CN104321516A - 带增压器的内燃机的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于在带增压器的内燃机的控制装置中，能够监视要对电子控制节气门提供的目标节气门开度是否脱离妥当范围。为了该目的，在本发明的控制装置(10)中，通过监视装置(20)，以基准节气门开度为基准而确认目标节气门开度的妥当性。通过第一运算装置(12)，使用表示在增压压力、节气门开度以及吸入空气量之间成立的动态的关系的空气模型的逆模型，根据目标吸入空气量与增压压力的测量值或者推测值，计算目标节气门开度。通过第二运算装置(14)，使用在稳定状态下在吸入空气量与吸气管压力之间成立的关系式、以及在稳定状态下在节气门上游压力、吸气管压力与节气门流量之间成立的关系式，根据目标吸入空气量和大气压的测量值或者推测值，计算基准节气门开度。

Description

带增压器的内燃机的控制装置

技术领域

本发明涉及使用空气模型的逆模型来计算要对电子控制节气门提供的目标节气门开度的带增压器的内燃机的控制装置，详细而言，涉及具备监视目标节气门开度是否脱离妥当范围的功能的控制装置。

背景技术

作为计算要对电子控制节气门提供的目标节气门开度的方法，已知使用空气模型的逆模型的方法。空气模型是指，表示在节气门开度与吸入空气量之间成立的动态的关系的动态模型。如果使用空气模型的逆模型、即逆空气模型，则能够逆算达到目标吸入空气量所需的节气门开度。

使用了逆空气模型的目标节气门开度的计算方法还能够应用于带增压器的内燃机。但是，在带增压器的内燃机中，作用于节气门的上游的压力与增压器的增压状态相应地变化。节气门上游压力是在逆空气模型中在目标节气门开度的计算中所使用的重要的参数。因此，在以带增压器的内燃机为对象的逆空气模型的计算中，将通过增压压力传感器测量到的增压压力或者通过物理模型推测出的增压压力用作节气门上游压力。

根据使用逆空气模型来计算目标节气门开度的方法，即使目标吸入空气量变化的情况下，也能够精度良好地计算达到目标吸入空气量所需的节气门开度。但是，在使用了作为动态模型的逆空气模型的计算中，相对于输入值的变化，作为输出值的目标节气门开度大幅变化。因此，根据输入值的条件，存在要对电子控制节气门提供的目标节气门开度脱离预先设定的妥当范围的可能性。特别是，在带增压器的内燃机的逆空气模型的情况下，有在所输入的增压压力中产生某种问题的担心。例如，在通过增压压力传感器测量增压压力的情况下，由于增压压力传感器的问题(例如断线、传感器元件的劣化等)，有增压压力的测量值变得不正确的可能性。

要对电子控制节气门提供的目标节气门开度脱离预先设定的妥当范围，在内燃机的控制性能上是不令人满意的。因此，在内燃机的控制装置、特别是带增压器的内燃机的控制装置中，要求始终监视目标节气门开度是否脱离妥当范围。

专利文献1：日本特开2008-095596号公报

专利文献2：日本特开2010-106762号公报

专利文献3：日本特开2006-348778号公报

发明内容

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于能够在带增压器的内燃机的控制装置中监视要对电子控制节气门提供的目标节气门开度是否脱离妥当范围。

本发明的控制装置，通过监视装置，以基准节气门开度为基准，确认要对电子控制节气门提供的目标节气门开度的妥当性。第一运算装置进行目标节气门开度的计算。第一运算装置使用表示在增压压力、节气门开度以及吸入空气量之间成立的动态的关系的空气模型的逆模型，根据目标吸入空气量与增压压力的测量值或者推测值，计算目标节气门开度。第二运算装置进行基准节气门开度的计算。第二运算装置使用在稳定状态下在吸入空气量与吸气管压力之间成立的关系式、以及在稳定状态下在节气门上游压、吸气管压力与节气门流量之间成立的关系式，根据目标吸入空气量和大气压的测量值或者推测值，计算基准节气门开度。

