CN103732893A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于，在具有多种促动器的内燃机的控制装置中，即使在要求扭矩、要求效率或要求空燃比的任一个以大于关联控制量的响应速度的那种较快的速度进行变化的情况下，也能至少保障最优先要求的内燃机的性能的实现。为了达到该目的，本发明所提供的控制装置在要求扭矩、要求效率和要求空燃比的任一个的变化量大于规定的阈值的情况下，依据内燃机所要求的各种性能中在当前时刻优先的内燃机要求性能的类别，对要求扭矩、要求效率、指示效率或要求空燃比的任一个的值施加暂时性的调整。另外，根据要求扭矩和要求效率，按照算出的目标空气量操作空气量控制用的促动器，按照指示效率操作点火正时控制用的促动器，按照要求空燃比操作燃料喷射量控制用的促动器。

Description

内燃机的控制装置

技术领域

本发明涉及一种内燃机的控制装置，该控制装置利用多种促动器控制该内燃机的动作。

背景技术

作为内燃机的控制方法之一，例如公知一种如日本特开2009–047102号公报公开的那样，将扭矩和效率及空燃比一并作为控制量而确定各促动器的操作量的方法。这里所说的效率是指实际输出的扭矩与内燃机能够输出的潜在扭矩的比率。另外，这里所说的空燃比是指在内燃机中供燃烧的混合气体的空燃比。作为控制量的扭矩、效率和空燃比存在从各种观点出发的要求。扭矩的情况有为了满足驾驶员的加速要求而要求的扭矩、为了进行防侧滑等的驱动控制而要求的扭矩等。效率的情况有为了进行催化剂的预热而要求的效率、为了确保储备扭矩而要求的效率等。空燃比的情况有为了在从燃料切断进行复原时使催化剂的NOx还原能力尽早恢复而要求的空燃比、为了在内燃机的运转过程中提高催化剂的净化性能而要求的空燃比等。在上述专利公报所述的控制装置（以下称为现有装置）中，在这样对于1个控制量存在多个要求的情况下，通过调停（日文：調停）来确定最终的要求控制量。这里所说的调停是按照预先决定的规则进行的用于从多个数值获得1个数值的计算处理。作为其具体的计算规则，可以举出最大值选择、最小值选择、平均或叠加等。

实现通过调停而获得的最终的要求控制量、即要求扭矩、要求效率和要求空燃比，是指运转性能、废气性能或燃料消耗性能这样的内燃机所要求的各种性能（内燃机要求性能）的实现。在现有装置中，根据这3种要求控制量实施空气量控制、点火正时控制和燃料喷射量控制。在空气量控制中，按照基于要求扭矩和要求效率算出的目标空气量进行节气门的操作。在点火正时控制中，按照要求扭矩与根据节气门开度计算的推测扭矩（推测潜在扭矩）的比，进行点火装置的操作。并且，在燃料喷射量控制中，按照要求空燃比进行燃料喷射装置的操作。也就是说，在现有装置中，通过根据3种要求控制量使3种促动器协作工作，来谋求各要求控制量的实现。

但是，根据要求控制量的变化的快慢的不同，未必一定能达成现有装置所谋求的内燃机要求性能的实现这一效果。这是因为在促动器的动作与某一控制量相关联的情况下，该控制量对促动器的动作的响应速度存在与促动器的种类相对应的极限。例如在节气门的情况下，使节气门以最大速度进行了动作时的空气量的响应速度成为扭矩对节气门的动作的极限响应速度。在现有装置中，节气门被用作用于控制扭矩的主要促动器，但是在任一个要求控制量的变化比扭矩对节气门的操作的极限响应速度快的情况下，不能利用由节气门进行扭矩控制来抑制随着该变化而发生的扭矩的变动。关于这一点，若是能使扭矩更快速地变化的点火正时控制或燃料喷射量控制，则能够抑制该种扭矩的变动而实现要求扭矩。但是，在该情况下，至少暂时不能实现要求扭矩以外的要求控制量、即要求效率和要求空燃比中的任一个。并且，在该情况下，内燃机所要求的各种性能中与不能实现的要求效率或要求空燃比相关联的内燃机要求性能得不到实现。

作为内燃机所要求的性能，如上所述运转性能、废气性能和燃料消耗性能是代表性的，但在它们之间存在与内燃机的状态、内燃机所处的状况相对应的优先顺序。例如在内燃机启动时废气性能优先，但在进行防侧滑等的驱动控制的情况下，运转性能优先。即使不能实现所有的内燃机要求性能，也希望至少能够实现最优先的内燃机要求性能。但是，在上述的现有装置中，在任一个要求控制量以大于该控制量对促动器的动作的响应速度的那种较快的速度进行变化的情况下，即使是最优先的内燃机要求性能，也不能保障其得到实现。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009–299667号公报

