CN102644512A - 用于引擎的控制装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种第一计算装置(6)，该第一计算装置(6)计算引擎的目标转矩当量值与引擎的最大转矩当量值的比值，作为压力比当量值。提供一种第二计算装置(7)，该第二计算装置(7)根据由第一计算装置(6)计算的压力比当量值，计算流经引擎的节气门的空气流速。进一步提供一种第三计算装置(8)，第三计算装置(8)根据第二计算装置计算的流速来计算目标节气门开度。采用这种结构，计算对应于所需的引擎转矩的节气门(27)的目标开度，不需要在节气门部的前面和后面利用压力。

Description

用于引擎的控制装置
相关申请的交互引用
参考2011年2月16日在日本提交的申请第2011-030718的主题的本申请基于35U.S.C.§119(a)。
技术领域
本申请涉及一种用于引擎的控制装置，用于控制节气门开度。
背景技术
已知一种用于控制安装在车辆上的引擎的技术是基于转矩(需要转矩)的控制，该控制根据引擎所需的转矩控制吸入的空气量、注入的燃料量、点火正时(ignition timing)等。基于转矩的控制例如根据加速器开度和发动机转速等来计算目标引擎转矩发动机转速并且控制引擎以产生目标转矩。此外，在其中安装有外部控制系统的车辆中，诸如自动变速器、自动巡航控制器、和车辆稳定器，从这些外部控制系统到引擎的各个输出请求被集中并且转化成转矩，然后该转矩被结合成引擎电子控制装置(引擎ECU)中的一个单独的值。从而，在引擎电子控制装置中以集中统一的方式控制引擎的转矩行为。
同时，在恒定的燃烧条件下，诸如注入相同量的燃料和相同的点火正时，引擎中所产生的转矩的量取决于导入到气缸的进气的量。吸入的空气量的变化取决于设置在到引擎的进气通道上的节气门的开度。因而，能够通过调节节气门开度来控制引擎转矩的大小。
例如，专利文献1(日本平开专利申请第2009-024677)说明了一种技术，其中目标转矩被转化成填充在气缸中的目标空气量，并且计算目标节气门开度，从而填充到气缸中的估计的空气量符合填充到气缸中的目标空气量。在这种技术中，考虑到流经节气门的空气量的改变和进气系统的延迟所获得的物理模型，来计算填充在气缸中的估计的空气量，并且控制节气门开度，从而使得估计量接近目标量。
流经节气门的空气的流速被表示为节气门的开口面积和空气流速的乘积。因而，一旦流经节气门的空气的流速被确定，则用于产生所需的引擎转矩的节气门开度能够被精确地获得。
例如，专利文献2(日本平开专利申请第2006-132498)说明了一种技术，该技术采用节气门部的上游压力与下游压力的比值(压力比)，计算与空气的流速成比例的值(流速系数)。在这种技术中，根据从设置在上游和下游的各个压力传感器输出到节气门的信号来计算压力比。
但是，为了计算压力比，节气门部的上游和下游需要分别的压力传感器，并且如果任一个压力传感器出现故障，就不能计算压力比。更具体地，假定两个压力传感器正常工作并且很精确，才可以计算调节节气门开度时导入到气缸的空气量。因此，如果任一个压力传感器发生故障或者它们的检测精度降低时，预定的空气量的精度可能会降低并且根据进气量的引擎转矩的可控制性可能会大打折扣并且下降。
作为在压力传感器出现故障的情况下的故障保护，提供一种用不利用压力比于估计导入到气缸的空气的量的技。例如，节气门开度和通过这些开度导入到气缸的空气的量之间的关系被限定为存储在引擎ECU中的映射(map)或者图表中。但是，对应于各种各样的驱动条件的映射或者图表应当被事先设定，这样消耗了引擎ECU中的更大的ROM空间并且增大了开发成本。
发明内容
鉴于以上问题，提出本发明，并且本发明的目的在于计算与所需的引擎转矩相对应的目标节气门开度，而不在节气门部的前面和后面利用压力。
应该注意，本发明的另一目的在于提供能够通过以下实施例所述的各个构造所获得的优点和效果，这些优点和效果不能够通过常规的技术获得。
(1)这里所公开的用于引擎的控制装置包括第一计算装置，该第一计算装置计算引擎的目标转矩当量值与引擎的最大转矩当量值的比值，作为压力比当量值。
同样，该用于引擎的控制装置包括第二计算装置，该第二计算装置根据第一计算装置计算的压力比当量值，计算流经引擎中的节气门的空气的流速。
另外，还包括第三计算装置，该第三计算装置根据由第二计算装置计算的流速，计算目标节气门开度。
这里，“压力当量值”等于节气门部的下游压力与上游压力的比值压力比)。另外，“引擎的最大转矩当量值”是与能够在引擎的操作状态下产生的转矩相对应的值，而且“引擎的最大转矩当量值”根据例如发动机转速能够被设定。
(2)优选地，第一计算装置根据阀升程度或者进气阀或者排气阀的配气正时(valvetiming)来计算最大转矩当量值。
更具体地，优选地，在计算时能够在进气阀或者排气阀的控制状态下产生的最大引擎转矩可以被计算作为最大转矩当量值。
(3)另外，优选地，第一计算装置利用导入到引擎的空气的量来计算引擎中产生的转矩，作为最大转矩当量值，并且计算根据引擎的输出需求设定的目标转矩，作为目标转矩当量值。
