CN102892998A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内燃机的控制装置。本发明提供的内燃机的控制装置是能够以较高的响应性高精度地实现包含高频分量的要求扭矩的控制装置。该控制装置将要求扭矩所包含的低频扭矩设定为空气量控制用扭矩，基于决定空气量和扭矩之间的关系的数据来计算用于实现空气量控制用扭矩的目标空气量。并且，按照目标空气量来控制空气量。另外，控制装置将共同包含低频和高频的扭矩设定为空燃比控制用扭矩，基于与空气量相关联地决定空燃比和扭矩之间的关系的数据，来计算与空燃比控制用扭矩和当前空气量对应的空燃比作为目标空燃比。并且，按照目标空燃比来控制燃料喷射量。

Description

内燃机的控制装置

技术领域

本发明涉及内燃机的控制装置，尤其涉及能够利用进气量、点火正时和空燃比来控制扭矩的内燃机的控制装置。

背景技术

已知有利用内燃机的扭矩控制来控制汽车的车体弹簧上的振动、尤其是俯仰振动的方法。以下，将该目的下的内燃机的扭矩控制特别称为“弹簧上制振控制”。在弹簧上制振控制中，根据车体弹簧上振动模型来求出与当前的驱动力对应的俯仰振动，计算将该俯仰振动抵消的振动的修正扭矩。并且，利用该修正扭矩来修正根据加速器开度计算的基本要求扭矩，按照修正后的要求扭矩来控制内燃机的输出扭矩。也就是说，在弹簧上制振控制中，进行使内燃机输出的扭矩振动地变化的处理。

对于内燃机中的扭矩控制、尤其是汽油发动机的情况下的扭矩控制而言，一般是通过根据节气门的操作来控制进气量而进行的。若使扭矩振动地变化，则使节气门振动地动作从而使进气量能动地增减即可。但是，由于进气量相对于节气门动作的响应会有延迟，所以并不是总是能够以高响应性实现要求扭矩。例如，在如上述的弹簧上制振控制那样要求扭矩含有高频分量的情况下，仅凭进气量的控制难以得到所希望的高频分量，有可能无法高精度地实现要求扭矩。

如上所述，在仅进行基于节气门操作的进气量控制的情况下，能够实现的要求扭矩的范围较窄，有可能无法完全实现要求扭矩。为了高精度地实现含有高频分量的要求扭矩，需要与节气门相比扭矩的响应性较高的致动器的扭矩控制。关于这一点，在日本特开2009－068430号公报中，记载有通过协调操作节气门和点火装置来进行扭矩控制的方法。根据该公报所记载的方法，以要求扭矩为基础决定目标空气量，利用气流模型的反向模型根据目标空气量计算节气门开度。另外，与其并行地，计算以当前的节气门开度得到的推算扭矩，并根据要求扭矩和推算扭矩之差来决定点火正时的修正量。

根据日本特开2009－068430号公报所记载的方法，在仅利用基于节气门操作的进气量控制无法实现要求扭矩的情况下，能够通过点火正时的修正来补偿其超过不足量。基于点火装置的操作的扭矩控制与基于节气门的操作的扭矩控制相比，扭矩的响应性极高。因此，根据所述公报所记载的方法，即使如上述的弹簧上制振控制那样要求扭矩含有高频分量，也被认为能够以较高精度来实现该要求扭矩。

但是，所述公报所记载的方法也存在问题。若与要求扭矩的高频分量相对应地频繁地进行点火正时的延迟，则效率降低会导致耗油率变差。与作为弹簧上制振控制的目的的驾驶性能的提高相同，耗油率也是汽车所要求的重要性能之一。因此，对于内燃机的扭矩控制、尤其是弹簧上制振控制而言，要求以不影响耗油率的方式来提高要求扭矩的实现性。

在汽油发动机那样的火花点火式内燃机的情况下，对于内燃机所产生的扭矩而言，除了进气量与点火正时相关之外，还与空燃比密切相关。因此，例如如日本特开平11－82090号公报所记载的那样，已知有根据目标扭矩和目标空燃比来控制进气量、燃料喷射量以及点火正时的方法。另外，如特开平9－240322号公报所记载的那样，也已知有根据内燃机所产生的扭矩的大小来控制空燃比的技术。

在日本特开平11－82090号公报所记载的方法中，根据水温、气压等运转条件来决定目标空燃比，根据目标扭矩和目标空燃比来计算目标进气量、目标燃料喷射量和目标点火正时。根据该方法，除了进气量和点火正时以外，还能够利用燃料喷射量来进行扭矩控制，因此认为要求扭矩的实现范围被扩大了。