根据本发明的控制装置，在为了确认目标节气门开度的妥当性而使用的基准节气门开度的计算中，不使用增压压力而使用大气压。增压压力高于大气压，所以根据增压压力计算出的目标节气门开度理应小于根据大气压计算出的基准节气门开度。因此，通过以基准节气门开度为基准而评价目标节气门开度的大小，能够确认由第一运算装置计算出的目标节气门开度的妥当性。另外，由于使用大气压，即使在增压压力的测量值、推测值产生有偏差的情况下，也能够正确地计算基准节气门开度。进而，根据本发明的控制装置，不使用空气模型的逆模型那样的动态模型，而使用稳定地联立的2个关系式来计算基准节气门开度。由此，相比于使用动态模型的情况，能够降低运算负荷。

另外，本发明的控制装置更优选在第二运算装置中具有由逆一阶滞后模型构成的修正器。第二运算装置使用逆一阶滞后模型来修正计算出的基准节气门开度，并输出该修正后的基准节气门开度。通过利用逆一阶滞后模型进行的修正，基准节气门开度的波形成为更接近使用动态模型计算出的目标节气门开度的波形的形状。由此，通过以修正后的基准节气门开度为基准来确认要对电子控制节气门提供的目标节气门开度的妥当性，能够防止误判定而进一步提高监视的精度。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式的控制装置的结构的功能框图。

图2是示出图1所示的控制装置的第一运算装置使用的逆空气模型的详情的功能框图。

图3是用于说明图1所示的控制装置的基于第二运算装置的基准节气门开度的计算方法的图。

(符号说明)

2：电子控制节气门；4：增压压力传感器；6：大气压传感器；10：控制装置；12：第一运算装置；14：第二运算装置；16：基本运算装置；18：修正器；20：监视装置；M1：逆吸气阀模型；M2：逆吸气管模型；M3：逆节气门模型；M4：节气门模型；M5：吸气管模型；M6：吸气阀模型。

具体实施方式

参照附图，说明本发明的实施方式。

作为本实施方式的控制装置的应用对象的内燃机是如下的4循环往复式引擎：具备涡轮增压器、机械式增压器等增压器，并且能够通过基于电子控制节气门(以下简单地省略为节气门)的空气量的调整来控制转矩。本实施方式的控制装置被实现为设置在内燃机中的ECU的一个功能。详细而言，通过由CPU执行存储在存储器中的程序，ECU作为控制装置发挥功能。在ECU作为控制装置发挥功能的情况下，ECU依照被程序化了的节气门控制逻辑来控制节气门的动作。

图1是示出通过ECU依照节气门控制逻辑发挥功能而实现的控制装置的结构的功能块。如该图所示，本实施方式的控制装置10取得增压压力传感器4和大气压传感器6的各输出值，对节气门2提供目标节气门开度(TAt)。增压压力传感器4在吸气通路中安装于压缩机的下游且节气门的上游。大气压传感器6安装于吸气通路的入口。能够根据增压压力传感器4的输出值而测量作用于节气门2的上游的增压压力(Pic)，能够根据大气压传感器6的输出值而测量作用于吸气通路的入口的大气压(Pa)。

本实施方式的控制装置10包括第一运算装置12、第二运算装置14以及监视装置20。这些装置12、14、20是通过在控制装置10的CPU中执行节气门控制逻辑而在软件上实现的装置。当然，这些装置12、14、20也可以分别由专用的硬件构成。

第一运算装置12根据目标吸入空气量(KLt)和其他引擎信息而计算要对节气门2提供的目标节气门开度(TAt)。其他引擎信息包括引擎转速(NE)、吸气阀阀定时(In-VVT)、排气阀阀定时(Ex-VVT)、废气阀开度(WGV)(waste gate valve opening degree)以及由增压压力传感器4测量出的增压压力(Pic)。第一运算装置12在目标节气门开度(TAt)的计算中使用逆空气模型。关于使用了逆空气模型的目标节气门开度(TAt)的计算方法的详情，后述。

第二运算装置14根据目标吸入空气量(KLt)和其他引擎信息而计算基准节气门开度(TAr)。在后述监视装置20中，为了确认目标节气门开度(TAt)的妥当性而使用基准节气门开度(TAr)。基准节气门开度(TAr)的计算中使用的引擎信息与第一运算装置12中使用的引擎信息通用。但是，在第二运算装置14中，代替由增压压力传感器4测量出的增压压力(Pic)，而将由大气压传感器6测量出的大气压(Pa)用作引擎信息。

