变、但其实际值已改变时，可由发动机输出偏差计算器20得出该差值(即发动机输出偏差)。燃烧参数计算器20将该发动机输出偏差代入到图3(c)所示模型或行列式中，以求出为使NO_X量的实际值与要求值相一致而要对燃烧参数A、B、C的当前值进行改变或修正的量。

以点火正时的修正量ΔA(即点火正时需要改变的量)为例，燃烧参数计算器20基于图3(a)所示的回归线22aM得出与目标值改变量ΔNO_X相对应的修正量ΔA。图3(c)中的燃烧参数算术表达式22限定了发动机输出相关值与燃烧参数的各种组合，从而，在只有某一个发动机输出相关值相对于要求值发生了改变时，同时要对所有的燃烧参数进行修正。

如上文描述的那样，燃烧参数算术表达式22限定了发动机输出相关值与燃烧参数之间的各种组合，因而能响应于其中某个燃烧参数的改变，找出对应的发动机输出相关值需要改变的量。例如，当NO_X量的实际值与PM量的实际值偏离它们的要求值时-如图4所示，就通过将点火正时的最新值A1(即从前一程序执行周期得到的数值)改变为A2值来消除该偏差。即使未找到能使NO_X量和PM量与它们的要求值相一致的点火正时值A，也能利用燃烧参数算术表达式22得到能使NO_X量和PM量尽可能接近它们要求值的最优数值。

出于方便的考虑，图4中的示意图只表示了对点火正时A的修正，但是，如上所述，燃烧参数算术表达式22是限定了不同类型的发动机输出相关值与不同类型的燃烧参数之间所有可能的一定数目组合，因而能响应于某个或某些发动机输出相关值的偏差同时对各个燃烧参数的目标值进行修正。

与燃烧参数算术表达式22一样，受控变量算术表达式32被用来限定了不同类型燃烧参数与不同类型的受控变量之间所有可能的一定数目组合，因而能响应于某个或某些燃烧参数的偏差同时对各个受控变量的指令值进行修正。

图5(a)到图5(d)中的时序图表示了根据该实施方式的发动机控制系统的模拟工作结果，该结果是在发动机10稳定工作过程中、当发动机10冷却水的温度(即环境状况)出现改变时进行工作的结果。

如图5(b)所示，当冷却水温度逐渐升高时，这将造成发动机10燃烧状况的改变-即使受控变量保持不变的情况下。这样，燃烧参数偏差计算器50输出燃烧参数的偏差量。发动机控制系统以反馈的模式改变受控变量的当前值，从而减小或消除由燃烧参数偏差计算器50得出的燃烧参数偏差。在图示的实例中，如图5(d)所示那样，发动机控制系统响应于冷却水温度的改变同时对各个受控变量的当前值进行修正，从而以协同的方式同时对各个作动器11的工作进行控制，以在整体上减少燃烧参数的偏差。

另外，当冷却水的温度逐渐升高时，即使发动机10的燃烧状况保持不变，也会造成发动机输出相关值的改变。这样，发动机输出偏差计算器40输出发动机输出状况的偏差量。发动机控制系统以反馈的模式改变燃烧参数的目标值，从而减小或消除由发动机输出偏差计算器40得出的发动机输出偏差。在图示的实例中，如图5(c)所示那样，发动机控制系统响应于冷却水温度的改变以协同的方式同时对不同类型燃烧参数的目标值进行修正，从而在整体上减小了发动机输出的偏差。

简言之，如图5(d)和图5(c)所示，发动机控制系统以反馈的方式同时对各个受控变量进行调节、并同时对各个燃烧参数进行调整，以使图5(a)中实线所示的发动机输出相关值符合固定的数值。在发动机控制系统被设计为不执行上述反馈控制-例如利用适应性测试制得的映射表执行开环控制的情况下，发动机输出相关值将如图5(a)中虚线所示那样响应于发动机10冷却水温度的改变而改变，其中，映射表反映的是不同类型发动机输出相关值与不同类型受控变量之间一对一的对应关系。图5(a)到图5(d)中的模拟结果表明：该实施方式中的上述反馈控制提高了发动机控制系统的稳定性。

