CN104813011A - 带增压器的发动机的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于准确地算出因在带增压器的发动机中产生的扫气而在缸内吹过的空气的量即扫气量的推定值。为了该目的，本发明的带增压器的发动机的控制装置根据吸入空气量的计测值算出进气门通过空气量的推定值，并且根据进气管压力的计测值或推定值算出缸内空气量的推定值。然后，根据进气门通过空气量的推定值与缸内空气量的推定值之差算出扫气量的推定值。

Description

带增压器的发动机的控制装置

技术领域

本发明涉及在增压域中产生扫气的带增压器的发动机的控制装置。

背景技术

在带增压器的发动机中，在增压压力比排气压力高的增压域中，产生使空气从进气通路向排气通路在缸内吹过的扫气。在带增压器的发动机中，通过积极利用该扫气，能够提高增压性能。这是因为，若因扫气而在缸内吹过的空气的量(以下，记为扫气量)增加，则向增压器的涡轮流入的气体的总量增大，通过涡轮转速的上升而使压缩机对空气的增压加速。由此，从增压性能的观点来看，希望尽可能增多扫气量。

然而，扫气量的增多伴随有弊端。因扫气而在排气通路中流动的空气包含大量氧，所以伴随扫气量的增大，催化剂上的未燃燃料与氧的反应变得活跃，该反应热使催化剂的温度上升。并且，催化剂的温度的过度上升会使催化剂劣化。因此，从保护催化剂的观点来看，希望抑制扫气量变得过大。

在鉴于如上要求的情况下可知，在带增压器的发动机的控制中，准确掌握扫气量是重要的。对于扫气量，能够通过调整排气门与进气门之间的气门重叠期间来使其变化。由此，若能够准确掌握扫气量，则也能够通过气门重叠期间的调整来主动控制扫气量，以使得在不产生催化剂的过热的范围内最大限度地提高增压性能。

另外，准确掌握扫气量在空燃比控制中也是有用的。当扫气量变多时，缸内残留的空气变少，相应地，缸内空燃比变得比目标空燃比浓。因此，根据所设定的目标空燃比的值，可能会因与扫气相伴的缸内空燃比的过大的浓化而导致失火。但是，若能够掌握准确的扫气量，则能够根据推定出的扫气量来设定目标空燃比的浓界限，以该浓界限来守护目标空燃比。

如上所述，准确掌握扫气量是带增压器的发动机的控制中的重要课题。但是，扫气量无法使用流量传感器等传感器直接计测。因此，为了掌握扫气量，只能通过使用与扫气有关的发动机信息的计算来间接推定扫气量。扫气量是发动机的1个状态量，但在状态量的推定中，可以使用将发动机模型化后得到的物理模型。例如，在下述的专利文献1中，公开了使用物理模型来推定缸内空气量的方法。然而，关于准确地推定扫气量的方法，在下述专利文献1中没有公开，另外，在其他现有技术文献中也未发现。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-291830号公报

发明内容

本发明是鉴于上述课题而完成的发明，其目的在于，提供一种能够准确地算出扫气量的推定值的带增压器的发动机的控制装置。

本发明的带增压器的发动机的控制装置具备以下所述的3个计算单元。以下的3个计算单元既可以分别由独立的计算机构成，也可以通过软件使1个计算机作为以下的3个计算单元发挥功能。

第1计算单元被设定为算出进气门通过空气量的推定值。进气门通过空气量是通过了进气门的空气的量，第1计算单元基于吸入空气量的计测值算出进气门通过空气量的推定值。吸入空气量是取入到进气通路的空气的量，可以使用空气流量计等流量传感器来计测。

第2计算单元被设定为算出缸内空气量的推定值。缸内空气量是在缸内供燃烧的空气的量，第2计算单元基于进气管压力的计测值或推定值算出缸内空气量的推定值。进气管压力可以由进气管压力传感器来计测。另外，也可以根据增压压力传感器的增压压力的计测值来推定进气管压力。