这里，优选地，“导入到引擎的空气的量”是根据发动机转速导入到引擎的空气的最大量。更具体地，优选地，“导入到引擎的空气的量”是假定节气门在当时的发动机转速时(engine speed at that time)完全打开，此时导入到引擎的空气的量。换句话说，优选地，最大转矩当量值是假定节气门在当时的发动机转速时完全打开时在引擎中产生的转矩。
(4)另外，优选地，第一计算装置为了获得最佳的转矩(即，MBT)计算在最小点火提前中的点火正时，在引擎中产生的转矩，作为最大转矩当量值。
考虑到为了防止爆振，点火正时可以被从MBT转移到滞后侧(retard side)。即，第一计算装置可以计算从MBT稍微转移到滞后侧的预定点火正时时产生的转矩，作为在这种情况的最大转矩当量值。
(5)另外，优选地，第一计算装置计算在以预设的空气-燃料比燃烧期间引擎中产生的最大转矩，作为最大转矩当量值。预设的空气-燃料比的例子包括的空气-燃料化学量比(空气-燃料比大约为14.7)，并且能量的最佳空气-燃料的化学量比(空气-燃料比为12.0-13.0)。
(6)另外，优选地，第一计算装置将引擎的最大充电效率作为最大转矩当量值，和将根据空气量计算的目标充电效率作为目标转矩当量值，来计算压力比当量值。
根据本发明的用于引擎的控制装置计算引擎的目标转矩当量值与最大转矩当量值的比值，作为“压力比当量值”。然后控制单元利用“压力比当量值”计算进气的流速。即，能够确定目标节气门开度，而不用在节气门部的前面和后面利用测量的压力。
另外，由于压力值当量值与节气门部的下游压力与上游压力的比值相关，所以能够精确地确定目标节气门开度。
另外，通过利用压力比当量值A和压力比C之间的关系能够简化目标开度的计算。不需要具有与引擎的各种各样的操作的相对应的复杂映射或者图表。这种简单的构造有助于节省用于存储计算的数据的ROM空间。
附图说明
参考附图，将说明本发明的本质，以及其他目的和优点，在整个附图中，相同的参考标号指代相同或者相似的部件。
图1是说明根据实施例的用于引擎的控制装置的方块示意图，其中该控制装置被应用到引擎上；
图2是说明在该控制装置中的计算的方块示意图；
图3是根据该控制装置，说明实际的充电效率Ec、点火正时、和转矩之间的关系的图表；
图4是根据该控制装置，说明最大转矩和发动机转速之间的关系的图表；
图5A是根据该控制装置，说明压力比当量值和实际压力比之间的关系的图表，其中该控制装置利用根据充电效率计算的压力比当量值；
图5B是根据该控制装置，说明压力比当量值和实际压力比之间的关系的图表，其中该控制装置利用根据充电效率计算的压力比当量值；
图6是根据该控制装置，说明压力比当量值和流速之间的关系的图表；
图7是根据该控制装置，说明目标开度面积和目标开度电压之间的关系的图表；和
图8是说明控制装置中的计算的方块示意图，作为变化例。
具体实施方式
参考附图，说明控制装置。应该注意，虽然只通过实例的方式说明以下实施例，但是，也不排除以下实施例中未明确显示的该技术的各种修改和应用。
[1.装置构造]
本发明的用于引擎的控制装置被应用到安装在图1所示的车辆的引擎10。在该图中显示设置在多缸引擎10中的一个缸。在气缸的顶部上，设置有火花塞13，从而火花塞13的顶部朝着燃烧室突出。在气缸头部侧上的燃烧室的顶面上，设置有进气口11和排气口12。
在燃烧室的顶面上，设置有进气阀14和排气阀15。进气阀14用于打开或者闭合来自进气口11的入口，排气阀15用于打开或者闭合至排气口12的出口。用于喷射燃料的喷射器18被设置在进气口11上。根据入口被进气阀14打开或者闭合，进气口11和燃烧室被连接或者断开。以类似的方式，根据出口被排气阀15打开或者闭合，排气口12和燃烧室被连接或者断开。进气阀14和排气阀15的顶端中的每一个被连接到可变气门机构4中的锁定器臂(locker arm)的端部。锁定器臂是在锁定器轴上枢轴转动(或者固定)的摆动构件，并且当每个锁定器臂摆动时，进气阀14和排气阀15在竖直地方向上被来回地驱动。在凸轮轴上枢轴转动(或者固定)的凸轮被设置在锁定器臂的另一端部上。以这种方式，锁定器臂的摆动方式依随凸轮的外形(凸轮轮廓)。
可变气门机构4是改变进气阀14和排气阀15的最大气门升程(阀升程度，气门开度持续时间)的机构。可变气门机构4单独地或者共同地改变升程和正时。可变气门机构4包括可变气门升程机构4a和可变配气正时机构(variable valve timing mechanism)4b，作为改变锁臂的摆动度和摆动正时的机构。
可变气门升程机构4a是用于连续并且平缓地改变进气阀14和排气阀15中的每一个的最大升程的机构。可变气门升程机构4a的功能是改变从固定到凸轮轴的凸轮传送到锁臂的摆动的大小。用于改变锁臂的摆动大小的特殊结构可以是任何合适的构造。
可变配气正时机构4b是用于改变打开或者闭合进气阀14和排气阀15中的每一个的正时(配气正时)。可变配气正时机构4b的功能是改变引起锁臂摆动的凸轮或者凸轮轴的旋转相位。通过凸轮或者凸轮轴的旋转相位的改变，能够连续并且平缓地相对于曲柄轴17的旋转相位转变锁臂的摆动正时。