图6(a)到图6(g)中的时序图表示了根据该实施方式的发动机控制系统的模拟工作结果，该结果是在NO_x量和CO量(即发动机输出相关值)的要求值出现阶梯变化时的工作结果。

如图6(a)到图6(b)中的虚线所示，如果在t1时刻，NO_x量和CO量的要求值出现了阶梯变化，这将导致对应的发动机输出偏差出现增大。这样，燃烧参数计算器20将对燃烧参数的目标值进行改变。因而，如图6(c)到图6(g)所示，燃烧参数控制器30将改变受控变量的指令值。在图示的实例中，燃烧参数控制器30改变如下各个参数的指令值：EGR比率、先导喷射操作中要喷射出的燃料量(其也被称为先导喷射量)、先导喷射操作中的喷射正时(其也被称为先导喷射正时)、主喷射操作的喷射正时(其也被称为主喷射正时)、以及被喷射到发动机10中的燃料的压力(其也被称为喷射压力)。

如图6(c)到图6(g)所示，对这些受控变量的指令值进行改变，以使燃烧参数的偏差量接近于零(0)。在时刻t2，如果EGR率达到其下限G1，则受控变量修正器60将对应的指令值修正或设定为下限值G1(见图6(c)中的实线)。因而，在时刻t2之后，用于在反馈模式中对除EGR率之外的其它受控变量进行修正的增益将增大，从而如图6(d)到图6(g)中的实线所示那样，其它受控变量的变化斜率将增大。

如果对EGR阀直接进行操纵的指令值是在不限制EGR率的情况下计算出的，则先导喷射量、先导喷射正时、主喷射正时、及喷射压力的数值将如图6(d)到图6(g)中的点划线所示。NO_x量和CO量的实际值将如图6(a)和图6(b)中的点划线所示：在时刻t3处，分别稳定在控制死区w内。这将造成所有的受控变量都在时刻t3变为了稳定值。

在EGR率如图6(c)中实线所示那样被在时刻t2限定为下限G1的情况下，由燃烧参数控制器30输出的先导喷射正时的指令值就由图6(e)中的实线所示：在时刻t4时被限定到上限G2处。这就造成用于在反馈模式中对除EGR比率和已被限定的先导喷射正时之外的其它受控变量(即先导喷射量、主喷射正时、以及喷射压力)进行修正的增益将增大，从而使得其它受控变量(即先导喷射量、主喷射正时、以及喷射压力)的变化斜率如图6(d)、6(f)、6(g)中实线所示那样从时刻t4开始发生改变。

随后，如图6(g)中的实线所示，由燃烧参数控制器30输出的、为喷射压力设置的指令值在t5时刻被限制为上限G3。这将造成以反馈模式对除一些受控变量之外的其它受控变量(即先导喷射量和主喷射正时)进行修正时所需的增益增大，从而如图6(d)和图6(f)所示，使得被修正的受控变量(即先导喷射量和主喷射正时)的变化斜率在时刻t5发生改变，其中，上述的一些受控变量是指设为限值的EGR比率、以及被限制的先导喷射正时和喷射压力。由图6(a)和图6(b)中实线所示的NO_x量和CO量的实际值将在时刻t5时稳定在控制死区w中。这将造成所有的受控变量将在时刻t5变为稳定值。

从上文的讨论可清楚地认识到，当其中某个受控变量被限制在容许工作范围中时，燃烧参数控制器30工作而利用受控变量数学表达式22对其它受控变量以反馈模式进行调整，从而减小对应的燃烧参数偏差，由此将NO_x量和CO量稳定在控制死区w内。