但是，优选，第2计算单元基于吸入空气量的计测值算出进气管压力的推定值，基于进气管压力的推定值算出缸内空气量的推定值。也就是说，与在第1计算单元中将吸入空气量的计测值作为进气门通过空气量的推定值的计算的基础同样地，在第2计算单元中也将吸入空气量的计测值作为缸内空气量的推定值的计算的基础。这意味着，使用共同的传感器输出值来推定进气门通过空气量和缸内空气量的双方。

进而优选，第2计算单元使用由第1计算单元算出的进气门通过空气量的推定值作为缸内空气量的推定值的计算的基础。该情况下，通过使用第1映射，可以将进气门通过空气量的推定值变换为进气管压力的推定值，所述第1映射是使用多个参数将进气门通过空气量与进气管压力进行了关联的映射。另外，通过使用第2映射，靠近将进气管压力的推定值变换为缸内空气量的推定值，所述第2映射是使用多个参数将进气管压力与缸内空气量进行了关联的映射。

第3计算单元被设定为算出扫气量的推定值。扫气量是在缸内吹过的空气的量，第3计算单元根据第1计算单元算出的进气门通过空气量的推定值与第2计算单元算出的缸内空气量的推定值之差来算出扫气量的推定值。此外，进气门通过空气量、缸内空气量以及扫气量的各单位可以是每单位时间的质量，也可以是每循环的质量。或者，预定的空气量例如也可以以最大缸内空气量为基准而无量纲化。

通过具备以上3个计算单元，根据本发明的带增压器的发动机的控制装置，能够准确地算出扫气量的推定值。尤其是，在使用共同的传感器输出值来推定进气门通过空气量和缸内空气量的双方的情况下，与分别使用独立的传感器输出值进行推定的情况相比，能够抑制传感器的输出特性的不均给扫气量的推定精度带来的影响。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的带增压器的发动机的控制装置的结构的功能框图。

图2是通过图表来表示图1所示结构的控制装置的扫气量的算出方法的说明图。

图3是用于对图1所示的结构的控制装置所附带的课题进行说明的图。

图4是示出本发明的实施方式2的带增压器的发动机的控制装置的结构的功能框图。

图5是通过图表来表示图4所示的结构的控制装置的扫气量的算出方法的说明图。

图6是用于对图4所示的结构的控制装置的效果进行说明的图。

具体实施方式

实施方式1.

以下，参照附图，对本发明的实施方式1进行说明。

本实施方式的控制装置所适用的带增压器的发动机通过多个致动器的操作来控制运转。在本发动机安装有使增压器的增压特性变化的废气旁通阀、电子控制式的节气门、使进气门的气门正时变化的进气侧可变气门正时机构、使排气门的气门正时变化的排气侧可变气门正时机构等各种各样的致动器。

本发动机的运转由车载ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)控制。本实施方式的控制装置作为ECU所具备的功能的一部分来实现。从包括空气流量计、进气管压力传感器、大气压传感器、冷热气自动调节机温度传感器、加速器位置传感器、曲轴角传感器的各种传感器向ECU输入与发动机的运转状态和/或运转条件相关的各种各样的信息。在ECU作为本实施方式的控制装置发挥功能的情况下，ECU按照存储于存储器的用于空气量控制的控制程序来协调操作与空气量有关的致动器、即节气门、进气侧可变气门正时机构、排气侧可变气门正时机构、以及废气旁通阀。

图1是示出通过ECU按照空气量控制程序发挥功能而实现的控制装置的结构的功能框图。本实施方式的控制装置100被输入由空气流量计2得到的吸入空气量的计测值AFM和由进气管压力传感器4得到的进气管压力的计测值PM。空气流量计2是设置于进气通路的入口的、输出与取入到进气通路的空气的量即吸入空气量相应的信号的流量传感器。进气管压力传感器4是安装于进气管(更详细而言，进气歧管)的、输出与进气管内的压力相应的信号的压力传感器。