专利文献2：日本特开2009–047101号公报

专利文献3：日本特表2003–517138号公报

专利文献4：日本特开平11–141388号公报

发明内容

本发明是鉴于上述问题而做成的，目的在于提供一种控制装置，该控制装置即使在作为控制量的要求值的要求扭矩、要求效率或要求空燃比的任一个，以大于关联控制量对促动器的动作的响应速度的那种较快的速度进行变化的情况下，也能至少保障内燃机所要求的性能中最优先要求的性能的实现。

本发明提供的内燃机的控制装置根据内燃机所要求的性能（以下称为内燃机要求性能）确定控制量的要求值。本控制装置所用的控制量是内燃机产生的扭矩、内燃机实际输出的扭矩与能够潜在输出的扭矩的比即效率、以及在内燃机中供燃烧的混合气体的空燃比这3种。本控制装置根据这3种要求控制量实施空气量控制、点火正时控制和燃料喷射量控制。在空气量控制中，按照目标空气量操作空气量控制用的促动器。目标空气量是用于基于要求空燃比实现要求潜在扭矩的空气量，根据使最佳点火正时的空气量与扭矩的关系关联于空燃比而决定的数据，算出该目标空气量。通过将要求扭矩除以要求效率，算出要求潜在扭矩。在点火正时控制中，按照指示效率操作点火正时控制用的促动器。算出要求扭矩与推测潜在扭矩的比，作为指示效率。推测潜在扭矩是在基于要求空燃比、按照目标空气量操作了空气量控制用促动器的情况下实现的潜在扭矩。在燃料喷射量控制中，按照要求空燃比操作燃料喷射量控制用的促动器。

这样，本控制装置根据基于内燃机要求性能确定的要求扭矩、要求效率和要求空燃比，实施空气量控制、点火正时控制和燃料喷射量控制。但是，在要求扭矩、要求效率和要求空燃比的任一个的变化量大于规定的阈值的情况下，本控制装置对要求扭矩、要求效率、指示效率或要求空燃比的任一个的值，施加暂时性的调整。关于成为该判断的基准的阈值，优选对于每个要求控制量，根据该控制量对与该要求控制量关联最大的促动器的动作的响应速度来设定。本控制装置依据各种内燃机要求性能中在当前时刻优先的内燃机要求性能的类别，选择要施加调整的对象。

例如当在当前时刻优先的内燃机要求性能的类别是废气性能和燃料消耗性能时，可以对要求效率和指示效率的值施加暂时性的调整。详细而言，当发生了大于规定的阈值的变化的要求控制量是要求空燃比时，也可以将要求效率和指示效率分别固定为1。在该情况下，虽然扭矩发生了暂时性的变动，但是由于效率、空燃比实现了正如要求那样的值，所以与空燃比相关联的废气性能和与效率相关联的燃料消耗性能的实现均得到保障。

此外，除了要求效率和指示效率以外，也可以对要求扭矩的值施加暂时性的调整。详细而言，在要求空燃比的变化量大于规定的阈值的情况下，可以将要求效率和指示效率分别固定为1，并且预测随着要求空燃比的变化而发生的扭矩的变化，使要求扭矩发生所预测的扭矩的变化。在该情况下，虽然扭矩发生了暂时性的变动，但是由于效率、空燃比实现了正如要求那样的值，所以与空燃比相关联的废气性能和与效率相关联的燃料消耗性能的实现均得到保障。另外，在该情况下，能够延长目标空气量的收敛（日文：収束）时间而缓和过渡性的空气量的变动速度，所以能够进一步抑制空燃比的变动。

另外，例如当在当前时刻优先的内燃机要求性能的类别是运转性能和燃料消耗性能时，可以对要求空燃比的值施加暂时性的调整。详细而言，在发生了大于规定的阈值的变化的要求控制量是要求空燃比时，可以利用低通滤波器等机构缓和要求空燃比的变化速度。在该情况下，虽然在本来的要求空燃比与空燃比的实现值之间产生暂时性的背离，但是由于扭矩、效率实现了正如要求那样的值，所以与扭矩相关联的运转性能和与效率相关联的燃料消耗性能的实现均得到保障。

另一方面，例如当在当前时刻优先的内燃机要求性能的类别是运转性能和废气性能时，也可以不对任意要求值施加调整。在该情况下，在发生了大于规定的阈值的变化的要求控制量是要求空燃比时，自动变更点火正时，以抑制随着要求空燃比的变化而发生的扭矩的变动。但是，由此扭矩、空燃比实现了正如要求那样的值，所以与扭矩相关联的运转性能和与空燃比相关联的废气性能的实现均得到保障。

如上所述，采用本控制装置，即使在作为控制量的要求值的要求扭矩、要求效率或要求空燃比的任一个，以大于关联控制量对促动器的动作的响应速度的那种较快的速度进行变化的情况下，也能至少保障内燃机所要求的性能中最优先要求的性能的实现。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的控制装置的结构的框图。