但是，实际进气量针对目标进气量的变化的响应与实际燃料喷射量针对目标燃料喷射量的变化的响应之间存在较大的偏差。因此，在日本特开平11－82090号公报所记载的方法中，在空气量发生变化的过渡状态下，目标空燃比与实际空燃比之间出现偏差，其结果，要求扭矩与实际产生扭矩之间也出现偏差。另外，由于目标点火正时由空气量和发动机转速的映射决定，所以也无法通过点火正时的修正来补偿针对要求扭矩的超过不足量。因此，在上述的日本特开平11－82090号公报所记载的方法中，不得不说以较高的响应性来高精度地实现含有高频分量的要求扭矩会比较困难。

发明内容

本发明将在内燃机中以较高的响应性高精度地实现含有高频分量的要求扭矩作为课题。并且，为了实现上述的课题，本发明提供下述的内燃机的控制装置。

本发明提供的控制装置取得内燃机所要求的要求扭矩。优选取得同时包含低频分量和高频分量的要求扭矩，以便能够根据该要求扭矩提取低频分量。或者，优选取得由低频分量构成的要求扭矩和由高频分量构成的要求扭矩，以便能够根据它们来合成同时包含低频和高频的扭矩。

控制装置将根据取得的要求扭矩得到的低频的扭矩设定为空气量控制用扭矩。并且，控制装置计算用于实现空气量控制用扭矩的目标空气量。在目标空气量的计算中，能够使用决定空气量和扭矩的关系的数据。控制装置按照目标空气量来控制空气量。

另外，控制装置将根据取得的要求扭矩得到的同时包含低频和高频的扭矩设定为空燃比控制用扭矩。并且，控制装置计算当前的空气量，计算与空燃比控制用扭矩和当前空气量对应的空燃比作为目标空燃比。在目标空燃比的计算中，能够使用与空气量相关联地决定空燃比和扭矩的关系的数据。控制装置按照目标空燃比来控制燃料喷射量。

根据以上构成的控制装置，在要求扭矩所包含的低频分量和高频分量中，目标空气量仅反映低频分量，高频分量被目标空燃比反映。由此，能够使控制空气量的致动器的动作稳定，同时能够通过利用按照目标空燃比的燃料喷射量控制使空燃比周期性变化，来以较高的响应性实现包含高频分量的要求扭矩。

在本发明所提供的控制装置的其他方式中，控制装置还在当前空气量和目标空燃比的基础上计算用于实现空燃比控制用扭矩的目标点火正时。在目标点火正时的计算中，能够使用与空气量和空燃比相关联地决定点火正时和扭矩的关系的数据。控制装置按照目标点火正时来控制点火正时。根据这样的方式，即使存在调整空燃比时无法实现的扭矩分量，也能够利用点火正时的修正来补偿该量。也就是说，能够以更高的精度来实现要求扭矩。另外，点火正时的修正仅在调整空燃比时无法完全实现要求扭矩的情况下被进行，因此伴随着点火正时的延迟的耗油率的恶化被控制在最小限度。

另外，在本发明所提供的控制装置中，可以提高空气量控制用扭矩来进行修正。由此，目标空气量被提高，当前空气量增大。由此，在对应于要求扭矩的高频分量来控制燃料喷射量的情况下，能够防止因空气量的不足而导致扭矩不足的情况。作为提高空气量控制用扭矩时的提高量，优选是高频扭矩的振幅相应的提高量。

在本发明所提供的控制装置的其他方式中，控制装置还判定催化剂的氧吸留状态，在催化剂的氧吸留量在规定值以上时，修正空气量控制用扭矩以便空燃比以比理论空燃比靠浓空燃比侧的区域为中心变动，在催化剂的氧吸留量小于规定值时，修正空气量控制用扭矩以便空燃比以比理论空燃比靠稀空燃比侧的区域为中心变动。根据这样的方式，能够一边对应于要求扭矩的高频分量来使空燃比变动，一边将催化剂的氧吸留状态维持为合适的状态。

在本发明所提供的控制装置的其他方式中，控制装置还判定催化剂的活性状态，在催化剂未活化的情况下限制目标空燃比的变动。在催化剂的净化性能没有被充分确保的状况下，空燃比的变动使排气排放增加，从而会引起废气性能的恶化。但是，根据这样的方式，由于空燃比的变动受到限制，能够将废气性能的恶化防患于未然。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的内燃机的控制装置的构成的框图。

