CN104334859A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，在基于对于内燃机的要求转矩来协调操作设置在进气通路的上游和下游的两种促动器的转矩要求控制型的控制装置中，例如，可以实现在电子控制式自动变速器的升档时要求的向转矩降低方向的脉冲状的转矩变化。为了这一目的，根据与本发明相关的内燃机的控制装置，在要求转矩中包含向转矩降低方向的脉冲成分的情况下，生成不包含脉冲成分的第二要求转矩。在这种情况下，设置在进气通路的下游侧的第一促动器，基于要求转矩而被操作。另一方面，设置在进气通路的上游侧的第二促动器，在没有第二要求转矩的有效值的情况下，基于要求转矩而被操作，而在有第二要求转矩的有效值的情况下，基于第二要求转矩而被操作。

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，特别是，涉及基于对内燃机的要求转矩来协调操作设置在进气通路中的两种促动器的转矩要求控制型的控制装置。
背景技术
作为内燃机的控制装置，例如，已知有下述专利文献1－4公开的转矩要求控制型的控制装置。在转矩要求控制型的控制装置中，基于要求转矩来操作促动器。如果作为控制对象的内燃机是具有带废气旁通阀的涡轮增压器的发动机，则可以通过废气旁通阀和节气门的协调动作进行转矩控制。在这种情况下，借助废气旁通阀的操作来控制节气门的上游的压力，并且，借助节气门的操作来控制吸入空气量。
不过，在对内燃机的要求转矩中，除了根据加速踏板的开度计算的驾驶员要求转矩之外，还包括来自于牵引力控制系统、车辆稳定控制系统或者电子控制式自动变速器等各种车载系统的要求转矩。这些车载系统要求的系统要求转矩，在大多数情况下，与驾驶员要求转矩相比较是变化快的转矩。例如，在由电子控制式自动变速器进行升档的情况下，由电子控制式自动变速器对内燃机要求向转矩降低方向呈脉冲状地变化的转矩。
图4表示，在协调操作废气旁通阀和节气门的过去的控制装置中，在与电子控制式自动变速器的变速控制的期间相一致地要求向转矩降低的方向呈脉冲状地变化的转矩的情况下的控制结果。根据该过去的控制装置，在要求转矩变化了的情况下，与之相应地，与废气旁通阀的控制相关的目标增压变更，并且，与节气门的控制相关的目标节气门开度也变更。因此，在要求转矩向转矩降低方向呈脉冲状地变化的情况下，目标增压和目标节气门开度也分别向减小方向呈脉冲状变化。
实际的增压相对于这时的废气旁通阀的打开操作的响应性高，追随目标增压的降低，实际的增压也迅速地降低。另外，实际的吸入空气量相对于节气门的关闭操作的响应性也高，追随目标节气门开度的降低，实际的吸入空气量迅速地降低。即，根据过去的控制装置，在时刻t1，要求转矩呈阶梯状降低了的情况下，由于可以追随该阶梯状的变化而使吸入空气量迅速地降低，所以，在实际的转矩中，可以达到被要求的阶梯状的转矩降低。
但是，在涡轮增压器的特性上，实际的增压相对于废气旁通阀的关闭操作的响应性不高，相对于目标增压的上升，实际的增压的上升产生滞后。如果作用到节气门的上游的增压不上升，则即使打开了节气门，吸入空气量也不会轻易增加。因此，相对于目标节气门开度的增大，实际的吸入空气量的增大滞后。即，在过去的控制装置中，当在时刻t2要求转矩呈阶梯状增大了的情况下，也难以追随该阶梯状的变化而使吸入空气量迅速地增大，在实际的转矩中，难以达到所要求的阶梯状的转矩增大。
如上所述，在过去的控制装置中，在要求转矩向转矩降低方向呈脉冲状变化的情况下，即使可以使转矩呈阶梯状降低，之后，也很难立即使转矩呈阶梯状增大。这不是被限于协调操作废气旁通阀和节气门的控制装置的课题。而是也适合于以配备有可变容量型涡轮增压器的增压发动机作为控制对象、协调操作可变容量型涡轮增压器和节气门的控制装置的课题。进而，是一般地适合于协调操作节气门和带有可变提升机构的进气门的控制装置等、基于要求转矩协调操作设置在进气通路的上游和下游的两种促动器的转矩要求控制型的控制装置的课题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007－198157号公报