图2是表示利用本发明的实施方式的控制装置进行的处理的流程图。

图3是表示利用本发明的实施方式的控制装置进行的处理的具体例的时间图。

图4是表示利用本发明的实施方式的控制装置进行的处理的具体例的时间图。

图5是用于说明图4所示的具体例的效果的时间图。

图6是表示利用本发明的实施方式的控制装置进行的处理的具体例的时间图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式。

在本实施方式中视作控制对象的内燃机（以下称作发动机）是火花点火式的4冲程往复式发动机。在发动机的排气通路中设有用于净化废气的三元催化剂。控制装置通过操作发动机所具有的促动器而控制发动机的运转。在控制装置能操作的促动器中包括点火装置、节气门、燃料喷射装置、可变气门正时机构和EGR装置等。其中，在本实施方式中由控制装置操作的是节气门、点火装置和燃料喷射装置，控制装置操作这3个促动器而控制发动机的运转。

本实施方式的控制装置使用扭矩、效率和空燃比作为发动机的控制量。这里所说的扭矩，更严格地讲，是指由发动机产生的图示的扭矩，空燃比是指供燃烧的混合气体的空燃比。本说明书中的效率是指发动机实际输出的扭矩相对于能够潜在输出的扭矩（潜在扭矩）的比例。效率的最大值为1，届时发动机能输出的潜在扭矩直接被实际输出。在效率小于1的情况下，实际输出的扭矩比发动机能输出的潜在扭矩小，其剩余部分主要变成热量而自发动机输出。本实施方式的控制装置根据这3种控制量的要求值实施空气量控制、点火正时控制和燃料喷射量控制。3种控制量中成为基本的控制量是扭矩，通常使要求扭矩的实现优先地进行发动机的控制。另外，在空气量控制中使用的促动器是节气门，在点火正时控制中使用的促动器是点火装置，在燃料喷射量控制中使用的促动器是燃料喷射装置。

图1的框图所示的控制装置2表示本实施方式的控制装置的结构。关于图1中构成控制装置2的各要素，特别用图仅表示控制装置2所具有的各种功能性的要素中的、与由3种促动器即节气门4、点火装置6和燃料喷射装置8的操作而进行的空气量控制、点火正时控制和燃料喷射量控制有关的要素。因而，图1并不是指控制装置2只由这些要素构成。另外，各要素可以分别由专用的硬件构成，也可以共有硬件而利用软件虚拟地构成。

图2所示的控制装置2大致分为由4个部分70、10、20、30构成。控制装置2中的位于信号的传递系统的最上游的就是要求产生部70。要求调停部10位于要求产生部70的下游，要求调整部20位于要求调停部10的下游。并且，要求实现部30位于要求调整部20的下游、即信号的传递系统的最下游。自要求实现部30将操作信号输出到上述各促动器4、6、8中。另外，在控制装置2中，除了图1中用箭头表示的框间的传递信号以外，还流通有各种信号。该种信号的一例是包含与发动机的运转条件、运转状态相关的发动机信息的信号。发动机信息包含发动机转速、节气门开度传感器的输出值、空燃比传感器的输出值、当前时刻的实际点火正时、冷却水温度、进气门和排气门的气门正时等。

下面，对构成控制装置2的各部分70、10、20、30的结构和利用它们进行的处理进行说明。

首先，说明要求产生部70。要求产生部70具有扭矩要求部72。扭矩要求部72将涉及作为基本的控制量的扭矩的要求数值化而输出。自扭矩要求部72输出的要求扭矩包含两种信号。其中一种是依据驾驶员的加速踏板操作而确定的要求扭矩的信号，是频率比较低的信号。另一种是用于进行车辆的驱动控制的要求扭矩的信号，是频率比较高的信号。这里所说的车辆的驱动控制除了防侧滑控制以外，也包含以利用扭矩的振动来抑制车辆的簧上振动为目的的减振控制。

此外，要求产生部70还具有性能要求部80。性能要求部80根据发动机所要求的性能确定涉及控制量的要求，将该要求数值化而输出。发动机所要求的性能包含运转性能、废气性能和燃料消耗性能。为了使控制量准确地反映出这些要求性能，性能要求部80包括多个要求输出要素81–86。各要求输出要素81–86与发动机所要求的某一性能相关联。例如要求输出要素81是与运转性能相关联的要素，输出用于进行怠速旋转控制的要求扭矩。要求输出要素82是与燃料消耗相关联的要素，输出用于提高燃料消耗的要求效率。要求输出要素83是与运转性能相关联的要素，与扭矩要求部72输出高频的要求扭矩的动作联动地输出用于辅助该高频扭矩的实现的要求效率。要求输出要素84、85、86是与废气性能相关联的要素。要求输出要素84输出用于进行催化剂预热的要求效率，要求输出要素85输出用于抑制催化剂的恶化的要求效率，并且，要求输出要素86输出用于恢复催化剂的净化率的要求空燃比。在性能要求部80中，除了上述这些要求输出要素以外，还包括未图示的多个要求输出要素，自它们输出要求扭矩、要求效率或要求空燃比的任一个。