该实施方式的发动机控制系统具有如下的优点：

1)如上所述，存在着这样的顾虑：利用受控变量计算器20和燃烧参数控制器30推导出的受控变量指令值超出了容许工作范围。为了消除这样的顾虑，该实施方式的发动机控制系统进行工作，利用受控变量修正器60将由燃烧参数控制器30生成的、且超出容许工作范围的指令值限制为容许工作范围的上限或下限值。这将提高系统使各个发动机输出相关值接近其要求值的可控性。

发动机控制系统基于燃烧参数的实际值或计算值持续地对受控变量的指令值进行修正，直到使燃烧参数的偏差变为零(0)为止。因而，即使某个或某些受控变量被限制到容许工作范围内，发动机控制系统也能发挥作用，以协同的方式同时对其它受控变量进行调整，以此使燃烧参数的实际值接近其目标值，由此同时将各个发动机输出相关值调整得接近其要求值。

2)如果其中某个作动器11无法正常地工作，从而其不可能改变对应的那个受控变量，则发动机控制系统以反馈的方式对燃烧参数的实际值或计算值进行控制，以持续地修正受控变量的指令值，直到燃烧参数的偏差变为零(0)。这将造成工作正常的其它作动器11的受控变量以协同的方式受到调节，以使燃烧参数的实际值与目标值相一致，由此使发动机输出相关值接近各自的要求值。

3)燃烧参数算术表达式22被设计成：其限定了不同类型发动机输出相关值与不同类型燃烧参数之间的相互关系，因此知晓如何对发动机10的燃烧状况进行控制来实现所要求的发动机输出相关值。具体而言，发动机控制系统进行工作，考虑到不同类型的燃烧参数与某一发动机输出相关值相互关涉的情况，燃烧参数算术表达式22确定出燃烧参数目标值的组合，以便于减小发动机输出相关值的实际值与其要求值之间的偏差，并实现所要求的发动机输出相关值。这将导致在使各个发动机输出相关值同步接近其要求值的方面获得改善。

4)受控变量算术表达式32被设计为：其限定了不同类型燃烧参数与不同类型受控变量之间的相互关系，由此知晓了如何对发动机10的燃烧状况进行控制以实现所需的发动机10输出状况。具体而言，发动机控制系统进行工作，利用受控变量算术表达式32确定出受控变量的组合，以此来减小燃烧参数实际值相对其目标值的偏差，由此避免了由于不同类型受控变量与某个燃烧参数相互干涉而造成发动机可控性恶化的问题。这将导致在使各个燃烧参数同步接近其目标值方面获得改善。

5)如上所述，发动机控制系统具有燃烧参数算术表达式22和受控变量算术表达式32，这些算术表达式用于选择使发动机输出相关值实现要求值所需的燃烧参数目标值组合、以及使燃烧参数实现其目标值所需的受控变量指令值组合，由此取消了用于为这些组合找寻最优值的适应性测试，这将减轻控制系统制造商进行适应性测试工作和映射表制作工作的负担，并能减小ECU 10a中为存储映射表所需的存储器容量。

特别是，利用适应性测试来为每个环境条件获得上述的最优数值组合通常将导致适应性测试的数目极大地增加。但本实施方式的发动机控制系统却利用反馈控制(如后文4)和5)中描述的那样)提高了应对环境条件改变的稳固性-如图5(a)到图5(d)中讨论的那样，因而取消了为各个环境条件设定燃烧参数算术表达式22和受控变量算术表达式32的需求，这也将减轻控制系统制造商的负担。

6)发动机控制系统以协同的方式对作动器11的受控变量同时进行设置，从而以反馈模式使得控制参数的实际值或计算值与其目标值保持一致，由此减小了发动机10不同类型燃烧状况与其目标状况之间的偏差，其中，该偏差是由于环境条件的改变而产生的，其中的环境条件例如是发动机10冷却水的温度。这就提高了燃烧参数控制器30在对发动机10燃烧状况进行控制时应对环境条件改变的鲁棒性。