图2是表示图1所示的控制装置的扭矩分配部的构成的框图。

图3是表示本发明的实施方式2的内燃机的控制装置的构成的框图。

图4是表示本发明的实施方式3的内燃机的控制装置的构成的框图。

图5是表示本发明的实施方式4的内燃机的控制装置的构成的框图。

图6是表示A／F－扭矩特性的图。

图7是表示本发明的实施方式5的内燃机的控制装置的构成的框图。

具体实施方式

实施方式1．

参照图1和图2说明本发明的实施方式1。

本发明的各实施方式中作为控制对象的内燃机（以下是“发动机”）是火花点火式的4循环往复式发动机。控制装置通过操作发动机所具备的致动器来对发动机的运转进行控制。在控制装置能够操作的致动器中，包含点火装置、节气门、燃料喷射装置、可变配气相位正时机构、EGR装置等各种致动器。但是，在本实施方式中控制装置所操作的是节气门、点火装置和燃料喷射装置，控制装置对上述3个致动器进行操作来控制发动机所输出的扭矩。

图1是表示本发明的实施方式1的控制装置的构成的框图。本控制装置按照其具有的功能的不同，能够分为扭矩分配部2、目标空气量计算部4、目标节气门开度计算部6、目标空燃比计算部8和点火正时计算部10。但是，上述的要素2、4、6、8、10是将本控制装置所具有的各种功能要素中仅与基于3个致动器即节气门、点火装置和燃料喷射装置的操作的扭矩控制有关的要素特别表现在图中的要素。因此，图1并不意味着本控制装置仅由这些要素构成。另外，各要素可以分别由专用的硬件构成，也可以共用硬件来通过软件虚拟地构成。以下以各要素2、4、6、8、10的功能为中心来说明本控制装置的构成。

本控制装置从统一控制车辆整体的车辆控制装置处接受要求扭矩的供给。在要求扭矩中，含有基于加速器开度决定的驱动要求扭矩。另外，根据需要而包含有基于来自VSC、TRC、ECT等的车辆控制系统的信号而决定的系统要求扭矩。并且，在需要弹簧上制振控制的情况下，弹簧上制振要求扭矩包含在要求扭矩中。在以下的说明中，包含弹簧上制振要求扭矩的要求扭矩被供给至本控制装置。

向本控制装置供给的要求扭矩被输入扭矩分配部2。扭矩分配部2具有从输入的要求扭矩中提取低频分量的功能。图2是表示扭矩分配部2的构成的框图。如该图所示，扭矩分配部2具有低通滤波器。扭矩分配部2对输入的要求扭矩进行复制，一方的要求扭矩在通过低通滤波器后被输出为目标扭矩。并且，另一方的要求扭矩直接作为目标扭矩输出。前者的目标扭矩是利用低通滤波器除去了高频分量后的低频扭矩，与此相对，后者的目标扭矩与要求扭矩相同，是共同包含低频和高频的扭矩。以下将前者称为“低频目标扭矩”，将后者称为“高频目标扭矩”，由此来将两者加以区分。

本控制装置将低频目标扭矩用作空气量控制用扭矩。因此，从扭矩分配部2输出的低频目标扭矩被输入目标空气量计算部4。目标空气量计算部4利用空气量映射将低频目标扭矩转换为目标空气量（目标KL）。这里所说的空气量是指进入气缸内的空气量（也能够用其代替无量纲化的充填效率或者负荷率）。空气量映射是在点火正时为最佳点火正时（MBT和跟踪爆震点火正时中的靠延迟侧的点火正时）且空燃比是基础空燃比的前提下，扭矩和空气量以包含发动机转速的各种发动机状态量为关键字建立有关联的映射。基础空燃比在不实施弹簧上制振控制的情况下，即是通常的扭矩控制中设定的目标空燃比。其值没有限制，例如能够设定为理论空燃比。在目标空气量计算部4中，计算实现低频目标扭矩所需的空气量作为发动机的目标空气量。

目标空气量被输入目标节气门开度计算部6。目标节气门开度计算部6利用气流模型的反向模型（气流反向模型）将目标空气量转换为目标节气门开度（目标TA）。气流模型是将空气量针对节气门的动作的响应特性模型化的物理模型，因此能够通过利用其反向模型来对实现目标空气量所需的节气门开度进行反向运算。

在目标节气门开度计算部6中，计算实现目标空气量所需的节气门开度作为目标节气门开度。本控制装置按照由目标节气门开度计算部6计算出的目标节气门开度来进行节气门的操作。