进气歧管20位于进气流中的进气口11的上游。稳压罐(surge tank)21被设置在进气歧管20中，用于暂时地存储流向进气口11的空气。进气歧管20的下游端被形成为分支成用于气缸的多个进气口11，稳压罐21被设置在分支点上。稳压罐21的功能是减轻每个气缸中发生的震动，并且防止在进气过程中发生互相干扰。
节气门体22被连接到进气歧管20的端部。电动控制节气门27被设置在节气门体22的内部，并且根据节气门27的开度(节气门开度θTH)调节气向进气歧管20的空气的量。通过稍后所述的引擎ECU 5电动地控制节气门开度θTH。
进气通道23被连接到节气门体22的更上游侧。检测空气流速QIN的空气流传感器1被设置在进气通道23中。空气流传感器1上检测的流速QIN的信息被发送到引擎ECU 5。
空气过滤器24被设置在进气通道23的更上游侧上。采用这种构造，经空气过滤器24过滤的新鲜空气通过进气通道23和进气歧管20被提供给引擎10的气缸。
大气压力传感器25和进气歧管压力传感器26被设置在节气门27的上游和下游，用于检测在它们各自位置上的压力。大气压力传感器25检测节气门27的上游压力PB(该压力对应于大气压力)，而进气歧管压力传感器26检测节气门27的下游压力PA(该压力对应于稳压罐内的压力)。由每个压力传感器25和26检测的节气门部的上游压力PB和下游压力PA的信息被发送到引擎ECU 5。
活塞16在气缸内来回地滑动，并且经由连接杆被连接到曲柄轴17。用于检测曲柄轴17的旋转角θCR的曲柄角传感器3设置有曲柄轴17。旋转角θCR在每个单位时间内的变化与发动机转速Ne呈正比。因而，曲柄角传感器3被认为具有检测引擎10的发动机转速Ne的功能。由曲柄角传感器3检测的发动机转速Ne的信息被发送到引擎ECU 5。换句话说，引擎ECU 5可以根据曲柄角传感器3检测的旋转角θCR来计算发动机转速Ne。
在其中安装有如图1所示的引擎10的车辆的某处(任意位置)上，具有油门踏板传感器2，该油门踏板传感器2用于检测油门踏板踩踏量θAc，该踩踏量θAC对应于油门踏板被驾驶员踩踏的量。油门踏板的踩踏量θAC是与驾驶员所需的加速度有关的参数，即，是与引擎10的输出请求有关的参数。由油门踏板传感器2检测的踩踏量θAC的信息被发送到引擎ECU 5。
引擎电动控制单元(引擎ECU，控制装置)5是电动控制装置，该电动控制装置用于为引擎10的每个气缸控制空气的量和喷射的燃料的量，以及控制点火正时。引擎ECU 5被构造成结合例如CPU、微处理器、ROM、RAM等的LSI装置或者嵌入式电子装置。基于引擎10所需的转矩的量在引擎ECU 5中进行“基于转矩的控制”。由引擎ECU 5控制的具体参数可以包括来自喷射器18的燃料量和喷射器18的喷射正时、火花塞13的点火正时和节气门27的开度θTH。以下将通过由调节节气门开度θTH，来对引擎转矩进行控制(这里的控制是指“进气量控制”)的情形来说明本实施例。
[2.用于控制的构造]
引擎ECU 5将引擎10所需的转矩相加并且计算总转矩中通过调节进气量而获得的部分转矩。部分转矩被认为是目标转矩PiTGT。然后引擎ECU 5控制节气门开度θTH，使产生目标转矩PiTGT所需的空气流经节气门27。可变气门机构4、空气流传感器1、油门踏板传感器2、曲柄角传感器3、大气压力传感器25和进气歧管传感器26被连接到引擎ECU 5的输入侧。节气门27被连接到引擎ECU 5的输出侧。
根据如上设定，流经节气门27的空气的流速是节气门27的开口面积S和空气流速V的乘积(流速＝S*V)，其中，根据节气门部的压力比C(下游压力与上游压力的比值)来计算空气流速V。因此，一旦计算出产生目标转矩PiTGT所需的空气的量，就能够通过由进气歧管压力传感器26检测到的上游压力PA和大气压力传感器25检测的下游压力PB的比例(C＝PA/PB)来计算节气门开度θTH。但是，本实施例的引擎ECU 5具有的另一功能是不利用下游和上游压力PA和PB来计算合适的节气门开度θTH。
如图1所示，引擎ECU 5包括第一计算单元6、第二计算单元7，第三计算单元8和节气门开度控制单元9。可以借助于电子电路(硬件)，或者可以利用程序(软件)实现第一计算单元6、第二计算单元7、第三计算单元8和节气门开度控制单元9各自的功能，或者它们的功能的一部分可以通过硬件实现，而剩下的部分通过软件来实现。
[2-1.第一计算单元]
第一计算单元6(第一计算装置)计算与节气门部的实际压力比C相关的压力比当量值A。如图2所示，第一计算单元6包括最大转矩计算单元6a、目标转矩计算单元6b、压力比当量值计算单元6c、第一校正单元6d、和第二校正单元6e。
最大转矩计算单元6a根据曲柄角传感器3检测(或者计算)的发动机转速Ne计算引擎10能够产生的最大转矩PiMAX。
通常地，根据发动机转速Ne、导入到气缸的空气量或者燃料量、点火正时等，引擎10中产生的转矩的大小可以改变。在预定的发动机转速上的预定空气-燃料比所产生的转矩的大小被展示在附图3所示的图中。例如，对于空气量Q1和点火正时T1，引擎10输出最大转矩Pi1。表示转矩关于点火正时的变化的曲线是向上凸出的曲线。采用空气量Q2的最大转矩是Pi2，用于输出该转矩的点火正时为T2。