接下来，说明要求调停部10。如上所述，自要求产生部70输出关于各控制量的多个要求。但是，由于不能同时将关于1个控制量输出的多个要求全部完全实现，所以需要对每个控制量进行要求的调停这一处理。这里所说的调停是例如最大值选择、最小值选择、平均或叠加等用于从多个数值获得1个数值的计算处理，也可以适当地组合多种计算处理。为了对每个控制量实施该种调停，要求调停部10具备3个调停要素12、14、16。调停要素12收集由要求产生部70产生的各种要求扭矩而进行调停，将该调停结果输出为最终的要求扭矩。调停要素14收集由要求产生部70产生的各种要求效率而进行调停，将其调停结果输出为最终的要求效率。并且，调停要素16收集由要求产生部70产生的各种要求空燃比而进行调停，将该调停结果输出为最终的要求空燃比。

自要求调停部10输出的3种要求控制量、即要求扭矩、要求效率和要求空燃比，在经过要求调整部20后被输入到要求实现部30中。在本实施方式中，要求调整部20是与本发明的要解决的问题和目的关联最大的控制装置2的主要部分。因此，这里先进行要求实现部30的说明，在清楚了除要求调整部20以外的控制装置2的整体结构的基础上，再详细说明要求调整部20。

要求实现部30是发动机的反模型，由利用映射、函数表示的多个统计模型、物理模型构成。要求实现部30根据经要求调整部20输入的3种要求控制量，算出为了实现它们而所需的各促动器4、6、8的操作量。利用要求实现部30算出的操作量是用于操作节气门4的节气门开度、用于操作点火装置6的点火正时、以及用于操作燃料喷射装置8的燃料喷射量。为了算出这些操作量，要求实现部30具备多个计算要素32、34、36、38、40、42、44、50、52、54、56。

首先，说明要求实现部30中的节气门开度的计算。要求实现部30具备要求潜在扭矩算出部44、目标空气量算出部42和节气门开度算出部40，作为用于计算节气门开度的计算要素。要求潜在扭矩算出部44通过将输入的要求扭矩除以要求效率，算出要求潜在扭矩。在要求效率小于1的情况下，要求潜在扭矩比要求扭矩大。这意味着：由节气门4进行的空气量控制需要能够潜在性地输出比要求扭矩大的扭矩。但是，通过了上下限保护部34的要求效率输入到要求潜在扭矩算出部44中。上下限保护部34见后述。利用要求潜在扭矩算出部44算出的要求潜在扭矩输入到目标空气量算出部42中。

目标空气量算出部42使用扭矩–空气量转换映射将要求潜在扭矩转换为目标空气量。这里所说的空气量是指被吸入到缸内的空气量（也可以取而代之地使用将其无量纲化而得到的填充效率或负荷率）。扭矩–空气量转换映射是以点火正时为最佳点火正时（MBT和轻微爆震点火正时中更接近滞后角侧的点火正时）的事项为前提，使扭矩和空气量以包含发动机转速和空燃比在内的各种发动机状态量作为关键而相关联后得到的映射。该映射是基于对发动机进行试验后获得的数据而作成的。扭矩–空气量转换映射的检索使用发动机状态量的实际值、目标值。关于空燃比，要求空燃比用于映射检索。因而，利用目标空气量算出部42基于要求空燃比，算出为了实现要求潜在扭矩而所需的空气量，作为目标空气量。另外，这里所用的要求空燃比并非输入到要求实现部30中的要求空燃比，而是通过了后述的上下限保护部38的要求空燃比。利用目标空气量算出部42算出的目标空气量输入到节气门开度算出部40。

节气门开度算出部40使用空气模型的反模型将目标空气量转换为节气门开度。空气模型是将空气量对节气门4动作的响应特性模型化后得到的物理模型，所以通过使用其反模型，能够倒算达成目标空气量所需的节气门开度。按照利用节气门开度算出部40算出的节气门开度，执行由控制装置2进行的节气门4的操作。

接下来，说明要求实现部30中的点火正时的计算。要求实现部30具备推测潜在扭矩算出部54、指示效率算出部52和点火正时算出部50，作为用于计算点火正时的计算要素。推测潜在扭矩算出部54根据利用上述节气门操作实现的实际的节气门开度，算出推测潜在扭矩。本说明书中的推测潜在扭矩是在基于当前的节气门开度和要求空燃比将点火正时设定为最佳点火正时的情况下能够输出的扭矩、即发动机能够潜在性地输出的扭矩的推测值。推测潜在扭矩算出部54首先使用上述的空气模型的正模型将节气门开度转换为推测空气量。推测空气量是利用当前的节气门开度实际实现的空气量的推测值。接着，使用扭矩–空气量转换映射将推测空气量转换为推测潜在扭矩。在该扭矩–空气量转换映射的检索中，将通过了后述的上下限保护部38的要求空燃比的值用作检索关键。利用推测潜在扭矩算出部54算出的推测潜在扭矩输入到指示效率算出部52。