本实施方式的控制装置100由进气门通过空气量计算单元10、缸内空气量计算单元12、缸内空气量映射参数计算单元14、以及扫气量计算单元16构成。这些计算单元10、12、14、16通过在ECU中执行空气量控制程序而以软件方式实现。

进气门通过空气量计算单元10根据吸入空气量的计测值AFM来计算通过进气门的空气的量即进气门通过空气量的推定值KL。吸入空气量和进气门通过空气量在发动机的稳态运转时一致。但是，在加速运转时、减速运转时那样的过渡状态下，因空气的响应延迟而在吸入空气量与进气门通过空气量之间产生偏差。因此，在进气门通过空气量计算单元10中，使用将带增压器的发动机中的空气的响应特性模型化后得到的物理模型，根据吸入空气量算出进气门通过空气量。

缸内空气量计算单元12根据进气管压力的计测值PM算出在缸内供燃烧的空气的量即缸内空气量的推定值KLCYL。在影响缸内空气量的进气管压力以外的条件一定的情况下，进气管压力与缸内空气量之间满足相关关系。缸内空气量计算单元12使用将该相关关系映射化的缸内空气量映射，将进气管压力变换为缸内空气量。

缸内空气量映射参数计算单元14根据影响缸内空气量的进气管压力以外的条件算出缸内空气量映射的参数的值，将该计算值设定给缸内空气量计算单元12。影响缸内空气量的条件具体是指发动机转速NE、进气门的气门正时INVT、排气门的气门正时EXVT、废气旁通阀的开度WGV、冷热气自动调节机温度THIC、大气压PA等。与这些条件相关的信息从与这些信息有关的传感器和/或致动器供给到缸内空气量映射参数计算单元14。

扫气量计算单元16计算由进气门通过空气量计算单元10计算出的进气门通过空气量的推定值KL与由缸内空气量计算单元12计算出的缸内空气量的推定值KLCYL之差。该差是扫气量、即在缸内吹过的空气的量的推定值KLSCA。由扫气量计算单元16计算出的扫气量的推定值KLSCA用于催化剂温度的推定。催化剂温度成为在增压压力控制中规定涡轮流量或增压压力的上限的制约。另外，扫气量的推定值KLSCA也用于在空燃比控制中规定目标空燃比的浓界限的守护值的计算。

图2是通过图表来表示本实施方式的控制装置100的扫气量的算出方法的说明图。图2所示的图表的纵轴是空气量，横轴是进气管压力。图表中虚线所示的直线表示由缸内空气量映射规定的缸内空气量与进气管压力的关系。通过由缸内空气量映射参数计算单元14计算的参数值来决定缸内空气量映射的直线的斜率和截矩。

控制装置100通过将进气管压力的计测值PM代入缸内空气量映射来算出缸内空气量的推定值KLCYL。在图表中示出了进气门通过空气量的推定值KL的线，但在产生了扫气的情况下，如该图表那样，进气门通过空气量的推定值KL比缸内空气量的推定值KLCYL大。并且，通过计算它们之间的差量，能够得到扫气量的推定值KLSCA。此外，尽管在图表中未示出，但根据发动机的运转状态，有时进气门通过空气量的推定值KL会比缸内空气量的推定值KLCYL小。该情况下，它们之间的差量表示残留在缸内的燃烧气体的量、即内部EGR量。

在本实施方式中，进气门通过空气量计算单元10相当于本发明中的“第1计算单元”。并且，缸内空气量计算单元12相当于本发明中的“第2计算单元”。扫气量计算单元16相当于本发明中的“第3计算单元”。

实施方式2.

