CN103975153B - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题为一种内燃机的控制装置，其通过由节气门而实施的空气量的控制来对内燃机所产生的转矩进行控制，并使过渡运转时的要求转矩的实现精度提高。因此，本控制装置对用于实现目标空气量的目标进气管压力进行计算，且根据目标进气管压力来对预测泵损失进行计算。而且，通过在对于内燃机的要求转矩上加上预测泵损失，从而对在压缩、膨胀行程中应当实现的360°图示要求转矩进行计算。而且，将用于实现360°图示要求转矩的空气量作为目标空气量而进行计算，且根据目标空气量来决定节气门的开度。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及一种通过由节气门来实施的空气量的控制，从而对内燃机所产生的转矩进行控制的内燃机的控制装置。
背景技术
在一直以来所提出的汽车用内燃机中，详细而言，在汽油发动机的转矩要求控制中，根据由驾驶员实施的加速操作量来决定对于内燃机的要求转矩。而且，将用于实现要求转矩的空气量决定为目标空气量，且依据目标空气量来决定节气门开度。
但是，通过节气门而被控制的空气量，对于通过燃料在从压缩行程至膨胀行程中进行燃烧从而产生的转矩的大小具有影响。但是，内燃机所产生的转矩准确来讲并不仅由燃料的燃烧所产生的转矩来决定。从燃料的燃烧所产生的转矩中减去泵损失而得到的值成为内燃机所产生的转矩、即内燃机的图示转矩。由此，为了准确地对要求转矩的实现所需的的目标空气量进行计算，希望将从排气行程至进气行程中所产生的泵损失纳入到考虑范围内。
关于在转矩需求控制中于目标空气量的计算中使用泵损失的技术，例如在日本特开2006-291803号公报中进行了公开。根据该公报中所公开的技术，基于大气压与进气管之间的压力差、和发动机转速，从而计算出泵损失。而且，通过在要求转矩上加上泵损失从而计算出要求图示转矩，且根据要求图示转矩而计算出目标空气量。
但是，在上述公报所公开的技术中存在问题。上述公报中所公开的技术为，根据由进气管压力传感器获得的进气管压力的实测值来对泵损失的实际值进行计算，且将其用于目标空气量的计算中。由于进气管压力会根据节气门的动作而发生变化，因此在节气门进行着动作的过渡运转时会因进气管压力的变化而使泵损失也发生变化。即，由于节气门进行工作，从而在目标空气量的计算中所使用的泵损失的值会发生变化。因此，在上述公报中所公开的技术中存在如下可能性，即，在过渡运转时节气门的动作产生调速不匀的情况，从而无法迅速地控制为能够实现要求转矩的空气量。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-291803号公报
专利文献2：日本特开2011-094595号公报
专利文献3：日本特开2007-127035号公报
专利文献4：日本特开2011-149405号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明为鉴于上述的问题而被完成的发明，其课题在于，在通过由节气门实施的空气量的控制来对内燃机所产生的转矩进行控制的内燃机的控制装置中，使过渡运转时的要求转矩的实现精度提高。而且，为了实现这样的课题，本发明提供一种被构成为以如下的方式进行动作的内燃机的控制装置。
本发明所提供的控制装置利用例如将空气量与进气管压力之间所成立的关系模型化而得到的结果，从而对用于实现目标空气量的目标进气管压力进行计算。而且，根据目标进气管压力来对预测泵损失、即在实现了目标进气管压力的情况下所预测出的进气管压力进行计算。本控制装置通过在对于内燃机的要求转矩上加上预测泵损失，从而对360°图示要求转矩进行计算。360°图示要求转矩是指，通过燃料的燃烧而在压缩以及膨胀行程中应当实现的转矩。本控制装置将用于实现360°图示要求转矩的空气量作为目标空气量而进行计算，并根据目标空气量来决定节气门的开度。