更详细而言，第二运算装置14包括基本运算装置16和修正器18。基本运算装置16是计算基准节气门开度(TAr)的基本值(TAr0)的要素，修正器18是对基本运算装置16计算出的基本值(TAr0)进行修正的要素。第二运算装置14将由修正器18修正了的基本值(TAr0)输出为基准节气门开度(TAr)。另外，基本运算装置16使用稳定地联立的2个关系式来说明基准节气门开度的基本值(TAr0)。修正器18在基本值(TAr0)的修正中使用逆一阶滞后模型。关于基于第二运算装置14的基准节气门开度(TAr)的计算方法的详情，后述。

监视装置20以利用第二运算装置14计算出的基准节气门开度(TAr)为基准，确认利用第一运算装置12计算出的目标节气门开度(TAt)的妥当性。具体而言，监视装置20将比基准节气门开度(TAr)小规定值的值设定为妥当范围的下限值，将比基准节气门开度(TAr)大规定值的值设定为妥当范围的上限值。如果目标节气门开度(TAt)收敛于由该下限值和上限值决定的妥当范围内，则监视装置20判断为目标节气门开度(TAt)的值妥当。相反地，如果目标节气门开度(TAt)脱离妥当范围，则监视装置20判断为目标节气门开度(TAt)不妥当，将规定的标志(FLG)的值从0切换为1(也就是使标志成为ON)。在该标志成为ON的情况下，ECU将与该标志对应的代码记录到存储器中。能够在车辆的检查时，通过诊断器读出所记录的代码。

接下来，使用图2，说明第一运算装置12中使用的逆空气模型的详情。逆空气模型是表示在节气门开度与吸入空气量之间成立的动态的关系的空气模型的逆模型。本实施方式的控制装置10以带增压器的内燃机为控制对象，所以作为逆空气模型的1个输入值，除了使用目标吸入空气量(KLt)以外，还使用增压压力(Pic)。

如图2所示，本实施方式的逆空气模型是组合多个要素模型M1、M2、M3、M4、M5、M6而构成的。详细而言，由逆吸气阀模型M1、逆吸气管模型M2、逆节气门模型M3、节气门模型M4、吸气管模型M5以及吸气阀模型M6构成逆空气模型。以下，说明各要素模型的内容。

逆吸气阀模型M1是基于关于吸入空气量和吸气管压力的关系而调查得到的实验结果的模型。在逆吸气阀模型M1中，吸入空气量与吸气管压力的关系是通过下述式1来近似的。在式1中，a、b分别是根据引擎转速(NE)、吸气阀阀定时(In-VVT)、排气阀阀定时(Ex-VVT)以及废气阀开度(WGV)而决定的系数。在ECU中存储有将这些引擎信息与各系数a、b的值关联起来的映射图。通过将目标吸入空气量(KLt)输入到逆吸气阀模型M1，计算用于达到目标吸入空气量(KLt)的目标吸气管压力(Pmt)。

[式1]

Pmt＝(KLt+b)/a…式1

逆吸气管模型M2是根据与吸气管内的空气有关的守恒定律、具体而言为能量守恒定律和流量守恒定律而构筑的物理模型。在逆吸气管模型M2中，输入通过下述式2计算出的压力偏差(ΔPm)、以及通过后述吸气阀模型M6计算出的推测吸气阀流量(mce)。在式2中，Pme是通过后述吸气管模型M5计算出的推测吸气管压力。逆吸气管模型M2根据这些输入信息，通过下述式3计算用于达到目标吸气管压力(Pmt)的目标节气门流量(mtt)。另外，在式3中，Tic是节气门上游温度、Vm是吸气管容积、Δt是计算时间间隔、κ是比热比、R是气体常数、Tm是吸气管温度。

[式2]

ΔPm＝Pmt-Pme…式2

[式3]

$\mathrm{mtt}=\frac{1}{\mathrm{Ta}}*(\mathrm{\ΔPm}*\frac{\mathrm{Vm}}{\mathrm{\Δt}*\mathrm{\κ}*R}+\mathrm{mce}*\mathrm{Tm})$ …式3