指示效率算出部52算出输入到要求实现部30中的要求扭矩与推测潜在扭矩的比率。算出的比率是指用于实现要求扭矩的效率，用作点火正时控制用的指示效率。利用指示效率算出部52算出的点火正时控制用的指示效率在经过了后述的上下限保护部36后输入到点火正时算出部50中。

点火正时算出部50根据输入的点火正时控制用的指示效率算出点火正时。详细而言，根据发动机转速、要求扭矩和空燃比等发动机状态量算出最佳点火正时，并且根据输入的点火正时控制用的指示效率算出相对于最佳点火正时的滞后量。当指示效率为1时，将滞后量设为零，指示效率越比1小，越增大滞后量。并且，算出使滞后量与最佳点火正时相加后得到的值，作为最终的点火正时。最佳点火正时的计算可以使用使最佳点火正时与各种的发动机状态量相关联的映射。滞后量的计算可以使用使滞后量与效率及各种的发动机状态量相关联的映射。在这些映射的检索中，将通过了后述的上下限保护部38的要求空燃比的值用作检索关键。按照由点火正时算出部50算出的点火正时，执行由控制装置2进行的点火装置6的操作。

接下来，说明要求实现部30中的燃料喷射量的计算。要求实现部30具有燃料喷射量算出部60作为用于计算燃料喷射量的计算要素。当在某一气缸中燃料喷射量的算出正时到来时，燃料喷射量算出部60根据通过了后述的上下限保护部38的要求空燃比和在该气缸的进气门关闭正时的预测空气量，算出燃料喷射量。按照由燃料喷射量算出部60算出的燃料喷射量，执行由控制装置2进行的燃料喷射装置8的操作。

最后，说明要求实现部30所具有的调整功能。利用要求实现部30进行的调整与利用后述的要求调整部20进行的调整不同，是稳定状态下的要求控制量间的大小的调整。要求产生部70不考虑发动机的燃烧极限条件地产生各种要求，要求调停部10也不考虑燃烧极限条件地实施调停。因此，根据最终确定的各要求控制量的大小的关系的不同，可能不能使发动机适当运转。为此，为了能使发动机进行适当运转，要求实现部30以优先顺序高的要求控制量为基准，调整优先顺序低的要求控制量的值。详细而言，要求扭矩作为最优先的要求控制量，根据要求效率和要求空燃比选择应第二位优先的要求控制量。并且，根据所选择的要求效率和要求空燃比的任意一方的值，调整未选择的另一方的值。用于实施该种调整的机构是上述各种上下限保护部34、36、38和燃烧极限保护值算出部32。

上下限保护部34将要求效率的值限制在由上限保护值和下限保护值决定的范围内。上下限保护部36将指示效率的值限制在由上限保护值和下限保护值决定的范围内。将上下限保护部36所具有的各保护值设定为与上下限保护部34所具有的各保护值相同的值。另外，上下限保护部38将要求空燃比的值限制在由上限保护值和下限保护值决定的范围内。这些上下限保护部34、36、38所用的各保护值均可变，利用燃烧极限保护值算出部32算出该值。

在优先实现要求空燃比的运转模式的情况下，燃烧极限保护值算出部32基于该要求空燃比，利用各种发动机信息计算能够保证正常燃烧的效率的上限值和下限值，将它们设定为上下限保护部34和上下限保护部36的各保护值。在该情况下，将上下限保护部38的各保护值设定为能够保证正常燃烧的空燃比的最大上限值和最大下限值。另一方面，在优先实现要求效率的运转模式的情况下，燃烧极限保护值算出部32基于该要求效率，利用各种发动机信息计算能够保证正常燃烧的空燃比的上限值和下限值，将它们设定为上下限保护部38的各保护值。在该情况下，将上下限保护部34和上下限保护部36的各保护值设定为能够保证正常燃烧的效率的最大上限值和最大下限值。在要求实现部30中，以上述方式实施了大小的调整的要求效率、指示效率或要求空燃比用于上述各操作量的计算。

接下来，详细说明作为本实施方式的控制装置2的主要部分的要求调整部20。要求调整部20承担如下作用：即使在利用要求调停部10确定的最终的要求扭矩、要求效率或要求空燃比的任一个，以大于促动器的响应速度的那种较快的速度进行变化的情况下，也至少保障发动机所要求的性能中最优先的性能的实现。这里所说的促动器是指与作为主要控制量的扭矩的关联最大的节气门4。利用要求调整部20进行的处理是对要求扭矩、要求效率、指示效率或要求空燃比的任一个的值施加的暂时性的调整，依据在当前时刻优先的发动机性能的类别，施加该调整。为了进行该种处理，要求调整部20具备调整判断部22、要求扭矩调整部24、效率调整部26和要求空燃比调整部28。