如上所述，本控制装置将根据用于实现目标空气量的目标进气管压力而计算出的预测泵损失用于目标空气量的计算中，而不使用根据实际的进气管压力而计算出的泵损失。在这样的情况下，如果目标空气量变化，则因目标进气管压力的变化而用于目标空气量的计算中的预测泵损失的值也会发生变化。但是，这些处理全部在控制装置内的运算中被实施而不会受到节气门的动作的影响。此外，该运算的速度与相对于节气门的动作的空气的响应速度相比足够快。由此，根据本控制装置，即使在过渡运转时节气门的动作也不会产生调速不匀，且能够快速地控制为能够实现要求转矩的空气量。
也可以采用如下方式，即，成为控制对象的内燃机可以具有与节气门协同动作而使空气量变化的一个或多个作动器。在这样的作动器包括：可变气门正时机构、EGR装置、附带废气旁通阀的涡轮增压器等。在这样的情况下，本发明所提供的控制装置能够具备如下功能，即，根据目标空气量而对这些作动器的目标作动器值进行计算，且根据目标作动器值而对目标进气管压力进行补正。作为目标进气管压力的补正的方法可以采用如下方法，例如，利用将在进气管压力、空气量以及各个作动器值之间成立的关系模型化而得到的结果，并根据目标空气量和目标作动器值来对目标进气管压力进行计算。
此外，在本发明所提供的控制装置中，还可以与由节气门等实施的空气量的控制协同动作而进行点火正时的控制。在该点火正时控制中，本控制装置例如根据能够通过进气管压力传感器而计测出的实际进气管压力来对实际泵损失进行计算。而且，通过在要求转矩上加上实际泵损失从而对第二360°图示要求转矩进行计算，并且根据节气门的实际开度来对最佳点火正时的条件下所实现的推断转矩进行计算。本控制装置将相对于推断转矩的第二360°图示要求转矩之比作为目标效率，并根据目标效率而对点火正时进行控制。
如上所述，本控制装置将在点火正时控制中根据实际的进气管压力而计算出的实际泵损失使用于计算中，而不使用根据目标进气管压力而计算出的泵损失。由于点火正时不会对进气管压力造成影响，因此，即使使用了实际泵损失也不会产生如空气量控制时的这种调速不匀的情况。另一方面，由于通过点火正时而实施的转矩控制与通过空气量而实施的转矩控制相比在转矩的响应性方面非常优异，因此对于使用实际泵损失的情况较有意义。即，通过将实际泵损失使用于点火正时控制中，从而能够对点火正时进行准确的控制以便在当前时间点的泵损失的条件下使内燃机所产生的转矩成为要求转矩。
附图说明
图1为表示本发明的实施方式的控制装置的结构的框图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
在本发明的实施方式中被设为控制对象的内燃机(以下，称为发动机)为，火花点火式的四循环往复式发动机。控制装置通过对发动机中所具备的作动器进行操作，从而对发动机的运行进行控制。本实施方式的控制装置能够操作的作动器中包括：节气门、点火装置、可变气门正时机构、EGR装置、以及涡轮增压器的废气旁通阀。本控制装置对这些作动器进行操作而对发动机的运行进行控制。
图1的框图图示了本实施方式的控制装置的结构。在图1中构成控制装置100的各个要素为，特别通过图而对控制装置100所具有的各种功能的要素中的、与用于转矩控制的空气量控制和点火正时控制相关的要素进行图示的要素。因此，图1并不是指控制装置100仅由这些要素构成的含义。另外，控制装置100为汽车用的计算机，且各个要素在通过CPU来执行被储存于存储器中的专用软件时而被虚拟地实现。
以下，以图1所示的各个要素的功能为中心对控制装置100的结构进行说明。
控制装置100作为与要求转矩的运算相关的要素而具备运算单元10、12、14以及调节单元16。运算单元10将摩擦量的转矩、空调器的驱动用转矩、交流发电机的驱动用转矩加在PTM要求转矩上，并输出这些值的总计值。PTM要求转矩为，由对车辆的驱动系统的整体进行综合控制的传力系管理器发出的要求转矩。PTM要求转矩根据由驾驶员实施的加速踏板的操作量、或来自VSC或ECT等车辆的控制设备的信号而被决定。另外，由运算单元10计算出的转矩的值为，一个循环、即每曲轴转角720°的图示转矩的要求值。
