CN102859182A - 内燃机的控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题是能不受变更进气门的气门正时的可变气门正时机构(IN-VVT)的动作状态影响地实现符合要求的扭矩。因此,本发明提供的扭矩的内燃机的控制装置基于将MBT的空气量和扭矩之间的关系与IN-VVT的动作状态建立关联而规定得出的数据计算用于实现请求扭矩的目标空气量。进而,在操作节气门以实现目标空气量的情况下,计算由此实际实现的实际空气量。且本发明提供的内燃机的控制装置基于规定IN-VVT位于最大延迟位置时的空气量与点火正时之间的关系而得出的数据,根据实际空气量计算基本点火正时。此外,决定从IN-VVT动作状态起的点火正时的提前修正量。进而,根据基本点火正时与提前修正量决定最终的点火正时。
Description
技术领域
本发明涉及能够利用空气量与点火正时控制扭矩的内燃机,更详细地说,涉及具备节气门和变更进气门的气门正时的可变气门正时机构的火花点火式的内燃机的控制装置。
背景技术
以往,关于汽车用的内燃机的控制,已知有为了实现请求扭矩而控制节气门、点火装置等的致动器的动作的扭矩按需控制。例如,在日本特开2006-200466号公报、日本特开2009-047101号公报中记载了关于这样的扭矩按需控制的发明。
在内燃机的扭矩按需控制中,进行与内燃机的运转相关的各致动器的统一控制。若为具有节气门的火花点火式的内燃机,则能够通过节气门与点火装置的统一控制来控制扭矩。其中,在该统一控制的过程中,其他致动器的动作状态也需要考虑。具体地说,在为具有变更进气门的气门正时的可变气门正时机构(以下,表述为IN-VVT)的内燃机的情况下,需要考虑IN-VVT的动作状态来决定节气门、点火装置的各操作量。这是由于:进气门的气门正时将左右内部EGR,而内部EGR会影响内燃机的扭矩。
对于IN-VVT的动作状态给扭矩造成的影响进行具体说明。IN-VVT位于最大延迟位置的情况下,进气门与排气门不再有气门重叠,内部EGR最小。因此,若点火正时恒定,则当IN-VVT位于最大延迟位置时扭矩最大。进而,随着进气门的气门正时提前,内部EGR的影响变大,扭矩低于最大扭矩。图6中用压力-曲轴转角线图示出上述状态。图6中,通过对进气门的气门正时为最大延迟的情况、和曲轴转角相比最大延迟提前20度的情况进行比较,示出星号所示的点火正时以后的缸内压力的变化。在此,以IN-VVT位于最大延迟位置时为基准,将此时的进气门的气门正时(INVT)设定为0度。如图6所示,因进气门的气门正时的提前而导致燃烧重心产生延迟,结果缸内压力的最大值降低。燃烧重心的延迟缘于:由于EGR率的增大而导致燃烧速度下降。扭矩与缸内压力的最大值相关,因此会由于因进气门的气门正时提前导致燃烧重心延迟而造成扭矩降低。
然而,在当前公知的文献的范围中,尚无关于考虑IN-VVT的动作状态的统一控制。因此,对于在本发明的形成过程中研究得出的统一控制的一个方法进行介绍。
所研究的方法是使IN-VVT的动作状态、即进气门的气门正时反映于点火正时控制的方法。该方法中,在根据请求扭矩计算目标空气量的过程中,不考虑进气门的气门正时。与实际的进气门的气门正时无关,在使进气门的气门正时最大程度延迟的前提下,计算实现请求扭矩所需的空气量,并将计算得出的空气量作为目标空气量而控制节气门。进而,根据实际的进气门的气门正时对点火正时进行提前修正,以便补偿因进气门的气门正时的提前而造成的扭矩的降低。期待通过凭借这样的方法对节气门与点火装置进行统一控制,能够不受IN-VVT的动作状态影响地实现请求扭矩。