7)发动机控制系统以协同的方式对各种类型燃烧参数的目标值同时进行设置，从而以反馈模式使得发动机输出相关值的实际值或计算值与其要求值保持一致，由此减小了不同类型的发动机输出相关值与其目标状况之间的偏差，其中，该偏差是由于环境条件的改变而产生的，其中的环境条件例如是发动机10冷却水的温度。这就提高了燃烧参数计算器20在计算燃烧参数目标值时应对环境条件改变的稳固性，其中，所述的燃烧参数目标值是为了满足发动机输出相关值的要求值而需要的。

8)提高系统应对环境条件改变的稳固性，就消除了在对发动机10进行控制过程中对环境状况进行反映的必要性，其中的环境状况例如是由冷却液温度传感器进行测量的。这就允许取消一个或多个环境状况传感器。

9)通常情况下，直接限定不同类型发动机输出相关值与作动器11不同类型受控变量之间相互关系的工作是非常复杂的。换言之，非常难于利用试验方法找到如图3(a)所示的回归线32aM。但是，获得发动机输出相关值与燃烧参数之间相互关系、以及燃烧参数与作动器11受控变量之间相互关系却是较为容易的。考虑这样的事实，该实施方式的发动机控制系统以燃烧参数作为中间参数、采用了燃烧参数算术表达式22和受控变量算术表达式32来限定发动机输出相关值与受控变量之间的相互关系，因而利于容易地获得回归线22aM和32aM上的数据，而这两条回归线被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。

10)在燃烧参数被用作中间参数的情况下，发动机控制系统进行工作，以反馈模式对发动机输出相关值的实际值或计算值进行控制，并以反馈模式对中间参数(即燃烧参数)的实际值或计算值进行控制，因而，利用燃烧参数控制器30和受控变量计算器20，在对发动机10进行控制中，提高了应对环境条件改变的鲁棒性。

图7表示了表示了根据本发明第二实施方式的发动机控制系统。

第一实施方式的发动机控制系统被设计为：独立于图2所示控制任务地计算出基准值，并提高将燃烧参数偏差代入到受控变量算术表达式32中来求得解，且将这些解确定为基准值要被修正的量。与此相反，图7所示第二实施方式中的发动机控制系统把通过将燃烧参数目标值代入到受控变量算术表达式32中求得的解确定为基准值，并在反馈控制器33中基于燃烧参数的偏差、以反馈模式计算出基准值应当被修正的量。该发动机控制系统利用了指令值计算器34，采用由受控变量算术表达式32得出的基准值、以及由反馈控制器33得出的修正量来形成指令值，该指令值被直接输出给作动器11。

独立于图2所示的控制任务，第一实施方式的发动机控制系统计算出燃烧参数目标值的基准值，并以反馈模式把通过将发动机输出偏差代入到燃烧参数算术表达式22中所得到的解确定为目标值基准值要被改变的量。与此相反，第二实施方式中的发动机控制系统把通过将发动机输出相关值的要求值代入到燃烧参数算术表达式22中求得的解确定为目标值的基准值，并在反馈控制器23中基于发动机的输出偏差、以反馈模式计算出目标值基准值应当被修正的量。该发动机控制系统利用了目标值计算器24，采用由燃烧参数算术表达式22得出的目标值基准值、以及由反馈控制器23得出的修正量来形成燃烧参数的目标值，该目标值被直接输出给受控变量算术表达式32和反馈控制器33。

第二实施方式的发动机控制系统的作用在于：以与第一实施方式相同的协同反馈模式，对燃烧参数以及发动机输出相关值的实际值或计算值进行控制。

尽管上文以优选实施方式的形式对本发明进行了公开，以便于更好地理解本发明，但应当认识到：在不悖离本发明基本原理的前提下，本发明可被按照多种方式进行实施。因而，本发明应当被理解为包含了所有可能的实施方式、以及对所示实施方式的改型方式，在不偏离由后续权利要求限定的本发明基本思想的前提下，这些实施方式都可以实施。