运算单元12将相当于摩擦量的转矩、空调器的驱动用转矩、交流发电机的驱动用转矩、以及由自动变速机消耗的转矩相加，并输出这些值的总计值。由运算单元12计算出的运算值为表示用于维持怠速转速所需的转矩的值。在运算单元14中，对由运算单元12输出的运算值实施根据环境条件等而进行的各种补正。通过运算单元12、14而运算出的转矩的值与由运算单元10运算出的运算值同样地，为每曲轴转角720°的图示转矩的要求值。
由运算单元10进行的运算和由运算单元12、14进行的运算都是始终进行的。控制装置100将由这些运算单元运算出的两个运算值输入至调节单元16。调节单元16对发动机是否处于怠速状态进行判断，并根据该判断结果来选择两个运算值中的某一方。在控制装置100中，由调节单元16选择的运算值作为对于发动机的要求转矩而被使用。由于从调节单元16被输出的要求转矩为每曲轴转角720°的图示转矩的要求值，因此，以下将其称为720°图示要求转矩。
控制装置100将从调节单元16被输出的720°图示要求转矩输入至运算单元18。在运算单元18中，在720°图示要求转矩上加上预测泵损失。预测泵损失为，从进气行程至排气行程中所产生的泵损失的预测值。通过在作为一个循环量的要求转矩的720°图示要求转矩上加上预测泵损失，从而可计算出因燃料的燃烧而从压缩行程至膨胀行程中所产生的图示转矩的要求值。以下，将其称为360°图示要求转矩。此外，由于由运算单元18计算出的360°图示要求转矩被用于空气量的控制，因此为了与用于后述的点火正时的控制进行区分，亦称为空气量控制用360°图示要求转矩。
控制装置100通过运算单元30来对预测泵损失进行计算。运算单元30根据由曲轴转角传感器的信号计算出的发动机的实际转速(实际NE)和目标进气管压力(目标PM)来计算预测泵损失、即计算在实现了目标进气管压力时所预测出的进气管压力。在预测泵损失的计算中，使用，将包括发动机转速在内的一个或多个参数作为关键而关连了进气管压力和泵损失的映射图。
控制装置100通过运算单元32来对目标进气管压力进行计算。目标进气管压力为实现目标空气量所需的进气管压力，且该值根据气门正时、EGR率以及增压而发生变化。运算单元32根据目标空气量、目标气门正时、目标EGR率以及目标增压来对目标进气管压力进行计算。在目标进气管压力的计算中使用逆进气阀模型。在逆进气阀模型中，由一次函数表示空气量与进气管压力之间的关系，且该一次函数中所包含的各个系数由以气门正时、EGR率以及增压为轴的映射图来决定。
由运算单元18计算出的360°图示要求转矩被输入至运算单元20。在运算单元20中，360°图示要求转矩通过除以要求效率而提高。要求效率为点火正时控制用的参数且被设定为小于等于1的值。通过将要求效率设为1，从而使点火正时被控制在最佳点火正时，并通过将要求效率设为小于1的值从而使点火正时与最佳点火正时相比而被滞后。
运算单元20中被用于计算的要求效率由调节单元26发送。调节单元26输入有用于催化剂预热的要求效率和用于抑制催化剂的劣化的要求效率。各个要求效率的值被设定为不同的值。调节单元26中在仅被输入了其中一个要求效率的情况下，将该被输入的要求效率的值向运算单元20输出。在双方都被输入的情况下，调节单元26根据被预先设定的规则来选择某一方，并将所选择的要求效率的值向运算单元20输出。而且，在哪一方都未被输入的情况下，调节单元26将成为最大值的1作为要求效率的值而向运算单元20输出。