然而,在实际情况中,难以仅凭点火正时的修正实现符合要求的扭矩。图7中用压力-曲轴转角线图示出基于上述的方法的点火正时的修正结果。如图7所示,当在进气门的气门正时提前(图7中VT=20)的状态下对点火正时进行了提前修正的情况下,缸内压力的最大值会超过足以实现请求扭矩的缸内压力。换句话说,扭矩过于超过请求扭矩。认为这是由于:因进气门的气门正时的提前而导致的内部EGR的增大取决于泵浦损失的减少、压缩端压力的增加或冷却损失的减少等使扭矩增大的各种因素。
发明内容
本发明是鉴于上述的课题而形成的。其目的在于提供能够不受IN-VVT的动作状态的影响地实现符合要求的扭矩的内燃机的控制装置。
根据本发明的一个方式,控制装置存储将MBT的空气量和扭矩之间的关系与IN-VVT的动作状态建立关联而规定得出的数据,并基于该数据计算用于实现请求扭矩的目标空气量。进而,控制节气门以实现目标空气量。另外,IN-VVT的控制根据内燃机的运转状态按照变迁进行。并且,该控制装置存储规定IN-VVT位于最大延迟位置的情况下的空气量和MBT之间的关系而得出的数据,并基于该数据,根据由节气门的动作实际实现的实际空气量来计算基本点火正时。此外,该控制装置根据IN-VVT的动作状态决定点火正时的提前修正量,该点火正时的提前修正量用于补偿在基本点火正时实现的扭矩与请求扭矩之差,并根据基本点火正时与提前修正量决定最终的点火正时。作为决定点火正时的提前修正量的方法,优选为预先在控制装置中存储将点火正时的提前修正量与从IN-VVT的最大延迟位置提前的提前量建立关联而规定得出的数据,并使用该数据来决定。
根据上述的方式,在目标空气量的计算过程与点火正时的计算过程双方中,均考虑IN-VVT的动作状态。因此,能够进行缜密的扭矩控制,能够不受IN-VVT的动作状态的影响地实现符合要求的扭矩。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的内燃机的控制装置的结构的框图。
图2是示出调查进气门的气门正时对50%燃烧延迟量与扭矩之间的关系造成的影响而得的实验结果的图。
图3是示出调查进气门的气门正时对50%燃烧延迟量与扭矩灵敏度之间的关系造成的影响而得的实验结果的图。
图4是用于对在本发明的实施方式中所采用的扭矩控制的方法进行说明的图。
图5是用于对在本发明的实施方式中所采用的扭矩控制的方法进行说明的图。
图6是用于说明进气门的气门正时对扭矩造成的影响的图。
图7是说明对在本发明的形成过程中研究的统一控制的问题的图。
具体实施方式
以下,参照图1~图5等各图对本发明的实施方式进行说明。
在本实施方式中,成为控制对象的内燃机是作为与内燃机的运转相关的致动器而具有节气门与点火装置和IN-VVT(进气侧可变气门正时机构)的火花点火式的内燃机。本实施方式的控制装置控制IN-VVT,以便形成与内燃机的运转状态(例如发动机转速以及负荷)相应的最佳气门正时。并且,本实施方式的控制装置通过节气门与点火装置之间的统一控制来进行内燃机的扭矩控制。进而,在该统一控制的过程中,使用IN-VVT的动作状态、即进气门的气门正时作为一个参数。
图1是示出本发明的实施方式的内燃机的控制装置的结构的框图。如图1所示,本实施方式的控制装置2按照其所具有的功能不同,可划分为目标空气量计算部4、目标节气门开度计算部6、节气门控制部8、实际空气量计算部10、基本点火正时计算部12、VVT提前修正量计算部14以及最终点火正时计算部16。关于这些要素4、6、8、10、12、14、16,是作为控制装置2所具有的各种的功能要素之中与用于扭矩控制的节气门以及点火装置的操作有关的要素被特别表现于附图中。因此,图1不意味着控制装置仅由这些要素4、6、8、10、12、14、16构成。另外,各要素4、6、8、10、12、14、16可以分别由专用的硬件构成,或硬件共享而由软件虚拟地构成。