考虑到这些关系，最大转矩计算单元6a计算在操作状态时，进气量达到最大时所产生的最大转矩(完全节气时的转矩)，作为最大转矩PiMAX。例如，如图4中的实线所示，利用限定在完全节气(节气门27被完全打开的情况)时最大转矩PiMAX和的发动机转速Ne之间的关系的图表或者映射，可以计算最大转矩PiMAX。由最大转矩计算单元6a计算的最大转矩PiMAX的值被发送到压力比当量值计算单元6c和第二校正单元6e。
在引擎10中产生最大转矩的点火正时，诸如如图3所示的点火正时T1或者T2，被称为最大转矩的最小点火提前角(MBT)。随着导入到气缸的空气的量增大，MBT朝着滞后侧进一步移动，而随空气的量减小，MBT朝着提前侧进一步移动。随着发动机转速Ne变小，MBT朝着滞后侧进一步移动，而随着发动机转速Ne变大，MBT朝着提前侧进一步移动。
在最大转矩计算单元6a中计算最大转矩PiMAX作为在MBT时发生点火而产生的转矩。但是，如果不期望在MBT时设定点火正时，从防止引擎10爆振的观点来看，从MBT被少许移动到滞后侧的点火正时中产生的转矩可以被计算作为最大转矩PiMAX。当点火正时进一步延迟(推迟)时爆振发生的频率变小了，但是当点火正时延迟时引擎转矩就会减小。因而，优选的是，在基本免于爆振的点火正时范围内，设定预定点火正时处于更靠近MBT的提前侧。
当点火正时改变时，完全节气时的最大转矩PiMAX和发动机转速Ne之间的关系同样会改变。图4中的实线图的位置和轮廓(图形状)也会发生改变，同时如图4的虚线所示，对应于点火正时的最大转矩PiMAX能够通过预先限定对应于多个点火正时的多个点而被计算。因而，最大转矩点火正时可以根据发动机转速Ne和点火正时来计算最大转矩PiMAX。
至于空气-燃料比，优选地，通过假定一个预设(预定)的空气-燃料比，而不是通过此时实际的空气-燃料比，来计算最大转矩PiMAX。例如，即使当实际的空气-燃料比是有偏差的空气-燃料比时，化学计量的空气-燃料比(空气-燃料比大约为14.7)引擎输出的估算值或者用于动力的最优空气-燃料比(能获得更高的能量输出的空气-燃料比在12.0至13.0的范围)的引擎输出的估算值可以被计算用作最大转矩PiMAX。
类似于点火正时，如果用于计算最大转矩PiMAX的空气-燃料比不相同时，计算的最大转矩PiMAX会改变。通过预先限定对应于多个空气-燃料比的多个点，如图4的虚线所示，能够计算对应于空气-燃料比的最大转矩PiMax。因而，根据发动机转速Ne和空气-燃料比，最大转矩计算单元6a可以计算最大转矩PiMAX。
另外，这些也应用于进气阀14和排气阀15的阀升程度或者配气正时。可以计算最优配气正时或者最优阀升程度时的最大转矩PiMAX(即，在引擎中产生最大转矩的阀升程度或配气正时)。换句话说，可以计算在实际的阀升程度或者实际的配气正时时引擎10所产生的最大转矩PiMAX。在这种情况下，通过提前限定对应于多个阀升程度和多个配气正时的多个点，如图4中虚线所示，对应于多个阀升程度和多个配气正时的最大转矩PiMAX能够被计算。因而，最大转矩计算单元6a可以根据发动机转速Ne、阀升程度和配气正时计算最大转矩PiMAX。
图3中的标号Pi表示“平均有效指示压力(IMEP)”。IMEP是压力值，该压力值通过将根据引擎10的示功图(例如，压力-体积图表)所计算出的功除以汽缸排量而得到。这里，通过IMEP表示了转矩的大小。在本实施例中，术语“转矩”不仅表示引擎10中所产生的旋转的动量，而且为了方便起见，作用于引擎10的活塞16上的平均有效压力(例如，IMEP(Pi)或者BMEP(制动平均有效压力，Pe)或者FMEP(摩擦平均有效压力))同样被代表了“转矩”。
目标转矩计算单元6b根据曲柄角传感器3检测(或者计算)的发动机转速Ne和加速器踏板传感器2检测的踩踏量θAC来计算目标转矩PiTGT。类似于最大转矩PiMAX，这种目标转矩PiTGT是通过将在进气量控制中的目标转矩转变为IMEP Pi所获得的值。由目标转矩计算单元6b计算的目标转矩PiTGT被发送到压力比当量值计算单元6c和第三计算部8。
基于由最大转矩计算单元6a计算出的最大转矩PiMAX和由目标转矩计算单元6b计算出的目标转矩PiTGT，压力比当量值计算单元6C计算压力比当量值A。压力比当量值A通过目标转矩PiTGT和最大转矩PiMAX的比而获得(A＝PiTGT/PiMAX)。由压力比当量值计算单元6C计算出的压力比当量值A被发送到第二校正单元6e和第二计算单元7。
这里，通过本发明人所作的引擎测试显示在图5A的图表中，该图表说明压力比当量值A和实际压力比之间的关系。这个图绘制了当维持发动机转速Ne和空气-燃料比为恒定的同时改变进气阀14的阀升程度时压力比当量值A与压力比C之间的关系，水平轴表示压力值当量值A并且纵轴表示压力比C。以点绘制的白圈表示压力比当量值A等于压力比C时的点(在C＝A的线型图上绘制的每个白圈)。
在这种引擎测试中，进气阀14的阀升程度逐步地被增大到L1、L2、L3、L4，各个结果被分别显示在细虚线、细实线、粗虚线、粗实线的图中。这四个图大致与点状白圈对齐。换句话说，压力比当量值A和压力比C之间的相互关系与阀升程度无关。因此，能够利用压力比当量值A代替压力比C来计算节气开度θTH。