调整判断部22具有如下功能：判断是否产生了施加调整的必要，在判断为有该必要时，依据优先的发动机性能选择施加调整的对象。调整判断部22所具有的功能可以利用图2的流程图来表示。在最初的步骤S2中，调整判断部22读入由要求调停部10确定的最终的要求扭矩、要求效率和要求空燃比，判定它们任一个的变化量是否大于对应的阈值。以空气量对节气门4的操作的极限响应速度为基准，设定用在该判定中的阈值。也就是说，调整判断部22判断是否在任一个的要求控制量中产生了在由节气门4的操作进行的空气量控制中赶不上的那种急剧的变化。当预测到在任一个的要求控制量中该变化量大于阈值的情况下，或者在检测到实际大于阈值的情况下，调整判断部22实施步骤S4和步骤S6的处理。在步骤S4中，调整判断部22根据从性能要求部80取得的信息，判断在当前时刻优先实现哪个发动机要求性能。并且，在步骤S6中，依据优先的发动机要求性能的类别选择应施加调整的对象，对与所选择的调整对象有关的要素发出指示。详细而言，在所选择的调整对象中包含要求扭矩的情况下，对要求扭矩调整部24发出指示，以对要求扭矩的值进行暂时性的调整。另外，在所选择的调整对象中包含要求效率和指示效率的情况下，对效率调整部26发出指示，以对要求效率和指示效率的值进行暂时性的调整。并且，在所选择的调整对象中包含要求空燃比的情况下，对要求空燃比调整部28发出指示，以对要求空燃比的值进行暂时性的调整。

要求扭矩调整部24当接收来自调整判断部22的指示时，暂时调整自要求调停部10输出的要求扭矩的值，向要求实现部30输入调整后的要求扭矩。关于要求扭矩的值的调整方法，依据变化量大于阈值的要求控制量的类别，并且依据优先的发动机要求性能的类别，从预先登记的调整方法中，适当地选择最佳的方法。

效率调整部26当接收来自调整判断部22的指示时，设定上述的上下限保护部34和上下限保护部36的各保护值。在该情况下，将要求效率和指示效率的各值限制在由上限保护值和下限保护值决定的范围内。当上限保护值和下限保护值为相同值时，该值就是限制后的要求效率和指示效率的各值。利用效率调整部26设定的上限保护值和下限保护值，比利用燃烧极限保护值算出部32设定的上限保护值和下限保护值优先。关于各保护值的设定方法，依据变化量大于阈值的要求控制量的类别，并且依据优先的发动机要求性能的类别，从预先登记的设定方法中适当地选择最佳的方法。

要求空燃比调整部28当接收来自调整判断部22的指示时，暂时调整自要求调停部10输出的要求空燃比的值，向要求实现部30输入调整后的要求空燃比。关于要求空燃比的值的调整方法，依据变化量大于阈值的要求控制量的类别，并且依据优先的发动机要求性能的类别，从预先登记的调整方法中适当地选择最佳的方法。

接下来，举出具体例来说明由要求调整部20进行的处理的内容及其效果。这里，例举要求空燃比在某一正时从理论值向浓侧阶段性变化的情况。另外，作为前提，将要求效率的初始值设定为1。在图3中，关于废气性能和燃料消耗性能优先时（状况1）、运转性能和燃料消耗性能优先时（状况2）、运转性能和废气性能优先时（状况3）这3个状况，分别利用时间图来表示3种控制量的调整前的要求值、调整后的要求值和实际的实现值的各时间变化。

如上所述，目标空气量算出部42基于要求空燃比算出为了实现要求扭矩而所需的空气量，作为目标空气量。因此，在如本例这样要求空燃比阶段性地变浓的情况下，目标空气量也相应地阶段性变化。并且，根据目标空气量的变化，控制节气门开度。此时的节气门4的动作是利用空气量的减少来抵消随着空燃比的变浓而发生的扭矩的增大的那种动作。但是，空气量对节气门4的动作的响应发生延迟，实际的空气量比目标空气量慢地减少。另一方面，由于燃料喷射量由实际的空气量和要求空燃比确定，所以燃料喷射量因空气量的减少的延迟而暂时大幅增大。

在状况1的情况下，选择要求效率和指示效率作为调整对象，对它们的值施加暂时性的调整。详细而言，当预测到要求空燃比的急剧的变化时，利用效率调整部26将上下限保护部34和上下限保护部36的各保护值变更为1，将要求效率和指示效率均固定为1。通过将指示效率固定为1，将点火正时维持为最佳点火正时。结果，燃料喷射量暂时大幅增大而产生的影响被扭矩直接反映出，与要求扭矩相比，实际实现的扭矩暂时增大。但是，由于将点火正时维持为最佳点火正时，所以实际实现的效率也维持为1，期望的燃料消耗性能的实现得到保障。另外，由于实际实现的空燃比也正如要求空燃比那样地变化，所以期望的废气性能的实现也得到保障。