控制装置2取得请求扭矩以及请求A/F(空燃比)。在车辆的控制系统中,在控制装置2的上位配置有传动系统管理站(图示省略)。请求扭矩以及请求A/F从该传动系统管理站被供给至控制装置2。
控制装置2将所取得的请求扭矩以及请求A/F与当前时刻的发动机转速一并输入给目标空气量计算部4。目标空气量计算部4中具备MBT空气量设定表。MBT空气量设定表是将MBT的空气量与扭矩之间的关系与发动机转速、A/F以及IN-VVT的动作状态建立关联而规定得出的设定表,根据通过实验得出的数据作成。目标空气量计算部4以输入的信息为关键字检索MBT空气量设定表,由此计算目标空气量。根据MBT空气量设定表算出的目标空气量是在根据运转状态决定的最佳点控制气门正时的前提下为了实现请求扭矩所必须的空气量。因此,按变迁决定的进气门的气门正时的最佳点越提前,则根据MBT空气量设定表计算出的目标空气量越会被修正为更小的值。
其次,控制装置2将目标空气量输入至节气门开度计算部6。目标节气门开度计算部6中具备气体逆模型。将针对节气门的动作的空气量的响应模型化而得的物理模型是气体模型,气体逆模型为其逆模型。通过向气体逆模型输入目标空气量,来计算用于实现该目标空气量的目标节气门开度。
控制装置2将目标节气门开度输入至节气门控制部8。节气门控制部8根据目标节气门开度控制节气门。此时,使输入的目标节气门开度延迟规定的延迟时间,根据延迟后的目标节气门开度控制节气门,即进行所谓的节气门延迟控制。受到节气门控制部8的控制,节气门的开度时刻变化。该开度的变化能够由在节气门附属设置的节气门开度传感器(图示略)测定。
控制装置2将测定得出的节气门开度输入至实际空气量计算部10。实际空气量计算部10中具备上述气体模型的顺模型。通过向气体模型输入节气门开度,来计算由此实现的实际空气量。
其次,控制装置2将计算得出的实际空气量与当前时刻的发动机转速一起输入至基本点火正时计算部12。基本点火正时计算部12中具备点火正时设定表。点火正时设定表是确定当IN-VVT位于最大延迟位置时的空气量与点火正时之间的关系而得出的设定表,根据通过实验得到的数据做成。基本点火正时计算部12以输入的信息为关键字检索点火正时设定表,由此来计算基本点火正时。
并且,控制装置2在执行基本点火正时计算部12的基本点火正时的计算的同时,还执行VVT提前修正量计算部14的计算。VVT提前修正量计算部14根据后述的平行特性数据决定从进气门的气门正时起的点火正时的提前修正量(以下,称作VVT提前修正量)。
图2是示出调查进气门的气门正时(图2中表述为INVT)对50%燃烧点(燃烧重心)的延迟量与扭矩之间的关系造成的影响的实验结果的图。由该图中可确认:表示50%燃烧点的延迟量与扭矩之间的关系的扭矩曲线根据INVT而变化,在各INVT的扭矩曲线间存在平行特性。并且,图3是示出使用图2所示的实验结果计算相对于50%燃烧延迟量为零时的扭矩的各延迟量下的扭矩下降量、即扭矩灵敏度的图。由该图中可确认:在表示50%燃烧延迟量与扭矩灵敏度之间的关系的扭矩曲线中,在INVT间呈现平行特性。
鉴于以上的扭矩曲线的平行特性可知:通过对IN-VVT位于最大延迟位置的情况下的扭矩曲线进行点火正时的提前修正,能够实现任意的气门正时的扭矩的表现。用于决定上述VVT提前修正量的平行特性数据是基于上述见解而做成的。