专利文献2：日本特开2010－112214号公报
专利文献3：日本特开2007－292031号公报
专利文献4：日本特开2010－216419号公报
发明内容
本发明是鉴于上述课题做出的，其目的是在基于对内燃机的要求转矩协调操作设置在进气通路的上游和下游的两种促动器的转矩要求控制型的控制装置中，例如，可以实现在电子控制式自动变速器的升档时要求的向转矩降低方向的脉冲状的转矩变化。
根据本发明的内燃机的控制装置，以具有第一促动器和第二促动器的内燃机作为控制对象。第一促动器是设置在内燃机的进气通路的第一位置并对第一位置的下游的压力起作用的促动器，第二促动器是设置在该进气通路的比第一位置靠上游的第二位置并对第二位置的下游的压力起作用的促动器。优选地，第一促动器是以使下游的压力相对于第一位置的上游的压力减小的方式起作用的促动器。另外，优选地，第二促动器是以使下游的压力相对于第二位置的上游的压力上升的方式起作用的促动器。另外，第二促动器也可以是第二位置的下游的压力相对于其动作的变化速度，比第一位置的下游的压力相对于第一促动器的动作的变化速度慢的促动器。当列举各个促动器的具体的例子时，第一促动器的例子是节气门，第二促动器的例子是带有控制压缩机的转速的控制器件的增压器。
根据本发明的内燃机的控制装置，基于来自于驾驶员的要求及来自于车载系统的要求，生成对内燃机的第一要求转矩。在第一要求转矩中包含转矩降低方向的脉冲成分的情况下，根据本发明的内燃机的控制装置，还生成不包含脉冲成分的第二要求转矩。优选地，预测脉冲成分经过之后的第一要求转矩的值，生成该预测值作为第二要求转矩。
根据本发明的内燃机的控制装置，基于第一要求转矩操作第一促动器，并且，基于第一要求转矩或者第二要求转矩操作第二促动器。详细地说，在没有第二要求转矩的有效值的情况下，基于第一要求转矩操作第二促动器，在有第二要求转矩的有效值的情况下，基于第二要求转矩操作第二促动器。
优选地，基于第一要求转矩计算第一目标状态量，并且，基于第二要求转矩计算第二目标状态量。作为目标状态量，例如，可以采用目标吸入空气量或目标进气管压力。根据优选的例子，根据本发明的内燃机的控制装置，基于第一目标状态量计算第一促动器的操作量，并且，对第一目标状态量与第二目标状态量进行比较，基于其中更大的一方计算第二促动器的操作量。
即，根据本发明的内燃机的控制装置，在第一要求转矩中不包含转矩降低方向的脉冲成分的状况下，基于第一要求转矩来操作第一促动器和第二促动器两者。但是，在第一要求转矩中包含转矩降低方向的脉冲成分的状况下，第一促动器基于第一要求转矩进行操作，而第二促动器基于不包含脉冲成分的第二要求转矩进行操作。
根据上面所述的促动器的操作方法，由于在第一要求转矩中包含转矩降低方向的脉冲成分的情况下，仅第一促动器追随脉冲成分进行动作，因此，第二促动器作用的第一促动器的上游的压力不被降低，而得以维持。借此，在借助第一促动器的动作使转矩阶梯状地降低之后，可以借助第一促动器向相反方向的动作，使转矩呈阶梯状地增大。即，可以实现向转矩降低方向的脉冲状的转矩变化。
附图说明
图1是表示利用根据本发明的实施方式的控制装置的内燃机的结构的概略图。
图2是表示根据本发明的实施方式的控制装置的结构的框图。
图3是表示根据本发明的实施方式的控制装置的控制结果的具体例子的时间图。
图4是表示过去的控制装置的控制结果的具体例子的时间图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式。
图1是表示采用根据本发明的实施方式的控制装置的内燃机的结构的概略图。在内燃机2的燃烧室4，连接有进气通路10和排气通路12。燃烧室4与进气通路10的连通由进气门6控制，燃烧室4与排气通路12的连通由排气门8控制。在进气通路10中配置有节气门14。另外，在进气通路10的节气门14的上游，安装有带有废气旁通阀22的涡轮增压器20。根据这样的结构，通过废气旁通阀22的操作，控制涡轮增压器20的压缩机的转速，可以使增压(节气门14的上游的压力)变化。并且，通过节气门14的操作，可以使进气管压力(节气门14的下游的压力)变化，使向燃烧室4内的吸入空气量变化。