在状况2的情况下，选择要求空燃比作为调整对象，对其值施加暂时性的调整。详细而言，当预测到要求空燃比的急剧的变化时，利用要求空燃比调整部28缓和要求空燃比的变化速度。作为其方法，可以使用低通滤波器。若使用低通滤波器，则将其时间常数设定为使要求空燃比的变化速度限制在扭矩对节气门4的动作的极限响应速度的范围内。另外，作为其他方法，也可以使用稳定（日文：なまし）处理。作为稳定处理的一例，可以举出加权平均。或者也可以对要求空燃比的变化率实施保护处理，从而缓和其变化速度。通过利用上述任一种方法缓和要求空燃比的变化速度，虽然在本来的要求空燃比与空燃比的实现值之间产生暂时性的背离，但是实际的空气量相对于目标空气量的延迟消失，随着空气量的减少的延迟而发生的燃料喷射量的暂时性的增大也得到抑制。结果，能够使发动机产生正如要求扭矩那样的扭矩，期望的运转性能的实现得到保障。另外，在该情况下，由于在要求扭矩与推测潜在扭矩之间未产生差，所以点火正时维持为最佳点火正时，从而使期望的燃料消耗性能的实现也得到保障。

另一方面，在状况3的情况下，对要求扭矩、要求效率、指示效率或要求空燃比均不施加由要求调整部20进行的调整。这是因为：采用要求实现部30，能够利用效率的自动调整来实现要求空燃比，并且也能实现要求扭矩。详细而言，在如本例这样使要求空燃比阶段性变浓的情况下，目标空气量也阶段性地减少，为了实现上述那样的目标空气量的变化而操作节气门4。但是，空气量对节气门4的动作的响应有时延迟，所以使用空气模型根据当前的节气门开度算出的推测空气量比目标空气量慢地减少。因此，根据推测空气量算出的推测潜在扭矩与要求扭矩相比，暂时性增大，在该期间内，要求扭矩与推测潜在扭矩的比即指示效率成为比1小的值。由此，点火正时比最佳点火正时滞后，随着空气量的减少的延迟而发生的扭矩的暂时性的增大得到抑制，能够使发动机产生正如要求扭矩那样的扭矩。也就是说，期望的运转性能的实现得到保障。另外，正如要求空燃比那样地实际实现的空燃比也发生变化，所以期望的废气性能的实现也得到保障。

以上，根据3个具体例可知，采用本实施方式的控制装置2，即使在要求空燃比以大于扭矩对节气门4的动作的极限响应速度的那种较快的速度进行变化的情况下，也能保障发动机所要求的性能中的应优先的性能的实现。

但是，在本实施方式的控制装置2中能由要求调整部20进行的处理不限定于以上3个具体例。例如在要求空燃比的变化量大于规定的阈值的情况下，当在当前时刻优先的发动机要求性能的类别为废气性能和燃料消耗性能时，也可以进行图4中用时间图表示的那种处理。在本例的情况下，当预测到要求空燃比的急剧的变化时，与上述例子的状况1的情况相同，将要求效率和指示效率均固定为1。并且，在本例的情况下，利用调整判断部22预测随着要求空燃比的变化而发生的扭矩的变化，利用要求扭矩调整部24使要求扭矩产生预测到的扭矩的变化。

与上述状况1的情况相比较地表示由该种处理获得的效果的是图5。在图5中，关于上述例子的状况1的情况和本例的情况，分别利用时间图表示了3种控制量的调整后的要求值、目标空气量、目标节气门开度、实际空气量和实际的扭矩的各时间变化。图5的图A与上述例子的状况1相对应，图B与本例相对应。采用本例，在要求空燃比阶段性地变浓的情况下，首先根据该时刻的目标空气量和变浓后的要求空燃比计算扭矩，使要求扭矩阶段性地增大至该扭矩。然后，使要求扭矩缓慢地持续减少至即将阶段性增大之前的值。通过使要求扭矩这样变化，使目标空气量缓慢地持续减少。由此，抑制节气门4的急剧的动作，使实际空气量的收敛时间（图5中用tt2表示）比图A的情况下的实际空气量的收敛时间（图5中用tt1表示）长。结果，直到增大了的实际扭矩收敛到要求扭矩为止的时间也增长，通过使过渡性的空气量的变动速度缓和，能够抑制空燃比的变动。也就是说，通过如本例那样使要求调整部20进行处理，能够更加可靠地保障期望的废气性能的实现。