控制装置2将VVT提前修正量与基本点火正时一起输入至最终点火正时计算部16。最终点火正时计算部16将基本点火正时与VVT提前修正量相加,并确定相加值作为最终的点火正时。控制装置2根据该最终点火正时控制点火装置。
以上对构成本实施方式的控制装置2的各要素4、6、8、10、12、14、16的功能进行了说明。通过这些要素4、6、8、10、12、14、16的功能执行用于实现请求扭矩的扭矩控制。图4是利用扭矩与IN-VVT的相位之间的关系表现在本实施方式中采用的扭矩控制的方法的图。并且,图5是用压力-曲轴转角线图来表现在本实施方式中采用的扭矩控制的方法的图。
如图4所示,根据本实施方式的方法,作为最初的步骤(Step1),计算实现请求扭矩的IN-VVT最佳点处的目标空气量(MBT空气量)。在之后的步骤(Step2)中,计算满足目标空气量的IN-VVT最大延迟处的点火正时作为基本点火正时。将能够由该基本点火正时实现的扭矩在图4、图5中显示为模拟扭矩。模拟扭矩是当IN-VVT位于最大延迟位置时能够实现的扭矩。
进而,在最后的步骤(Step3)中,基于上述平行特性数据计算用于对模拟扭矩与请求扭矩之间的差分进行补偿的VVT提前修正量。将该VVT提前修正量与基本点火正时相加,由此决定用于实现请求扭矩的最终点火正时。
如上所述,根据本实施方式,在目标空气量的计算过程与点火正时的计算过程双方中均考虑IN-VVT的动作状态。因此,能够实现缜密的扭矩控制,能够不受IN-VVT的动作状态的影响地实现符合要求的扭矩。
另外,本发明并不局限于上述的实施方式,能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变形而加以实施。
标号说明
2…控制装置;4…目标空气量计算部;6…目标节气门开度计算部;8…节气门控制部;10…实际空气量计算部;12…基本点火正时计算部;14…VVT提前修正量计算部;16…最终点火正时计算部。
Claims (2)
1.一种内燃机的控制装置,该内燃机的控制装置是具有节气门和变更进气门的气门正时的可变气门正时机构的火花点火式的内燃机的控制装置,
该内燃机的控制装置的特征在于,
该内燃机的控制装置具备:
取得请求扭矩的请求扭矩取得单元;
可变气门正时机构控制单元,该可变气门正时机构控制单元根据所述内燃机的运转状态对所述可变气门正时机构进行控制;
目标空气量计算单元,该目标空气量计算单元基于将MBT的空气量和扭矩之间的关系与所述可变气门正时机构的动作状态建立关联而规定得出的数据,计算用于实现所述请求扭矩的目标空气量;
节气门控制单元,该节气门控制单元对所述节气门进行控制以实现所述目标空气量;
实际空气量计算单元,该实际空气量计算单元计算由所述节气门的动作实现的实际空气量;
基本点火正时计算单元,该基本点火正时计算单元基于规定所述可变气门正时机构位于最大延迟位置时的空气量与点火正时之间的关系而得出的数据,并根据所述实际空气量计算基本点火正时;
提前修正量决定单元,该提前修正量决定单元根据所述可变气门正时机构的动作状态决定点火正时的提前修正量,该点火正时的提前修正量用于补偿在所述基本点火正时实现的扭矩与所述请求扭矩之差;以及
最终点火正时决定单元,该最终点火正时决定单元根据所述基本点火正时与所述提前修正量决定最终的点火正时。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置,其特征在于,
所述提前修正量决定单元基于将点火正时的提前修正量与所述可变气门正时机构从最大延迟位置提前的提前量建立关联而规定得出的数据,决定所述提前修正量。
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