内燃机2的运转由车载ECU(Electronic Control Unit：电子控制装置)100控制。ECU100具备车辆控制、发动机控制、变速器控制等各种功能。根据本实施方式的控制装置，作为ECU100所具备的功能的一部分而被实现。加速踏板开度及发动机转速等与内燃机2的运转状态、运转条件有关的各种信息，被输入给ECU100。在ECU100作为根据本实施方式的控制装置起作用的情况下，ECU100根据存储在存储器中的控制程序，控制包含节气门14和废气旁通阀22在内的各种促动器的动作。
图2是表示通过ECU100按照控制程序来起作用而实现的控制装置的结构的功能框图。根据本实施方式的控制装置，由多个运算部件110、112、114、116、118、120、122、124、126、128、130构成，通过由这些运算部件进行的运算，计算节气门14和废气旁通阀22的各操作量。另外，这些运算部件是通过执行控制程序而被假想地实现的部件。
根据本实施方式的控制装置，具有生成要求转矩(第一要求转矩)的运算部件110。运算部件110计算并输出对内燃机2的要求转矩(tereq)。在要求转矩(tereq)中，包含有根据加速踏板开度决定的驾驶员要求转矩和由牵引力控制系统或电子控制式自动变速器等各种车载系统要求的系统要求转矩。在系统要求转矩中，包含有牵引力控制用的转矩、侧滑防止控制用的转矩、保持怠速转速所需要的转矩、车辆的防震控制用的转矩、和电子控制式自动变速器的变速控制用的转矩等各种转矩。
由运算部件110生成的要求转矩(tereq)被输入到运算部件112中。在运算部件112中，将包含摩擦转矩和外部负荷转矩在内的其它转矩(tother)与要求转矩(tereq)相加，将其合计值作为内燃机2的目标图示转矩(etqindt)输出。
由运算部件112计算的目标图示转矩(etqindt)被输入到运算部件114中。运算部件114计算达到目标图示转矩(etqindt)所需要的吸入空气量。在吸入空气量的计算中，使用将转矩和发动机转速作为自变量的映射。通过计算获得的吸入空气量被作为内燃机2的目标吸入空气量(eklrq)而输出。
由运算部件114计算出的目标吸入空气量(eklrq)被输入到运算部件116中。运算部件116计算达到目标吸入空气量(eklrq)所需要的进气管压力。在进气管压力的计算中，利用以函数近似表示吸入空气量与进气管压力的关系的节气门模型。表示节气门模型的函数的各个系数，利用以节气门及排气门的各气门正时、废气旁通阀的开度作为自变量的映射来决定。通过计算获得的进气管压力被作为内燃机2的目标进气管压力(epmref)而输出。
由运算部件116计算出的目标进气管压力(epmref)被输入到运算部件118。运算部件118计算达到目标进气管压力(epmref)所需要的节气门开度。在节气门开度的计算中，利用空气逆模型。空气逆模型是利用物理模型表示在进气管压力与节气门开度之间成立的关系的空气模型的逆模型。空气模型由用节流的公式表示的节气门模型和用流量守恒公式及能量守恒公式表示的进气管模型构成。通过利用空气逆模型进行的计算而获得的节气门开度，被作为内燃机2的目标节气门开度(TA)而输出。根据本实施方式的控制装置，根据目标节气门开度(TA)进行节气门14的操作。
另外，由运算部件116计算的目标进气管压力(epmref)，与向运算部件118进行的输入并行地也被输入到运算部件130。下面说明的通过运算部件120、122、124、126的运算获得的第二目标进气管压力(epmref2)，也输入到运算部件130中。