例如，发动机控制系统可被设计为按照如下的方式对作动器11进行控制：在该方式中，第一、第二实施方式的某些特征被结合到一起。

第一、第二实施方式中的发动机控制系统都以反馈模式对燃烧参数和发动机输出相关值的实际值或计算值进行控制，但是，作为备选方案，发动机控制系统也可被设计为：以开环模式对二者中的至少之一进行控制。例如，可将图6所示的反馈控制器23、目标值计算器24、以及发动机输出偏差计算器40取消掉。发动机控制系统将由燃烧参数算术表达式22得出的目标值基准值直接输出给燃烧参数控制器30。作为备选方案，可将反馈控制器33、指令值计算器34、以及燃烧参数偏差计算器50取消。发动机控制系统将由受控变量算术表达式32得出的指令值基准值直接输出给作动器11。

第一、第二实施方式中的发动机控制系统可被设计成这样：利用如下的映射表来取代燃烧参数算术表达式22或受控变量算术表达式32。可用这样的映射表来取代燃烧参数算术表达式22：该映射表中存储着对于发动机输出相关值的各个要求值而言最佳的燃烧参数值。可用这样的映射表来取代受控变量算术表达式32：该映射表中存储着对于燃烧参数的各个目标值而言最佳的受控变量值。

发动机控制系统中可设置有对诸如发动机10冷却水或冷却液温度等环境条件进行测量的传感器，以基于测得的环境条件对由燃烧参数计算器20计算出的燃烧参数目标值、和/或由燃烧参数控制器30计算出的受控变量指令值进行修正。

Claims (2)

1.一种发动机控制设备，其包括： 

燃烧目标值计算器，其基于多种类型的发动机输出相关值计算出多种类型燃烧参数的目标值，其中，发动机的输出相关值与内燃机的输出特性相关，而燃烧参数指示出内燃机的燃烧状况； 

存储装置，其内存储着受控变量的算术表达式，该受控变量的表达式限定了燃烧参数与多个作动器受控变量之间的相互关系，其中，所述作动器进行工作以对内燃机的燃烧状况进行控制； 

受控变量指令值计算器，其利用受控变量的算术表达式计算出与燃烧参数的目标值相对应的指令值的组合，而其中的燃烧参数目标值是由所述燃烧目标值计算器推导得出的，这些指令值被提供给作动器，以对作动器的受控变量进行调节，用于达到内燃机的输出特性的要求值； 

燃烧参数反馈回路，其进行工作以确定出燃烧参数的实际值或计算值偏离其目标值的偏差量，用于在所述受控变量指令值计算器中使用该偏差量以反馈模式计算所述指令值；以及 

受控变量修正器，其进行工作以对由所述受控变量指令值计算器推导出的至少一个指令值进行修正，其中，该至少一个指令值超出了对应那个作动器的给定容限工作范围，所述受控变量修正器将该指令值修正为容许工作范围的上限值或下限值； 

其中，所述存储装置中还存储着燃烧参数的算术表达式，该算术表达式限定了发动机输出相关值与燃烧参数之间的相互关系，且所述燃烧目标值计算器利用燃烧参数的算术表达式来计算出与发动机输出相关值的要求值相对应的燃烧参数目标值组合； 

其中所述发动机控制设备还包括：发动机输出反馈控制回路，其将发动机输出相关值的实际值或计算值偏离其要求值的偏差返送回，以计算燃烧参数的目标值。 

2.根据权利要求1所述的发动机控制设备，其特征在于：发动机输出相关值可反映如下物理量中的至少两个：与内燃机废气排放相关的物理量；与内燃机输出扭矩相关的物理量；与燃料消耗量相关的物理量；以及与内燃机燃烧噪声相关的物理量。 

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