由运算单元20处理后的360°图示要求转矩被输入至运算单元22。运算单元22利用空气量映射图而将360°图示要求转矩转换为目标空气量。此处所说的空气量是指，被吸入至缸内的空气量(亦能够代替其而使用将其无因次化的填充效率或者负载率)。空气量映射图为，以点火正时为最佳点火正时(MBT和轻微爆震点火正时中的、更靠滞后侧的点火正时)的情况为前提，将转矩和空气量以包含发动机转速以及空燃比在内的各种发动机状态量为关键字而关联起来的映射图。
由运算单元22计算出的目标空气量被输入至运算单元24。运算单元24利用空气模型的逆模型而将目标空气量转换为节气门开度。由于空气模型为将相对于节气门2的动作的空气量的响应特性模型化而得的物理模型，因此能够通过利用该逆模型从而对实现目标空气量所需的节气门开度进行逆运算。控制装置100根据由运算单元24计算出的节气门开度(TA)来实施节气门2的操作。
此外，与目标空气量被输入至运算单元24并行地，目标空气量也被输入至运算单元34、36、38。运算单元34利用通过试验而被适合化的映射图，并根据目标空气量来对目标增压进行计算。目标增压为废气旁通阀的目标作动器值。运算单元36利用通过试验而得到的适当的映射图，并根据目标空气量来对目标EGR率进行计算。目标EGR率为EGR装置的目标作动器值。而且，运算单元36使用通过试验而得到适当的映射图，并根据目标空气量来对目标气门正时进行计算。目标气门正时为可变气门正时机构的目标作动器值。控制装置100根据由这些运算单元34、36、38计算出的目标作动器值来实施各个作动器的操作，并向所述的运算单元32输入目标作动器值。
与用于上述的空气量控制的处理并行地，控制装置100执行下文中进行说明的用于点火正时控制的处理。
在用于点火正时控制的处理中，实际泵损失由运算单元40计算出。运算单元40根据发动机的实际转速(实际NE)和实际进气管压力(实际PM)来对实际泵损失、即当前时间点处所产生的泵损失进行计算，其中，所述发动机的实际转速根据曲轴转角传感器的信号而被计算出，所述实际进气管压力根据进气管压力传感器的信号而被计算出。在实际泵损失的计算中，使用与预测泵损失的计算中所使用的映射图相同的映射图。
控制装置100将由运算单元40计算出的实际泵损失输入至运算单元42。在运算单元42中，720°图示要求转矩和实际泵损失进行相加。被输入至运算单元42的720°图示要求转矩与被输入至运算单元18的值为相同的值。通过在720°图示要求转矩上加上实际泵损失，从而计算出通过燃料的燃烧而在从压缩行程至膨胀行程中所产生的图示转矩的要求值。以下，将由运算单元42计算出的第二360°图示要求转矩称为点火正时控制用360°图示要求转矩。点火正时控制用360°图示要求转矩在稳定运转时与所述的空气量控制用360°图示要求转矩一致。但是，在过渡运转时，以实际进气管压力相对于目标进气管压力的响应延迟的量，而在两个360°图示要求转矩之间产生差别。
控制装置100将由运算单元42计算出的点火正时控制用360°图示要求转矩输入至运算单元46。在运算单元46中，对点火正时控制用360°图示要求转矩与推断转矩的比进行计算。推断转矩为，在当前的节气门开度的条件下将点火正时控制在最佳点火正时时所实现的转矩。由运算单元46计算出的转矩比，被作为用于决定点火正时的目标效率而使用。
运算单元46中被用于计算的推断转矩从运算单元44被发送。运算单元44利用前文所述的空气模型的正模型，而将通过节气门开度传感器而被计测出的实际节气门开度转换为推断空气量。接下来，利用转矩映射图来将推断空气量转换为推断转矩。转矩映射图为所述的空气量映射图的逆映射图，且以点火正时处于最佳点火正时作为前提，使空气量和转矩以各种发动机状态量为关键词而关联起来的映射图。
由运算单元46计算出的目标效率被输入至运算单元48。运算单元48根据所输入的目标效率来对点火正时进行计算。详细而言，根据发动机转速、空气量、空燃比等发动机状态量来对最佳点火正时进行计算，并且根据所输入的目标效率来对相对于最佳点火正时的滞后量进行计算。若目标效率为1则滞后量被设为零，且目标效率与1相比越小则滞后量被设定得越大。而且，将滞后量补足为最佳点火正时的值被作为最终的点火正时而计算出。在最佳点火正时的计算中，例如能够使用将最佳点火正时与各种的发动机状态量关联起来的映射图。在滞后量的计算中，例如能够使用将滞后量与效率以及各种发动机状态量关联起来的映射图。控制装置100根据由运算单元48而计算出的点火正时(SA)来实施点火装置4的操作。