另一方面，对于高频目标扭矩，本控制装置将其作为空燃比控制用扭矩使用。因此，从扭矩分配部2输出的高频目标扭矩被输入目标空燃比计算部8。目标空燃比计算部8利用空燃比映射将高频目标扭矩转换为目标空燃比（目标A／F）。空燃比映射是在点火正时为最佳点火正时的前提下，扭矩和空燃比以包含空气量和发动机转速的各种发动机状态量为关键字建立了关联的映射。在空燃比映射的检索中，使用各发动机状态量的实际值。对于空气量也同样地，利用节气门的操作而实现的当前空气量（当前KL）被用于映射检索。另外，通过使用上述的气流模型的正向模型，能够根据节气门开度来计算当前空气量。

在目标空燃比计算部8中，计算实现高频目标扭矩所需的空燃比作为发动机的目标空燃比。高频目标扭矩相当于对低频目标扭矩加上高频分量后的值。根据空燃比映射，目标空燃比被计算为与低频目标扭矩对应的空燃比和与高频分量对应的空燃比变化量之和。前者与基础空燃比相等，后者以与高频分量相同的频率周期性变化。其结果，从目标空燃比计算部8输出的目标空燃比以基础空燃比为中心，以与高频分量相同的频率周期性变化。本控制装置按照这样以高频周期性变化的目标空燃比来进行燃料喷射装置的操作。

从扭矩分配部2输出的高频目标扭矩在被输入目标空燃比计算部8之前被复制，复制得到的高频目标扭矩（空燃比控制用扭矩）被输入点火正时计算部10。点火正时计算部10利用点火正时映射将高频目标扭矩转换为点火正时。点火正时映射是扭矩和点火正时以包含空燃比、空气量和发动机转速的各种发动机状态量为关键字建立了关联的映射。在点火正时映射的检索中，使用各发动机状态量的实际值或者目标值。对于空气量，作为其实际值的当前空气量被用于映射检索。另一方面，对于空燃比，从目标空燃比计算部8输出的目标空燃比被用于映射检索。

在点火正时计算部10中，在以高频周期性变化的空燃比的基础上，计算实现高频目标扭矩所需的点火正时作为发动机的点火正时。本控制装置按照由点火正时计算部10计算出的点火正时来进行点火装置的操作。

通过以上那样的构成，根据本控制装置能够得到以下的优点。

在本控制装置中，在要求扭矩所包含的低频分量和高频分量中，目标空气量仅反映低频分量，高频分量被目标空燃比反映。也就是说，本控制装置利用按照目标空气量的空气量控制来实现低频分量，利用按照目标空燃比的空燃比控制来实现高频分量。借助基于燃料喷射装置的操作的空燃比控制的扭矩控制与借助基于节气门的操作的空气量控制的扭矩控制相比，扭矩的响应性极高。因此，根据本控制装置，能够一边使节气门稳定动作，一边以较高的响应性来实现要求扭矩。

另外，根据本控制装置，即使在空燃比控制中无法完全实现高频目标扭矩，其超过不足量也能够利用点火正时的修正来补偿。例如，在根据目标空燃比、当前空气量和发动机转速推算的扭矩高于高频目标扭矩的情况下，根据点火正时映射计算被修正为比最佳点火正时靠延迟侧的点火正时。另一方面，在根据目标空燃比、当前空气量和发动机转速推算的扭矩与高频目标扭矩一致的情况下，根据点火正时映射计算的点火正时与最佳点火正时一致。也就是说，仅当在空燃比控制中没有完全实现高频目标扭矩时，才进行基于点火正时的修正的扭矩补偿。因此，根据本控制装置，能够一边将伴随着点火正时的延迟的耗油率的恶化控制在最小限度，一边以高精度实现包含高频分量的要求扭矩。

实施方式2．

接着，参照图3说明本发明的实施方式2。

图3是表示本发明的实施方式2的控制装置的构成的框图。本控制装置能够按其具有的功能的不同，分为动力系统控制装置（PTM）12、目标空气量计算部4、目标节气门开度计算部6、扭矩合成部14、目标空燃比计算部8和点火正时计算部10。在构成本控制装置的要素12、4、6、14、8、10中，对与实施方式1的控制装置在功能上共通的要素4、6、8、10标记相同的附图标记。以下对与实施方式1共通的要素4、6、8、10省略或简化其说明，以在本实施方式中新设的要素12、14的功能为中心来说明本控制装置的构成。