运算部件120是生成作为第二要求转矩的预告转矩(tereq2)的运算部件。由运算部件120生成的预告转矩(tereq2)，通常被设定为能够实现的转矩的下限值、即无效值。但是，在由运算部件110生成的要求转矩(tereq)中包含向转矩降低方向的脉冲成分的情况下，限于对应于该脉冲成分的期间，预告转矩(tereq2)变成有效值。该有效值是脉冲成分经过了之后的要求转矩(tereq)的预测值。或者，也可以将从当前的要求转矩(tereq)中除去脉冲成分的值作为预告转矩(tereq2)的有效值。
下面，对于预告转矩(tereq2)的具体例子进行说明。在电子控制式自动变速器的变速控制中进行升档的情况下，从电子控制式自动变速器的控制装置发出500ms程度的转矩降低要求。运算部件110响应该转矩降低要求，生成向转矩降低方向的脉冲成分，将其叠加到要求转矩(tereq)的基值上。其间，运算部件120由加速踏板开度预测变速控制结束后的要求转矩(tereq)，将该预测值设定为预告转矩(tereq2)。然后，如果变速控制结束且要求转矩(tereq)恢复到与预告转矩(tereq2)相同或者在其以上的值，则运算部件120使预告转矩(tereq2)的值再次返回到无效值。
由运算部件120生成的预告转矩(tereq2)被输入到运动部件122中。在运算部件122中，将包含摩擦转矩和外部负荷转矩的其它转矩(tother)与预告转矩(tereq2)相加，计算出其合计值来作为第二目标图示转矩(etqindt2)。
由运算部件122计算出的第二目标图示转矩(etqindt2)被输入到运算部件124中。运算部件124计算为了达到第二目标图示转矩(etqindt2)所需要的吸入空气量。在吸入空气量的计算中使用的映射与在运算部件114中使用的映射是相同的。但是，在由运算部件124进行的吸入空气量的计算中，也可以不用当前的发动机转速，而是用脉冲成分经过了之后(即，变速后)的发动机转速的预测值、即目标发动机转速作为映射的自变量。由计算获得的吸入空气量被作为第二目标吸入空气量(eklrq2)而输出。
由运算部件124计算出的第二目标吸入空气量(eklrq2)被输入到运算部件126中。运算部件116计算达到第二目标吸入空气量(eklrq2)所需要的进气管压力。在进气管压力的计算中使用的节气门模型，与在运算部件126中使用的节气门模型是相同的。由计算获得的进气管压力被作为第二目标进气管压力(epmref2)而输出。另外，由运算部件122、124、126进行的运算只在预告转矩(tereq2)为有效值的情况下进行。在预告转矩(tereq2)为无效值的情况下，为了减轻ECU100的运算负荷，停止由运算部件122、124、126进行的运算。
运算部件130将由运算部件116计算出的目标进气管压力(epmref)和由运算部件126计算出的第二目标进气管压力(epmref2)进行比较，选择两者中更大的值。选择目标进气管压力(epmref)是预告转矩(tereq2)为无效值的情况，即，是在要求转矩(tereq)中不包含转矩降低方向的脉冲成分的情况。选择第二目标进气管压力(epmref2)是预告转矩(tereq2)为有效值的情况，即，是在要求转矩(tereq)中包含转矩降低方向的脉冲成分的情况。因而，在电子控制式自动变速器的变速控制中进行升档的情况下，在运算部件130中选择第二目标进气管压力(epmref2)。
由运算部件130选择的目标进气管压力(epmref或者epmref2)被输入到运算部件128中。运算构件128计算达到所选择的目标进气管压力所需要的废气旁通阀开度。在废气旁通阀开度的计算中，首先，确定在目标进气管压力上加上规定值α得到的值，作为目标增压。规定值α被设定成零以上的值。并且，利用将增压与废气旁通阀开度关联起来的映射或者模型，计算对应于目标增压的废气旁通阀开度。由计算获得的废气旁通阀开度，被作为内燃机2的目标废气旁通阀开度(WGV)。根据本实施方式的控制装置，根据目标废气旁通阀开度(WGV)进行废气旁通阀22的操作。另外，作为废气旁通阀22的操作量，也可以不是废气旁通阀开度，而是驱动废气旁通阀的促动器的控制量(例如，螺旋管的占空比)。例如，也可以利用映射或者模型，确定对应于目标增压的目标占空比，根据目标占空比进行废气旁通阀22的操作。