以上为对于本实施方式的控制装置100的结构的说明。根据本实施方式，控制装置100将根据目标进气管压力而计算出的预测泵损失使用于目标空气量的计算中，而不使用根据实际进气管压力而计算出的泵损失。由于目标进气管压力是根据目标空气量而计算出的，因此如果目标空气量发生变化，则由于目标进气管压力的变化从而在目标空气量的计算中所使用的预测泵损失的值也将发生变化。但是，这些处理全部由控制装置100内的运算而实施，从而不会受到节气门2的动作的影响。此外，由于该运算在一个控制周期(例如8msec)内实施，因此与对于节气门2的动作的空气的响应速度相比足够快。由此，根据控制装置100，即使在过渡运转时节气门2的动作也不会产生调速不匀的情况，从而能够迅速地控制成能够实现要求转矩(720°图示要求转矩)的空气量。
而且，根据本实施方式，控制装置100在点火正时控制中使用根据实际进气管压力而计算出的实际泵损失，而不使用根据目标进气管压力而计算出的泵损失。由于点火正时不会对进气管压力造成影响，因此即使使用实际泵损失也不会引起如空气量控制时的这种调速不匀。另一方面，由于通过点火正时而实施的转矩控制与通过空气量而实施的转矩控制相比而在转矩的响应性方面非常优异，因此通过将实际泵损失使用于点火正时控制中，从而能够准确地对点火正时进行控制，以便在当前时间点的泵损失的条件下使发动机所产生的转矩成为要求转矩(720°图示要求转矩)。
另外，本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内可以进行各种改变而实施。
符号说明
2 节气门
4 点火装置
18 空气量控制用360°图示要求转矩的计算用的运算单元
22 目标空气量的计算用的运算单元
24 节气门开度的计算用的运算单元
30 预测泵损失的计算用的运算单元
32 目标进气管压力的计算用的运算单元
40 实际泵损失的计算用的运算单元
42 点火正时控制用360°图示要求转矩的计算用的运算单元
48 点火正时的计算用的运算单元
100 控制装置

Claims (2)

1.一种内燃机的控制装置，其通过由节气门实施的空气量的控制来对内燃机所产生的转矩进行控制，所述内燃机的控制装置的特征在于，具备：
对用于实现目标空气量的目标进气管压力进行计算的单元；
根据所述目标进气管压力来对预测泵损失进行计算的单元；
通过在对于所述内燃机的要求转矩上加上所述预测泵损失，从而对360°图示要求转矩进行计算的单元，其中，所述360°图示要求转矩为，在压缩以及膨胀行程中应当实现的转矩；
将用于实现所述360°图示要求转矩的空气量作为所述目标空气量而进行计算的单元；
根据所述目标空气量来决定所述节气门的开度的单元；
根据实际进气管压力而对实际泵损失进行计算的单元；
通过在所述要求转矩上加上所述实际泵损失从而对第二360°图示要求转矩进行计算的单元；
根据所述节气门的实际开度而对在最佳点火正时的条件下所实现的推断转矩进行计算的单元；
将所述第二360°图示要求转矩相对于所述推断转矩的比作为目标效率而决定点火正时的单元。
2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述内燃机具有与所述节气门协同动作而使空气量变化的一个或多个作动器，
所述控制装置还具备：
根据所述目标空气量而对所述一个或多个作动器的目标作动器值进行计算的单元；
根据所述目标作动器值而对所述目标进气管压力进行补正的单元。
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