逆节气门模型M3是表示节气门流量和节气门开度的关系的物理模型。在带增压器的内燃机的情况下，即使节气门开度相同，如果增压压力变化，则节气门流量也会发生变化。因此，在逆节气门模型M3中，作为1个参数而使用通过增压压力传感器4测量出的增压压力(Pic)。关于逆节气门模型M3，具体而言，通过作为节气门(throttle)的式子的下述式4来表示。式4中的函数B^-1以及函数Φ分别是公知的，所以此处省略其说明。通过将目标节气门流量(mtt)以及增压压力(Pic)输入到逆节气门模型M3，计算用于达到目标节气门流量(mtt)的目标节气门开度(TAt)。

[式4]

$\mathrm{TAt}=B^{-1}(\mathrm{mtt}/\frac{\mathrm{Pic}}{\sqrt{R*\mathrm{Tic}}}*\mathrm{\Φ}(\mathrm{Pm}/\mathrm{Pic}))$ …式4

节气门模型M4、吸气管模型M5以及吸气阀模型M6是为了计算在上述计算过程中使用的推测吸入空气量(Pme)以及推测吸气阀流量(mce)而设置的。节气门模型M4是与上述逆节气门模型M3对应的正模型。在使用了节气门模型M4的计算中，与逆节气门模型M3的情况同样地，将通过增压压力传感器4测量出的增压压力(Pic)代入到节气门模型M4的参数。通过向该节气门模型M4输入目标节气门开度(TAt)，计算当前的推测节气门流量(mte)。另外，吸气管模型M5是与上述逆吸气管模型M2对应的正模型，通过输入推测节气门流量(mte)计算而推测吸气管压力(Pme)。吸气阀模型M6是与上述逆吸气阀模型M1对应的正模型，通过推测吸气管压力(Pme)的输入而计算推测吸气阀流量(mce)。另外，吸气阀流量与吸入空气量成比例。如上所述，将推测吸气管压力(Pme)用于压力偏差(ΔPm)的计算中，将推测吸气阀流量(mce)与压力偏差(ΔPm)一起输入到逆吸气管模型M2。

接下来，说明基于第二运算装置14的基准节气门开度(TAr)的计算方法。首先，从基于基本运算装置16的基准节气门开度的基本值(TAr0)的计算方法开始说明。基本运算装置16使用2个关系式来计算基准节气门开度的基本值(TAr0)。第一关系式是在稳定状态下在吸入空气量与吸气管压力之间成立的关系式，使用与逆吸气阀模型M1中使用的式1相同的式子。第二关系式是在稳定状态下在节气门上游压力、吸气管压力与节气门流量之间成立的关系式，与逆节气门模型M3同样地使用节气门的式子。在逆节气门模型M3中使用的式4中，作为节气门上游压力而代入了增压压力(Pic)，但在基本运算装置16使用的第二关系式中，作为节气门上游压力而代入通过大气压传感器6测量出的大气压(Pa)。

基本运算装置16通过求解由第一关系式和第二关系式构成的联立方程式，计算基准节气门开度的基本值(TAr0)。图3所示的曲线图的横轴是吸气管压力(Pm)，纵轴是吸入空气量(KL)。在曲线图中，描绘有直线A和曲线B。直线A表示第一关系式，曲线B表示第二关系式。直线A的斜率以及截距相当于式1的系数a、b，它们由引擎转速(NE)、吸气阀阀定时(In-VVT)、排气阀阀定时(Ex-VVT)以及废气阀开度(WGV)决定。通过在表示该直线A的第一关系式中代入目标吸入空气量(KLt)，计算与目标吸入空气量(KLt)对应的基准吸气管压力(Pmr)。然后，通过将目标吸入空气量(KLt)和基准吸气管压力(Pmr)与大气压(Pa)一起代入到表示曲线B的第二关系式，计算基准节气门开度的基本值(TAr0)。