根据本实施方式的控制装置的上述结构，在要求转矩(tereq)中不包含转矩降低方向上的脉冲成分的状况下，基于要求转矩(tereq)操作节气门14和废气旁通阀22两者。因而，在要求转矩(tereq)减小的情况下，节气门14被关闭，废气旁通阀22被打开，在要求转矩(tereq)增大的情况下，节气门14被打开，废气旁通阀22被关闭。另一方面，在要求转矩(tereq)中包含转矩降低方向上的脉冲成分的状况下，节气门14基于要求转矩(tereq)被操作，而废气旁通阀22基于预告转矩(tereq2)被操作。这时的预告转矩(tereq2)是要求转矩(tereq)的将来的预测值，变成从要求转矩(tereq)中除去了脉冲成分而得到的值。因此，与节气门开度与要求转矩(tereq)的脉冲状的变化相一致地变化相对，废气旁通阀开度被保持在大致恒定的开度。
其次，利用图3对于利用根据本实施方式的控制装置获得的控制上的效果进行说明。
图3表示在电子控制式自动变速器的变速控制中进行升档的情况下的控制结果。如图3的第一层的线图所示，在这种情况下，与从时刻t1到时刻t2的变速控制期间相对应的转矩降低方向上的脉冲成分，被给予要求转矩(tereq)。与此同时，预告转矩(tereq2)的值从无效值被切换成与要求转矩(tereq)的将来预测值相当的有效值。
基于要求转矩(tereq)来确定目标节气门开度。因此，在升档时，如图3的第二层的线图所示，节气门开度与要求转矩(tereq)的脉冲状的变化相一致地变化。另一方面，在变速控制期间以外，基于要求转矩(tereq)来确定目标增压，但是，在变速控制期间内，则基于预告转矩(tereq2)来确定目标增压。因此，如图3的第四层的线图所示，目标增压变成大致平坦的，而实际增压则不降低而被保持。结果，如图3的第三层的线图所示，吸入空气量追随节气门开度的变化而变化。即，伴随着在时刻t1的节气门开度的阶梯状的减小，吸入空气量呈阶梯状降低，之后，追随着在时刻t2的节气门开度的阶梯状的增大，吸入空气量也呈大致阶梯状地增大。借此，如图3的第一层的线图所示，实际转矩追随要求转矩(tereq)而变化，实现向转矩降低方向的脉冲状的转矩变化。
如也可以从上述的控制例子中看出的那样，根据与本实施方式相关的控制装置，在要求转矩(tereq)中包含向转矩降低方向的脉冲成分的情况下，废气旁通阀22不动作，只有节气门14追随脉冲成分而动作。因此，节气门14的上游的增压不降低而被保持。借此，在通过节气门14向关闭方向的动作使转矩呈阶梯状地降低之后，通过节气门14向打开方向的动作，能够使转矩呈阶梯状地增大。即，根据与本实施方式相关的控制装置，例如，可以实现在电子控制式自动变速器的升档时所要求的向转矩降低方向的脉冲状的转矩变化。
上面，对于本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明并不被上述实施方式所限定，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以进行各种变形来实施。例如，也可以以下述方式变形来实施。
在第一个变形例中，比较基于要求转矩计算出的目标吸入空气量(eklrq)和基于预告转矩计算出的第二目标吸入空气量(eklrq2)，选择其中较大的一方。并且，基于所选择的目标吸入空气量，利用运算部件126、128计算目标废气旁通阀开度。在这种变形例中，也可以获得和上述实施方式同样的效果。
在第二个变形例中，比较基于要求转矩计算出的目标图示转矩(etqindt)和基于预告转矩计算出的第二目标图示转矩(etqindt2)，选择其中较大一方。然后，基于所选择的目标图示转矩，利用运算部件124、126、128计算目标废气旁通阀开度。在这种变形例中，也可以获得和上述实施方式同样的效果。