另外，在以上的例子中，举出了要求空燃比从理论值向浓侧阶段性地变化的情况，但要求调整部20也可以应对要求空燃比从理论值向稀侧阶段性地变化的情况。要求空燃比的该种变化基于废气性能上的要求，在判定为发动机转速正在下降的情况下、在判定为燃烧正在恶化的情况下、或者在判定为使用的是重质燃料的情况下，运转性能比废气性能优先。在该情况下，如图6的时间图所示，当预测到要求空燃比阶段性地变稀时，利用低通滤波器等机构缓和要求空燃比的变化速度。由此，虽然在本来的要求空燃比与空燃比的实现值之间产生暂时性的背离，但实际的空气量的相对于目标空气量的延迟消失，随着空气量的增大的延迟而发生的燃料喷射量的暂时性的不足也得到抑制。结果，能够使发动机产生正如要求扭矩那样的扭矩，期望的运转性能的实现得到保障。

以上是关于本发明的实施方式的说明。但是，本发明并不限定于上述实施方式，可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变形而实施本发明。例如在上述实施方式中，作为用于进行空气量控制的促动器，使用节气门，但也可以使用升程量或作用角可变的进气门。

附图标记说明

2、控制装置；4、节气门；6、点火装置；8、燃料喷射装置；10、要求调停部；12、14、16、调停要素；20、要求调整部；22、调整判断部；24、要求扭矩调整部；26、效率调整部；28、要求空燃比调整部；30、要求实现部；32、燃烧极限保护值算出部；34、要求效率上下限保护部；36、指示效率上下限保护部；38、要求空燃比上下限保护部；40、节气门开度算出部；42、目标空气量算出部；44、要求潜在扭矩算出部；50、点火正时算出部；52、指示效率算出部；54、推测潜在扭矩算出部；60、燃料喷射量算出部；70、要求产生部；72、扭矩要求部；80、性能要求部；81、82、83、84、85、86、要求输出要素。

Claims (4)

1.一种内燃机的控制装置，该控制装置利用多种促动器控制该内燃机的动作，其特征在于，

该内燃机的控制装置包括要求扭矩确定机构、要求效率确定机构、要求空燃比确定机构、要求潜在扭矩算出机构、目标空气量算出机构、空气量控制机构、推测潜在扭矩算出机构、指示效率算出机构、点火正时控制机构、燃料喷射量控制机构和调整机构，

所述要求扭矩确定机构根据所述内燃机所要求的性能（以下称为内燃机要求性能），确定所述内燃机产生的扭矩的要求值（以下称为要求扭矩），

所述要求效率确定机构根据所述内燃机要求性能，确定所述内燃机实际输出的扭矩与能够潜在输出的扭矩的比即效率的要求值（以下称为要求效率），

所述要求空燃比确定机构根据所述内燃机要求性能，确定在所述内燃机中供燃烧的混合气体的空燃比的要求值（以下称为要求空燃比），

所述要求潜在扭矩算出机构通过将所述要求扭矩除以所述要求效率，算出要求潜在扭矩，

所述目标空气量算出机构根据使最佳点火正时的空气量与扭矩的关系关联于空燃比而决定的数据，算出用于基于所述要求空燃比实现所述要求潜在扭矩的目标空气量，

所述空气量控制机构按照所述目标空气量操作空气量控制用的促动器，

所述推测潜在扭矩算出机构算出在基于所述要求空燃比、按照所述目标空气量操作了所述空气量控制用促动器的情况下实现的潜在扭矩（以下称为推测潜在扭矩），

所述指示效率算出机构算出所述要求扭矩与所述推测潜在扭矩的比，作为指示效率，

所述点火正时控制机构按照所述指示效率操作点火正时控制用的促动器，

所述燃料喷射量控制机构按照所述要求空燃比操作燃料喷射量控制用的促动器，

所述调整机构在所述要求扭矩、要求效率和要求空燃比中的任一个的变化量大于规定的阈值的情况下，依据在当前时刻优先的内燃机要求性能的类别，对所述要求扭矩、所述要求效率和指示效率或所述要求空燃比中的任一个的值施加暂时性的调整。

2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述调整机构在所述要求空燃比的变化量大于规定的阈值的情况下，当在当前时刻优先的内燃机要求性能的类别为废气性能和燃料消耗性能时，将所述要求效率和指示效率均固定为1，并且预测随着所述要求空燃比的变化而发生的扭矩的变化，使所述要求扭矩产生预测到的扭矩的变化。

3.根据权利要求2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述调整机构在所述要求空燃比的变化量大于规定的阈值的情况下，当在当前时刻优先的内燃机要求性能的类别为运转性能和燃料消耗性能时，使所述要求空燃比的变化速度缓和。

4.根据权利要求2或3所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述调整机构在所述要求空燃比的变化量大于规定的阈值的情况下，当在当前时刻优先的内燃机要求性能的类别为运转性能和废气性能时，不修正任何要求值。

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