利用压力值当量值A作为用于压强比C的替代值意味着压力比C和压力比当量值A假定总是彼此相等。严格来说，但是，图5A中的图不能完全与直线C＝A匹配。例如，为了提高作为压力比C的替代值的压力比当量值A的可靠性，可以计算校正压力比当量值A′，该校正压力比当量值A′由校正压力比当量值A和压力比C之间的差值所获得。另外，用于计算压力比当量值A，诸如目标转矩PiTGT和最大转矩PiMAX，可以被校正以确定压力比当量值A和压力比C之间更密切的关系。
第一校正单元6d执行后者校正。例如，第一校正单元6d存储在最大转矩PiMAX时的空气-燃料比、配气正时、阀升程度等的效果。第一校正单元6d根据引擎10的操作状态和进气阀14和排气阀15的控制状态来计算校正的最大转矩PiMAX，并且将校正的值发送到最大转矩计算单元6a。在这种情况下，最大转矩计算单元6a可以将从第一校正单元6d发送的校正的最大转矩PiMAX′发送到压力比当量值计算单元6c，最大转矩PiMAX。
第二校正单元6e执行前者校正。例如，第二校正单元6e为每个发动机转速Ne、每个配气正时和每个阀升程度存储压力比C和压力比当量值A之间的关系，如图5A所示。第二校正单元6e计算对应于压力比当量值计算单元6c计算的压力比当量值A的压力比A′，并且将其发送到压力比当量值计算单元6c。在这种情况下，压力比当量值计算单元6c可以将从第二校正单元6e发送的压力比A′发送到第二计算单元7，而不是压力比当量值A。
[2-2.第二计算单元]
第二计算单元7(第二计算装置)包括流速计算单元7a，该流速计算单元7a根据从第一计算单元6发送的压力比当量值A计算流经节气门27的空气的流速V。流速计算单元7a存储限定了相对于变化压力比(varying pressure ration)的流速变化的映射或者表格或者数学公式。例如，根据如图6所示的压力比当量值A和流速V之间的关系计算空气流速V。第二计算单元7计算的流速V被发送到第三计算单元8。
应该注意，随着流经管中的孔的压缩流体在流经孔之前和流经孔之后的压力比(下游侧的压力与上游侧的压力的比)增大，流经管中的孔的压缩流体(该流体的密度根据压力的改变而改变)的流速通常减小。一旦压力比降到临界压力比以下，流速则保持恒定。考虑到这些特征，图6中的图限定压力当量值A在0≤A≤1的范围内，其中对于压力比当量值A为1时将流速V设定为0。随着压力比当量值A减小，流速V增大。当压力比当量值A降到临界压力比A0以下时，流速V被设定为上限V0.
[2-3第三计算单元]
根据第二计算单元7所计算的空气量和流速V，第三计算单元8(第三计算装置)计算用于产生由第一计算单元6所计算的目标转矩PiTGT的空气量，并且计算节气门27的目标开度。第三计算单元8包括目标节气流速计算单元(targe throttle pass flow ratecalculation unit)8a和目标节气开度计算单元8e。
目标节气流速计算单元8a计算产生由第一计算单元6所计算的目标转矩PiTGT所需的新鲜空气的目标流速QTGT。目标节气流速计算单元8a包括目标充电效率计算单元8b、目标气缸内空气量计算单元8c，和目标流速计算单元8d。
目标充电效率计算单元8b计算对应于从目标转矩计算单元6b发送的目标转矩PiTGT的目标充电效率EcTGT。这里，根据限定目标转矩PiTGT和目标充电效率EcTGT之间关系的预设关系映射、数学公式等来计算目标充电效率EcTGT。由目标充电效率计算单元8b计算的目标充电效率EcTGT被发送到目标气缸内空气量计算单元8c。
应该注意，标号Ec表示“充电效率”。充电效率Ec是这样得到的：通过在标准条件下将在单次进气行程期间充入汽缸的空气的体积标准化为气体体积，单次进气行程是指活塞16从上死点移动到下死点的行程；再将该标准化值除以汽缸体积。在该行程期间，充电效率Ec对应于气缸中导入的空气量，并且目标充电效率EcTGT是产生目标转矩PiTGT充电效率的理想值。目标充电效率EcTGT对应于目标空气量。
目标气缸内空气量计算单元8c执行，用于将由目标充电效率计算单元8b计算的目标充电效率EcTGT转变为导入到气缸内的空气的目标量QcTGT的计算。这里，根据限定目标充电效率EcTGT和目标量QcTGT之间的关系所预设关系映射、数学公式等，计算目标量QcTGT。目标气缸内空气量计算单元计算的目标量QcTGT被发送到目标流速计算单元8d。换句话说，目标充电效率计算单元8b可以代替目标气缸内空气量计算单元8c执行计算。
目标流速计算单元8d根据将要到被导入到气缸内的目标空气量QcTGT计算新鲜空气的流速QTGT，该新鲜空气是流经节气门27的目标空气。这里，考虑到稳压罐21的体积所引起的空进气延迟，根据预设的物理模型、数学公式等计算目标流速QTGT。由目标流速计算单元8d计算的目标流速QTGT被发送到目标节气开度计算单元8e。
根据目标节气流速计算单元8a计算的目标流速QTGT和流速计算单元7a计算的流速V，目标节气开度计算单元8e计算节气门27的目标开度面积S。例如，如图2所示，通过利用流速V划分目标流速QTGT，计算目标开度面积S。例如，目标节气开度计算单元8e计算的目标开度面积S被发送到节气开度控制单元9。