本控制装置的特征之一是分别取得由低频分量构成的要求扭矩和由高频分量构成的要求扭矩这一点。向动力系统控制装置12供给基于加速器开度决定的驱动要求扭矩、和基于来自VSC、TRC等车辆控制系统的信号决定的系统要求扭矩。动力系统控制装置12将上述要求扭矩合并作为要求扭矩来进行输出。从动力系统控制装置12输出的要求扭矩是由低频分量构成的要求扭矩。该要求扭矩被直接用作目标扭矩。以下将该目标扭矩称为“低频目标扭矩”。

另一方面，在由高频分量构成的要求扭矩中，包含在需要弹簧上制振控制时产生的弹簧上制振要求扭矩。向扭矩合成部14输入将从动力系统控制装置12输出的要求扭矩复制而得到的要求扭矩和弹簧上制振要求扭矩。扭矩合成部14将上述2种要求扭矩、即由低频分量构成的要求扭矩和由高频分量构成的要求扭矩进行合成，并将该合成扭矩作为目标扭矩输出。以下将该目标扭矩称为“高频目标扭矩”。

本控制装置将低频目标扭矩用作空气量控制用扭矩。低频目标扭矩被输入目标空气量计算部4，并被目标空气量计算部4的空气量映射转换成目标空气量（目标KL）。目标空气量被输入目标节气门开度计算部6，并被目标节气门开度计算部6的气流反向模型转换为目标节气门开度（目标TA）。本控制装置按照由目标节气门开度计算部6计算出的目标节气门开度来进行节气门的操作。

另一方面，对于高频目标扭矩，本控制装置将其用作空燃比控制用扭矩。从扭矩合成部14输出的高频目标扭矩被输入目标空燃比计算部8，并被目标空燃比计算部8的空燃比映射转换成目标空燃比。该目标空燃比是在点火正时为最佳点火正时的前提下，在当前空气量和当前发动机转速的基础上实现高频目标扭矩所需的空燃比。高频目标扭矩是将低频目标扭矩和弹簧上制振要求扭矩合成而得的，因此从目标空燃比计算部8输出的目标空燃比以基础空燃比为中心，以与弹簧上制振要求扭矩相同的频率周期性变化。本控制装置按照这样以高频周期性变化的目标空燃比来进行燃料喷射装置的操作。

本控制装置在点火正时控制中使用从动力系统控制装置12输出的要求扭矩、即低频目标扭矩（空气量控制用扭矩）。因此，向点火正时计算部10输入将从动力系统控制装置12输出的要求扭矩复制而得到的要求扭矩。点火正时计算部10利用点火正时映射将低频目标扭矩转换为点火正时。在本实施方式中，当前空气量和发动机转速被用于点火正时映射的检索。另外，对于空燃比而言，将基础空燃比（例如理论空燃比）而不是从目标空燃比计算部8输出的目标空燃比用于映射检索。不使用目标空燃比而是使用基础空燃比的理由在于，由空燃比控制实现的扭矩的周期性变化不会因点火正时的修正而被抵消。由点火正时计算部10计算的点火正时除去空气量正在变化的过渡状态以外是大致最佳点火正时。本控制装置按照由点火正时计算部10计算出的点火正时来进行点火装置的操作。

根据以上的构成，与实施方式1同样，在要求扭矩所包含的低频分量和高频分量中，目标空气量仅反映低频分量，高频分量被反映成目标空燃比。因此，根据本控制装置，与实施方式1的控制装置同样，能够一边使节气门稳定动作，一边以较高响应性来实现要求扭矩。

实施方式3．

接着，参照图4说明本发明的实施方式3。

图4是表示本发明的实施方式3的控制装置的构成的框图。本控制装置按其所具有的功能的不同，能够分为动力系统控制装置（PTM）12、目标空气量计算部4、目标节气门开度计算部6、扭矩合成部14、目标空燃比计算部8和点火正时计算部10。即，本控制装置所具有的各个功能要素12、4、6、14、8、10与实施方式2相同。但是，与实施方式2相比要素间的信号的输入输出不同。以下以与实施方式2的不同点为中心对本控制装置的构成进行说明。

与本控制装置的实施方式2的不同点之一是，不是将低频目标扭矩而是将高频目标扭矩、即空燃比控制用扭矩用于点火正时控制这一点。因此，向点火正时计算部10输入将从扭矩合成部14输出的高频目标扭矩复制而得到的目标扭矩。点火正时计算部10利用点火正时映射将高频目标扭矩转换为点火正时。并且，另一个与本控制装置的实施方式2的不同点是，从目标空燃比计算部8输出的目标空燃比被用于点火正时映射的检索。因此，在来自点火正时计算部10的空燃比是目标空燃比的情况下，计算实现高频目标扭矩所需的点火正时作为发动机的点火正时。对于该点，与实施方式1的情况相同。