另外，根据本发明的控制装置，不仅适用于具有带废气旁通阀的涡轮增压器的内燃机，也适用于具有可变容量型涡轮增压器的内燃机、具有带电磁离合器的机械式增压器的内燃机、或者具有电动式增压器的内燃机。即，只要是具有带控制压缩机的转速的控制器件的增压器的内燃机，都可以作为根据本发明的控制装置的控制对象。在这种情况下，节气门被看作第一促动器，带控制器件的增压器被看作第二促动器。
进而，在根据本发明的控制装置中的第一促动器和第二促动器，并不局限于节气门和带控制器件的增压器的组合。例如，如果是在进气通路中的节气门的下游设置有进气控制阀的内燃机，则可以将进气控制阀作为第一促动器，将节气门作为第二促动器，而采用根据本发明的控制装置。另外，如果节气门是提升量或者作用角可变的节气门，则可以将进气门作为第一促动器，将节气门作为第二促动器，而采用根据本发明的控制装置。
附图标记说明
2 内燃机
4 燃烧室
6 进气门
10 进气通路
14 节气门
20 涡轮增压器
22 废气旁通阀
100 ECU
110 生成要求转矩(第一要求转矩)的运算部件
116 计算目标进气管压力(第一目标状态量)的运算部件
118 计算目标节气门开度的运算部件
120 生成预告转矩(第二要求转矩)的运算部件
126 计算第二目标进气管压力(第二目标状态量)的运算部件
128 计算目标废气旁通阀开度的运算部件
130 选择目标进气管压力和第二目标进气管压力中较大的一方的运算部件。

Claims (6)

1.一种内燃机的控制装置，具有：
第一促动器，所述第一促动器设置在内燃机的进气通路的第一位置，对所述第一位置的下游的压力起作用；以及
第二促动器，所述第二促动器设置在所述进气通路的比第一位置靠上游的第二位置，对所述第二位置的下游的压力起作用，
其特征在于，所述内燃机的控制装置配备有：
第一要求转矩生成机构，所述第一要求转矩生成机构基于来自于驾驶员的要求以及来自于车载系统的要求，生成对所述内燃机的第一要求转矩；
第二要求转矩生成机构，在所述第一要求转矩中包含有转矩降低方向的脉冲成分的情况下，所述第二要求转矩生成机构生成不包含所述脉冲成分的第二要求转矩；
第一操作机构，所述第一操作机构基于所述第一要求转矩，操作所述第一促动器；以及
第二操作机构，在没有所述第二要求转矩的有效值的情况下，所述第二操作机构基于所述第一要求转矩，操作所述第二促动器，在有所述第二要求转矩的有效值的情况下，所述第二操作机构基于所述第二要求转矩，操作所述第二促动器。
2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述第二要求转矩生成机构预测所述脉冲成分经过了之后的所述第一要求转矩的值，生成其预测值来作为所述第二要求转矩。
3.如权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述第一操作机构基于根据所述第一要求转矩计算出的第一目标状态量，计算所述第一促动器的操作量，
所述第二操作机构对根据所述第一要求转矩计算出的第一目标状态量和根据所述第二要求转矩计算出的第二目标状态量进行比较，基于其中较大的一方计算所述第二促动器的操作量。
4.如权利要求1～3中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述第一促动器是以使下游的压力相对于所述第一位置的上游的压力减小的方式起作用的促动器，
所述第二促动器是以使下游的压力相对于所述第二位置的上游的压力上升的方式起作用的促动器。
5.如权利要求1～4中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述第二促动器是所述第二位置的下游的压力相对于该第二促动器的动作的变化速度比所述第一位置的下游的压力相对于所述第一促动器的动作的变化速度慢的促动器。
6.如权利要求4或5所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述第一促动器是节气门，
所述第二促动器是带有控制压缩机的转速的控制器件的增压器。
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