[2-4.节气开度控制单元]
节气开度控制单元9将控制信号输出到节气门27以控制节气门27的开度，使节气门27的开度等于第三计算单元8计算的目标开度面积S。这里，根据限定目标开度面积S和目标开度电压E之间关系的预设的关系映射、数学公式等计算目标开度电压E，并且目标开度电压E被输出到节气门27，作为控制信号。应该注意，根据节气门27的结构、形状、和类型限定目标开度面积S和目标开度电压E之间的关系。例如，在正常的节气门27打开的开度比开度电压的增量所对应的宽度更宽时，目标开度电压E可能随着目标开度面积S的变大而增加，如图7所示。
作为对来自节气开度控制单元9的控制信号的响应，节气门27的节气开度θTH受到控制，从而获得目标开度面积S。从而，一旦流向进气歧管20的空气的流速达到目标流速QTGT，气缸的充电效率Ec达到从引擎10到目标转矩PiTGT设定的目标充电效率EcTGT。引擎ECU 5以上述方式执行进气量控制。
[3.优点和效果]
在用于引擎10的上述操作装置中，在第一计算单元6中的压力比当量值计算单元6c中计算压力比当量值A，代替节气门部的实际压力比C。然后，在第二计算单元7中的流速计算单元7a中，根据压力比当量值A，计算流经节气门27的空气的流速V。从而，在第三计算单元中的目标节气开度计算单元8e中，能够计算目标开度面积S以解决并且设定节气门27的目标开度，而不需要利用节气门部的下游压力PA和上游压力PB。
另外，如图5A所示，由于压力比当量值A与节气门部的压力比C具有相互的关系，所以能够在目标节气开度计算单元8e中计算目标开度面积S，以将节气门27的目标开度设定在合适的范围中。
另外，能够利用压力比当量值A和压力比C之间的相互关系简化目标开度的计算。不需要对应于引擎10的多种操作状态的复杂映射或者图表。这些简单的结构有助于节省用于存储节气门27的目标开度的计算所利用的数据的ROM空间。
特别地，在上述的控制装置中，第一计算单元6包括第二校正单元6e。根据第二校正单元6e中的空气-燃料比、阀升程度、和配气正时计算最大转矩PiMAX。因此，节气门27的目标开度能够基于燃烧模式，诸如稀薄燃烧操作和化学计量操作(stoichiometricoperation)，或者进气阀14和排气阀15的控制状态，精确地设定节气门27的目标开度。
这些也被应用于根据点火定时、空气-燃料比、阀升程度、或者配气正时，在最大转矩计算单元6a中计算最大转矩PiMAX的构造中。在计算时，节气门27的目标开度能够精确地符合引擎10的燃烧模式或者操作状态，或者进气阀14和排气阀15的控制状态。
另外，至于压力比当量值A，上述控制装置利用最大转矩PiMAX和当时的目标转矩PiTGT计算压力比当量值A。最大转矩PiMAX和目标转矩PiTGT是可以用于除了进气量控制之外的基于转矩的控制的参数，诸如喷射燃料量、喷射正时、点火正时控制。因而，控制装置的有利之处在于计算值能够被其他控制重新利用或者循环利用，并且能够简化控制程序或者算法。
另外，至于最大转矩PIMAX的计算，最大转矩计算单元6a基本上计算引擎10在MBT的点火正时中产生的转矩，作为最大转矩PiMAX。即，即使实际点火正时不是MBT，此时引擎10所产生的最大转矩能够被计算作为最大转矩PiMAX。这就增强了压力比当量值A和实际压力比C之间的相互关系，并能够相应地改善计算节气门27的目标开度的精确度。
另一方面，即使不期望将点火正时设定在MBT，例如，从MBT稍许转移到滞后侧的预定点火正时产生的转矩被计算作为最大转矩PiMAX。相应地，这就同样增强了压力比当量值A和实际压力比C之间的相互关系，并能够相应地改善计算节气门27的目标开度的精确度。
有利地，利用引擎10的最大转矩PiMAX和目标转矩PiTGT计算压力比当量值A能够容易地简化用于计算的元件。
另外，当在恒定的预定空气-燃料比下计算最大转矩PiMAX，诸如能量的化学计量的空气-燃料比或者最佳的空气-燃料比，能够消除由空气-燃料比所引起的转矩变化的效果，这将进一步增强压力比当量值A和实际压力比C之间的相互关系。
[4.变化例]
[4-1.利用Ec计算A]
在不背离本实施例的主旨的情况下，本实施例可以进行各种变化和修改。可以根据需要选择或者适当地组合本实施例的结构。虽然上述控制装置利用最大转矩PiMAX和目标转矩PiTGT计算压力比当量值A，但是可以利用导入到气缸的量代替转矩进行相似的计算。
例如，可以利用最大充电效率EcMAX和目标充电效率EcTGT代替上述实施例中的最大转矩PiMAX和目标转矩PiTGT计算第二压力比当量值B，并且可以根据该第二压力比当量值B计算流经节气门27的空气的流速V。
最大充电效率EcMAX是对应于上述实施例中的最大转矩PiMAX的充电效率Ec，并且是根据引擎10中产生最大转矩PiMAX所需的空气的量计算的充电效率Ec(完全节气时的充电效率Ec)。
目标充电效率EcTGT是对应于目标转矩PiTGT的充电效率Ec，并且是根据引擎10中产生的目标转矩PiTGT所需的空气的量计算的充电效率Ec。从这些参数中，目标充电效率EcTGT与最大充电效率EcMAX的比值能够被限定作为第二压力比当量值B(B＝EcTGT/EcMAX)。