根据以上的构成，即使在空燃比控制中没有完全实现高频目标扭矩，其超过不足量也能够利用点火正时的修正补偿。因此，根据本控制装置，与实施方式2相比，具有能够一边将伴随着点火正时的延迟的耗油率的恶化控制在最小限度，一边以更高的精度来实现包含高频分量的要求扭矩这样的优点。

实施方式4．

接着，参照图5和图6说明本发明的实施方式4。

图5是表示本发明的实施方式4的控制装置的构成的框图。本控制装置按其具有的功能的不同，能够分为动力系统控制装置（PTM）12、低频目标扭矩提高部16、目标空气量计算部4、目标节气门开度计算部6、扭矩合成部14、目标空燃比计算部8和点火正时计算部10。对图5和图4进行比较可知，本控制装置具有在实施方式3的控制装置中新追加了低频目标扭矩提高部16的构成。以下以在本实施方式中新设置的低频目标扭矩提高部16的功能为中心来说明本控制装置的构成。

低频目标扭矩提高部16配置于动力系统控制装置12和目标空气量计算部4之间。在本控制装置中，从动力系统控制装置12输出的要求扭矩首先被输入低频目标扭矩提高部16。低频目标扭矩提高部16对输入的要求扭矩加上提高扭矩，并将提高的要求扭矩作为低频目标扭矩、即空气量控制用扭矩输入目标空气量计算部4。提高扭矩的大小对应于弹簧上制振要求扭矩的振幅而设定。例如，若弹簧上制振要求扭矩的振幅为±4Nm，则提高扭矩被设定为＋4Nm的大小。通过将低频目标扭矩提高提高扭矩的量，目标空气量也会被提高，其结果，实际的空气量（当前空气量）也被提高。

另一方面，与实施方式3同样，向扭矩合成部14输入将从动力系统控制装置12输出的要求扭矩复制而得到的要求扭矩、即没有被提高的要求扭矩。在扭矩合成部14中，对没有被提高的要求扭矩合成弹簧上制振要求扭矩，并将该合成扭矩作为高频目标扭矩、即空燃比控制用扭矩使用。

高频目标扭矩在目标空燃比计算部8中被转换为目标空燃比（目标A／F）。在用于该转换的空燃比映射中，以当前空气量和发动机转速为关键字来检索实现高频目标扭矩所需的空燃比。在本实施方式中，由于计算目标空气量所使用的低频目标扭矩的提高，当前空气量将基础空燃比作为前提时的必要空气量也被提高。因此，实现高频目标扭矩所需的空燃比与本来相比偏移至稀空燃比侧。因此，在本实施方式中，从目标空燃比计算部8输出的目标空燃比以与基础空燃比相比偏移至稀空燃比侧的空燃比为中心，以与弹簧上制振要求扭矩相同的频率周期性变化。本控制装置这样按照在比基础空燃比靠稀空燃比侧的区域周期性变化的目标空燃比来进行燃料喷射装置的操作。

这里，图6是表示使空气量和发动机转速恒定时空燃比与扭矩之间的关系的A／F－扭矩特性图。如该图所示，在比理论空燃比靠稀空燃比侧的区域，空燃比越是浓空燃比，则扭矩越大，但是若超过理论空燃比而成为浓空燃比，则扭矩针对空燃比的变化的灵敏度下降。另外，若空燃比过度地成为浓空燃比，则反之会发生扭矩的减小。根据这样的A／F－扭矩特性，可知根据目标空燃比周期性变化时的振动中心的不同，难以确保用于实现高频目标扭矩的扭矩振幅。例如，如图6所示，在基础空燃比被设定在比理论空燃比靠浓空燃比侧的情况下，即使以该基础空燃比为中心使目标空燃比变化，也无法得到所需的扭矩振幅。

本控制装置所采用的构成是用于应对上述那样的事态的构成。即，根据本控制装置，由于目标空气量的提高使当前空气量增大，结果导致目标空燃比的振动中心与基础空燃比相比偏移向稀空燃比侧。另外，由于空气量控制用扭矩（低频目标扭矩）的提高量被设定为与弹簧上制振要求扭矩的振幅相等，所以进行使振动中心向稀空燃比侧的偏移，以使得目标空燃比周期性变化时的最浓空燃比成为基础空燃比。由此，能够防止由于空气量的不足而导致扭矩不足的情况的发生，能够可靠地确保实现高频目标扭矩所需的扭矩振幅。根据本控制装置，与基础空燃比如何设定无关，能够以较高的响应性可靠地实现要求扭矩。