另外，根据目标吸入空气量(KLt)的大小，依据第一关系式计算出的基准吸气管压力(Pmr)有时超过大气压(Pa)。在该情况下，根据第二关系式，无法得到有效的节气门开度。因此，在基准吸气管压力(Pmr)超过大气压(Pa)的情况下，基本运算装置16计算全开值而作为基准节气门开度的基本值(TAr0)。

通过修正器18使用逆一阶滞后模型(first-order lag model)、即一阶超前模型(first-order advance model)，修正这样计算出的基准节气门开度的基本值(TAr0)。利用逆一阶滞后模型的修正是用于即使是基准节气门开度(TAr)也实现目标吸入空气量(KLt)骤变时的目标节气门开度(TAt)的过冲的运动或者下冲的运动的处理。

例如，如图1所示，在目标吸入空气量(KLt)阶段响应地增大的情况下，由第一运算装置12计算出的目标节气门开度(TAt)在临时过冲地增大之后，成为与增大后的目标吸入空气量(KLt)相应的大小。这是为了针对节气门2的运动，使存在响应延迟的吸入空气量尽可能快地增大。另一方面，由基本运算装置16计算出的基准节气门开度的基本值(TAr0)与目标吸入空气量(KLt)同样地阶段响应地增大。但是，通过逆一阶滞后模型处理(processing)该基本值(TAr0)，能够得到与目标吸入空气量(KLt)同样地过冲地变化的基准节气门开度(TAr)。另外，逆一阶滞后模型中存在时间常数，关于该时间常数，以使基准节气阀开度(TAr)的波形与目标吸入空气量(KLt)的波形近似的方式，适当地设定。

以上是关于本实施方式的控制装置10的结构的说明。从该说明已知，本实施方式的控制装置10在为了确认目标节气门开度(TAt)的妥当性而使用的基准节气门开度(TAr)的计算中，作为节气门上游压力，不使用增压压力(Pic)而使用大气压(Pa)。只要增压压力传感器4正常，大气压(Pa)低于增压压力(Pm)，所以将根据大气压(Pa)计算出的基准节气门开度(TAr)设定为比根据增压压力(Pic)计算出的目标节气门开度(TAt)大的值。因此，通过将基准节气门开度(TAr)作为判断的基准，能够正确地判断目标节气门开度(TAt)是否过大、其妥当性。

另外，在基准节气门开度(TAr)的计算中使用大气压(Pa)时，具有即使增压压力传感器4中产生问题的情况下，也能够正确地计算基准节气门开度(TAr)这样的优点。通过正确地计算基准节气门开度(TAr)，避免了错误判断目标节气门开度(TAt)的妥当性的情形。

进而，本实施方式的控制装置10在基准节气门开度(TAr)的计算中，不使用逆空气模型那样的动态模型，而使用稳定地联立的2个关系式。关于这一点，相比于使用动态模型的情况，具有能够降低ECU的运算负荷这样的优点。

另外，本发明不限于上述实施方式，能够在不脱离本发明的要旨的范围内实施各种变形来实施。例如，也可以不通过大气压传感器测量大气压，而根据其他信息来推测大气压。关于增压压力也是同样的，也可以不通过增压压力传感器测量增压压力，而根据其他信息推测增压压力。能够在这些推测中使用物理模型。

Claims (2)

1.一种带增压器的内燃机的控制装置，该内燃机具有电子控制节气门，其特征在于，具备：

第一运算装置，使用空气模型的逆模型，根据目标吸入空气量和增压压力的测量值或者推测值，计算要对所述电子控制节气门提供的目标节气门开度，所述空气模型表示在增压压力、节气门开度和吸入空气量之间成立的动态的关系；

第二运算装置，使用在稳定状态下在吸入空气量与吸气管压力之间成立的关系式、以及在稳定状态下在节气门上游压力、吸气管压力和节气门流量之间成立的关系式，根据所述目标吸入空气量和大气压的测量值或者推测值，计算基准节气门开度；以及

监视装置，以由所述第二运算装置计算出的基准节气门开度为基准，确认由所述第一运算装置计算出的目标节气门开度的妥当性。

2.根据权利要求1所述的带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述第二运算装置具有使用逆一阶滞后模型来修正所计算出的基准节气门开度的修正器，并且输出由该修正器修正后的基准节气门开度。