这里，图5B显示本发明者所作的引擎测试的节气门部的第二压力比当量值B和实际压力比C之间的关系。类似于图5A，该图绘制了当改变进气阀14的阀升程度并且维持引擎Ne和空气-燃料比为恒定时，第二压力比当量值和压力比C之间的关系。
具有不同的阀提升的四个图基本上与点状白圈对齐。第二压力比当量值B与压力比C有关，该校正与阀升程度无关。因此，能够利用第二压力比当量值B代替压力比C计算节气开度θTH。
图8中说明了作为该种变化例的引擎ECU 5′的方块构造。引擎ECU 5′包括第一计算单元6′，第二计算单元7，第三计算单元8，和节气开度控制单元9。上述实施例的目标充电效率计算单元8b被转移到第一计算单元6。利用相同的标号表示上述实施例所述的元件，并且省略对其的说明。
第一计算单元6′(第一计算装置)计算第二压力比当量值B。第一计算单元6′包括最大转矩当量值计算单元6a′、目标转矩当量值计算单元6b′、压力比当量值计算单元6c′、第一校正单元6d和第二校正单元6e。
最大转矩当量值计算单元6a′根据曲柄角传感器3检测(或者计算)的发动机转速Ne计算最大充电效率EcMAX。例如，如图4的实线所示，计算最大充电效率EcMAX的技术可以利用限定在完全节气时最大充电效率EcMAX和发动机转速Ne之间的关系的图或者映射。最大转矩当量值计算单元6a′被发送到压力比当量值计算单元6c′和第一校正单元6d。
目标转矩当量值计算单元6b′根据曲柄角传感器3检测(或者计算)的发动机转速Ne和加速器踏板传感器2检测的踩踏量θAC计算目标转矩PiTGT，并且根据对应于目标转矩PiTGT的空气量计算充电效率Ec，作为目标充电效率EcTGT。目标转矩当量值计算单元6b′包括目标充电效率计算单元6f，该目标充电效率计算单元6f执行类似于上述实施例的目标充电效率计算单元8b中的计算。目标充电效率计算单元6f计算目标充电效率EcTGT。由目标转矩当量值计算单元6b′计算的目标充电效率EcTGT被发送到第三计算单元8和压力比当量值计算单元6c′。
根据最大转矩当量值计算单元6a′计算的最大充电效率EcMAX和目标转矩当量值计算单元6b′计算的目标充电效率EcTGT，压力比当量值计算单元6c′计算第二压力比当量值B。第二压力比当量值B由目标充电效率EcTGT与最大充电效率EcMAX的比值(B＝EcTGT/EcMAX)。由压力比当量值计算单元6c′计算的第二压力比当量值B被发送到第二校正单元6e和第二计算单元7。
在如上构造的用于引擎10的控制装置中，在第一计算单元6的压力比当量值计算单元6c′中计算第二压力比当量值B以代替节气门部的实际压力比C。然后，在第二计算单元7中的流速计算单元7a中，根据第二压力比当量值B，计算流经节气门27的空气的流速V。从而，在第三计算单元8中的目标节气开度计算单元8e中，能够计算目标开对面积S以解决和设定节气门27的目标开度，而不需要利用节气门部下游和上游的压力PA和PB。
另外，如图5B所示，由于第二压力比当量值B与节气门部的压力比C具有相互关系，所以能够在目标节气开度计算单元8e中精确地计算目标开度面积S，从而设定合适的节气门27的目标开度。
另外，通过利用第二压力比当量值B和压力比C，能够简化目标开度的计算。不需要与引擎10的各种操作状态相对应的复杂的映射或者图表。这种简单的结构有助于节省用于存储计算节气门27的目标开度所用数据的ROM空间。
即使当使用最大充电效率EcMAX和目标充电效率EcTGT时，仍然能够执行类似于利用引擎10的最大转矩PiMAX和目标转矩PiTGT的计算的计算，并且可以容易地简化用于计算的元件。
[4-2.其他实例]
在上述实施例中已经说明了不利用进气歧管压力传感器检测的下游压力PA和大气压力传感器25检测的上游压力PB来计算节气开度θTH。然而，节气开度θTH也可以通过使用额外的下游压力PA和上游压力PB。例如，在第二计算单元7中，可以在正常操作期间利用压力比C计算流速V，并且如果从进气歧管压力传感器26或者大气压力传感器25中任何一个接收到故障信号，则可以利用压力比当量值A来计算流速V。在这种构造中，即使当任一传感器发生故障或者失灵，仍然能够获得更精确的节气控制，提高了进气量控制的可靠性。
虽然在上述实施例中，利用通过平均有效指示压力(IMEP)Pi表示的最大转矩PiMAX和目标转矩PiTGT来计算压力比当量值A，但是计算压力比当量值A的特定技术不限于此。例如，可以利用制动平均有效压力(BMEP)Pe或者在曲柄轴17产生的转矩值代替利用平均有效指示压力(IMEP)Pi计算压力比当量值A。换句话说，在上述变化例中，可以利用空气量(空气的体积或者质量)代替利用充电效率Ec计算第二压力比当量值B。
参考标号表
1空气流传感器
2油门踏板传感器
3曲柄角传感器
4可变气门机构
5引擎ECU(控制装置)
6第一计算单元(第一计算装置)
7第二计算单元(第二计算装置)
8第三计算单元(第三计算装置)
9节气开度控制单元
27节气门
本发明明显可以以多种方式进行改变。这种改变不认为是背离本发明的主旨和范围，并且所有的这些修改对于所述领域的技术人员来说都是显而易见的，并且被包括在以下权利要求所述的范围内。