另外，如图6所示，对于空燃比而言，存在由燃烧极限决定的下限。不希望超过该下限空燃比而使空燃比成为稀空燃比。因此，对从目标空燃比计算部8输出的目标空燃比实施基于下限空燃比的截止。但是，在目标空燃比被下限空燃比截止的情况下，能够由空燃比控制实现的扭矩被限制为由下限空燃比决定的扭矩。也就是说，仅利用空燃比控制无法完全实现要求扭矩。此时，根据本控制装置的构成，点火正时被修正到延迟侧，以使得消减针对要求扭矩的扭矩的过剩量。由此，即使在目标空燃比被下限空燃比截止的情况下，要求扭矩的较高精度下的实现也被确保。关于该点，可以认为对于之前说明的实施方式1－3的控制装置是同样的。

实施方式5．

接着，参照图7说明本发明的实施方式5。

图7是表示本发明的实施方式5的控制装置的构成的框图。本控制装置按其所具有的功能的不同，能够分为扭矩分配部2、目标空气量计算部4、目标节气门开度计算部6、目标空燃比计算部8、催化剂活性判定部18、目标空燃比切换部20和点火正时计算部10。比较图7和图1可知，本控制装置具有在实施方式1的控制装置中新追加了催化剂活性判定部18和目标空燃比切换部20的构成。以下以在本实施方式中新设置的2个要素18、20的功能为中心来说明本控制装置的构成。

催化剂活性判定部18判定配置于发动机的排气通路的催化剂的活性状态。该判定是根据催化剂温度、催化剂劣化程度、催化剂中毒状态等观点而进行的。催化剂温度能够使用可被传感器计测出的催化剂床层温度作为代表值。另外，也能够根据累计空气量来计测催化剂温度。或者，还能够利用排气系统模型来推算催化剂温度。催化剂的劣化程度能够根据催化剂的最大氧吸留量（Cmax）或O₂传感器的输出轨迹长之类的OBD参数来进行判断。催化剂的中毒状态能够根据燃料所含的硫磺量的检测、A／F反馈控制的控制状态来进行判断。

在本控制装置中判定催化剂的活性状态的理由在于，为了实现要求扭矩而使空燃比能动地变动，其结果，防止废气性能恶化这样的情况的发生。在催化剂的活性不充分的情况下，无法充分确保催化剂的净化性能。若在这样的状况下使空燃比变动，则由于排气排放的增加会引起废气性能的恶化。废气性能是汽车所要求的各种性能中特别重要的性能。本控制装置在判定为催化剂未活化的情况下，通过禁止目标空燃比的变动来防止废气性能的恶化。

在本控制装置中，从目标空燃比计算部8输出的目标空燃比与基础空燃比一起被输入目标空燃比切换部20。目标空燃比切换部20将输入的2个信号中的任意一方作为目标空燃比输出。该输出的切换所用的是基于催化剂活性判定部18的判定结果。在该判定结果是肯定的情况下，从目标空燃比计算部8输出的目标空燃比被选择，并直接作为目标空燃比输出。但是，在判定结果为否定的情况下，目标空燃比切换部20中的选择被切换，基础空燃比作为目标空燃比输出。由此，空燃比的变动被禁止，废气性能的恶化被防止。

另外，即使在目标空燃比被切换为基础空燃比的情况下，根据本控制装置的构成，能够实现包含高频分量的要求扭矩。此时，由点火正时计算部10计算的点火正时对应于高频分量而超前或延迟。由此，即使在目标空燃比的变动被禁止的情况下，要求扭矩在较高精度下的实现也被确保。

其他．

以上对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内能够进行各种变形来实施。例如，作为在实施方式1的扭矩分配部2中提取低频分量的要素，能够使用气流模型等延迟系统的物理模型来代替低通滤波器。

另外，在实施方式4中，在目标空气量计算部4中的空气量映射的检索中也可以使用理论空燃比。也就是说，可以根据理论空燃比中的扭矩－空气量特性来决定目标空气量，以此来代替根据基础空燃比中的扭矩－空气量特性决定目标空气量的处理。由此，与基础空燃比如何设定无关，能够在比理论空燃比靠稀空燃比侧的扭矩感度较高的区域使目标空燃比周期性地变化。

另外，在实施方式5中，也可以不进行禁止目标空燃比变动的处理，而是对以基础空燃比为中心的振动的振幅施加限制。此时允许的振幅的大小能够根据催化剂的活性状态来决定。例如，可以随着催化剂逐渐活化而使允许的目标空燃比的振幅变大。另外，作为实施方式5的特征的催化剂活性判定部18和目标空燃比切换部20也能够设置于实施方式1－4的控制装置中。

另外，在上述各实施方式中，也可以对催化剂的氧吸留状态进行判定，根据氧吸留状态来变更使目标空燃比变动的区域。具体而言，在催化剂的氧吸留量在规定值以上的情况下，或者在催化剂下游的O₂传感器的输出是稀空燃比输出的情况下，以比理论空燃比靠浓空燃比侧的区域为中心来使目标空燃比变动。反之，在催化剂的氧吸留量小于规定值的情况下，或者在催化剂下游的O₂传感器的输出是浓空燃比输出的情况下，以比理论空燃比靠稀空燃比侧的区域为中心来使目标空燃比变动。由此，能够一边对应于要求扭矩的高频分量来使空燃比变动，一边将催化剂的氧吸留状态维持在合适的状态。另外，作为使目标空燃比变动的区域的变更方法，能够使用实施方式4的方法。如果向增加侧修正低频目标扭矩（空气量控制用扭矩），则能够使目标空燃比的振动中心偏移至稀空燃比侧，反之，如果向减少侧修正低频目标扭矩，则能够使目标空燃比的振动中心偏移至浓空燃比侧。

图中附图标记说明：

2…扭矩分配部；4…目标空气量计算部；6…目标节气门开度计算部；8…目标空燃比计算部；10…点火正时计算部；12…动力系统控制装置；14…扭矩合成部；16…低频目标扭矩提高部；18…催化剂活性判定部；20…目标空燃比切换部。

Claims (8)

1.一种内燃机的控制装置，其特征在于，具备：

要求扭矩取得单元，其取得内燃机所要求的要求扭矩；

空气量控制用扭矩设定单元，其将根据所述要求扭矩得到的低频扭矩设定为空气量控制用扭矩；

空燃比控制用扭矩设定单元，其将根据所述要求扭矩得到的同时包括低频和高频的扭矩设定为空燃比控制用扭矩；

目标空气量计算单元，其基于规定了空气量与扭矩之间的关系的数据，来计算用于实现所述空气量控制用扭矩的目标空气量；

空气量控制单元，其按照所述目标空气量来控制空气量；

当前空气量计算单元，其计算当前的空气量；

目标空燃比计算单元，其基于与空气量相关联地规定了空燃比与扭矩之间的关系的数据，将与所述空燃比控制用扭矩和所述当前空气量对应的空燃比计算为目标空燃比；和

燃料喷射量控制单元，其按照所述目标空燃比来控制燃料喷射量。

2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，还具备：

目标点火正时计算单元，其基于与空气量以及空燃比相关联地规定了点火正时和扭矩之间的关系的数据，根据所述当前空气量和所述目标空燃比来计算用于实现所述空燃比控制用扭矩的目标点火正时；和

点火正时控制单元，其按照所述目标点火正时来控制点火正时。

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，

还具备空气量控制用扭矩修正单元，该空气量控制用扭矩修正单元提高所述空气量控制用扭矩来修正所述空气量控制用扭矩。

4.根据权利要求3所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述空气量控制用扭矩修正单元将所述空气量控制用扭矩提高与所

述高频扭矩的振幅相应的量。

5.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，还具备：

氧吸留状态判定单元，其判定催化剂的氧吸留状态；和

空气量控制用扭矩修正单元，在催化剂的氧吸留量在规定值以上的情况下，该空气量控制用扭矩修正单元对所述空气量控制用扭矩进行修正，使得空燃比以比理论空燃比靠浓空燃比侧的区域为中心变动，在催化剂的氧吸留量小于规定值的情况下，该空气量控制用扭矩修正单元对所述空气量控制用扭矩进行修正，使得空燃比以比理论空燃比靠稀空燃比侧的区域为中心变动。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，还具备：

活性状态判定单元,其判定催化剂的活性状态；和

目标空燃比变动限制单元，其在催化剂没有活化的情况下限制所述目标空燃比的变动。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述要求扭矩取得单元包括：

取得同时包含低频分量和高频分量的要求扭矩的单元；和

从所述要求扭矩提取低频分量的单元。

8.根据权利要求1至6中任意一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述要求扭矩取得单元包括：

取得由低频分量构成的要求扭矩的单元；

取得由高频分量构成的要求扭矩的单元；和

对所述低频的要求扭矩和所述高频的要求扭矩进行合成的单元。

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