Claims (20)

1.一种用于引擎的控制装置，其特征在于，包括：
第一计算装置，所述第一计算装置计算引擎的目标转矩当量值与所述引擎的最大转矩当量值之间的比值，作为压力比当量值；
第二计算装置，所述第二计算装置根据所述第一计算装置计算的所述压力比当量值，计算流经所述引擎中的节气门的空气流速；和
第三计算装置，所述第三装置根据所述第二计算装置计算的所述流速，计算目标节气门开度。
2.如权利要求1所述的用于引擎的控制装置，其特征在于，其中，
所述第一计算装置根据进气阀或者排气阀的阀提升程度或者配气正时计算所述最大转矩当量值。
3.如权利要求1所述的用于引擎的控制装置，其特征在于，其中，所述第一计算装置利用导入到所述引擎的空气量计算所述引擎中产生的转矩，作为所述最大转矩当量值，并且所述第一计算装置计算根据所述引擎所需的输出而设定的目标转矩，作为所述目标转矩当量值。
4.如权利要求2所述的用于引擎的控制装置，其特征在于，其中，所述第一计算装置利用导入到所述引擎的空气量计算所述引擎中产生的转矩，作为所述最大转矩当量值，并且所述第一计算装置计算根据所述引擎所需的输出而设定的目标转矩，作为所述目标转矩当量值。
5.如权利要求3所述的用于引擎的控制装置，其特征在于，其中，所述第一计算装置计算用于最大转矩的最小点火提前角的点火正时在所述引擎中产生的转矩，作为所述最大转矩当量值。
6.如权利要求4所述的用于引擎的控制装置，其特征在于，其中，所述第一计算装置计算用于最大转矩的最小点火提前角的点火正时在所述引擎中产生的转矩，作为所述最大转矩当量值。
7.如权利要求3所述的用于引擎的控制装置，其特征在于，其中，所述第一计算装置计算在以预设的空气-燃料比燃烧期间在所述引擎中产生的最大转矩，作为所述最大转矩当量值。
8.如权利要求4所述的用于引擎的控制装置，其特征在于，其中，所述第一计算装置计算在以预设的空气-燃料比燃烧期间在所述引擎中产生的最大转矩，作为所述最大转矩当量值。
9.如权利要求5所述的用于引擎的控制装置，其特征在于，其中，所述第一计算装置计算在以预设的空气-燃料比燃烧期间在所述引擎中产生的最大转矩，作为所述最大转矩当量值。
10.如权利要求6所述的用于引擎的控制装置，其特征在于，其中，所述第一计算装置计算在以预设的空气-燃料比燃烧期间在所述引擎中产生的最大转矩，作为所述最大转矩当量值。
11.如权利要求1所述的用于引擎的控制装置，其特征在于，其中，所述第一计算装置利用作为所述最大转矩当量值的所述引擎的最大充电效率，并且利用作为所述目标转矩当量值的根据所述空气量计算的目标充电效率，计算所述压力比当量值。
12.如权利要求2所述的用于引擎的控制装置，其特征在于，其中，所述第一计算装置利用作为所述最大转矩当量值的所述引擎的最大充电效率，并且利用作为所述目标转矩当量值的根据所述空气量计算的目标充电效率，计算所述压力比当量值。
13.如权利要求3所述的用于引擎的控制装置，其特征在于，其中，所述第一计算装置利用作为所述最大转矩当量值的所述引擎的最大充电效率，并且利用作为所述目标转矩当量值的根据所述空气量计算的目标充电效率，计算所述压力比当量值。
14.如权利要求4所述的用于引擎的控制装置，其特征在于，其中，所述第一计算装置利用作为所述最大转矩当量值的所述引擎的最大充电效率，并且利用作为所述目标转矩当量值的根据所述空气量计算的目标充电效率，计算所述压力比当量值。
15.如权利要求5所述的用于引擎的控制装置，其特征在于，其中，所述第一计算装置利用作为所述最大转矩当量值的所述引擎的最大充电效率，并且利用作为所述目标转矩当量值的根据所述空气量计算的目标充电效率，计算所述压力比当量值。
16.如权利要求6所述的用于引擎的控制装置，其特征在于，其中，所述第一计算装置利用作为所述最大转矩当量值的所述引擎的最大充电效率，并且利用作为所述目标转矩当量值的根据所述空气量计算的目标充电效率，计算所述压力比当量值。
17.如权利要求7所述的用于引擎的控制装置，其特征在于，其中，所述第一计算装置利用作为所述最大转矩当量值的所述引擎的最大充电效率，并且利用作为所述目标转矩当量值的根据所述空气量计算的目标充电效率，计算所述压力比当量值。
18.如权利要求8所述的用于引擎的控制装置，其特征在于，其中，所述第一计算装置利用作为所述最大转矩当量值的所述引擎的最大充电效率，并且利用作为所述目标转矩当量值的根据所述空气量计算的目标充电效率，计算所述压力比当量值。
19.如权利要求9所述的用于引擎的控制装置，其特征在于，其中，所述第一计算装置利用作为所述最大转矩当量值的所述引擎的最大充电效率，并且利用作为所述目标转矩当量值的根据所述空气量计算的目标充电效率，计算所述压力比当量值。
20.如权利要求10所述的用于引擎的控制装置，其特征在于，其中，所述第一计算装置利用作为所述最大转矩当量值的所述引擎的最大充电效率，并且利用作为所述目标转矩当量值的根据所述空气量计算的目标充电效率，计算所述压力比当量值。
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