接着，参照附图，对本发明的实施方式2进行说明。

如在实施方式1中所述，在发动机的控制中使用许多传感器。这些传感器不一定在所有个体中都能得到一定的输出特性。由于制造时的个体差，或者由于伴随使用的历时变化，在传感器的个体间存在输出特性的不均。在实施方式1的控制装置100中，将空气流量计2的输出值和进气管压力传感器4的输出值用于扫气量的推定，但在这些传感器2、4中也有可能产生输出特性的不均。空气流量计2的输出特性的偏差会影响进气门通过空气量的推定精度，进气管压力传感器4的输出特性的偏差会影响进气管压力的计测精度。使用图3，对这样的情况下的课题进行说明。

假设图3所示的图表中的进气门通过空气量的推定值KL和进气管压力的计测值PM是在各传感器2、4的输出特性没有偏差的情况下应该得到的真值。另一方面，在本次的例子中，假设根据空气流量计2的输出值得到了进气门通过空气量的推定值KL′，根据进气管压力传感器4的输出值得到了进气管压力的计测值PM′。在该例子中，空气流量计2的输出特性向输出比实际大的值的方向偏离，进气管压力传感器4的输出特性向输出比实际小的值的方向偏离。结果，进气门通过空气量的推定值KL′比正确的值KL大，相反，根据进气管压力的计测值PM′计算出的缸内空气量的推定值KLCYL′比正确的值KLCYL小。由于扫气量是进气门通过空气量与缸内空气量之差，所以在该例子中，进气门通过空气量的推定值KL′的误差与缸内空气量的推定值KLCYL′的误差叠加，从而最终算出的扫气量的推定值KLSCA′会成为相对于正确的值KLSAC包含大的误差的值。

这样，在实施方式1的控制装置100中，存在容易受到空气流量计2和/或进气管压力传感器4的输出特性的不均的影响这一课题。

实施方式2的控制装置具有实施了针对上述课题的对策的结构。图4是示出本实施方式的控制装置200的结构的功能框图。在图4所示的结构中，对与实施方式1的控制装置100具有的要素共通的要素标注同一标号。

本实施方式的控制装置200与实施方式1的不同点在于，在扫气量的推定中不使用进气管压力传感器的输出值。本实施方式的控制装置200基于由空气流量计2得到的吸入空气量的计测值AFM来计算缸内吸入空气量的推定值KLCYL。为了实现该功能，本实施方式的控制装置200除了具备与实施方式1共通的计算单元10、12、14、16之外，还具备进气管压力计算单元20和ab映射参数计算单元22。

进气管压力计算单元20根据进气门通过空气量的推定值KL来计算进气管压力的推定值PM。进气门通过空气量的推定值KL由进气门通过空气量计算单元10根据吸入空气量的计测值AFM来计算。在影响进气门通过空气量的进气管压力以外的条件一定的情况下，进气门通过空气量与进气管压力之间满足相关关系。进气管压力计算单元20使用将该相关关系映射化的所谓的ab映射，将进气门通过空气量变换为进气管压力。由进气管压力计算单元20计算出的进气管压力的推定值PM被输入到缸内空气量计算单元12。缸内空气量计算单元12根据进气管压力的推定值PM来计算缸内空气量的推定值KLCYL。

ab映射参数计算单元22根据影响进气门通过空气量的进气管压力以外的条件来计算ab映射的参数的值，将该计算值设定给进气管压力计算单元20。影响进气门通过空气量的条件具体是指发动机转速NE、进气门的气门正时INVT、排气门的气门正时EXVT、废气旁通阀的开度WGV、冷热气自动调节机温度THIC、大气压PA等。与这些条件相关的信息从与这些信息有关的传感器和/或致动器供给到ab映射参数计算单元22。

图5是通过图表来表示本实施方式的控制装置200的扫气量的算出方法的说明图。图5所示的图表的纵轴是空气量，横轴是进气管压力。图表中实线所示的曲线表示由ab映射规定的进气门通过空气量与进气管压力的关系。通过由ab映射参数计算单元22计算的参数值来决定ab映射的曲线的形状。图表中虚线所示的直线表示由缸内空气量映射规定的缸内空气量与进气管压力的关系。

本实施方式的控制装置200首先根据吸入空气量的计测值AFM来计算进气门通过空气量的推定值KL，通过将进气门通过空气量的推定值KL代入ab映射(第1映射)来算出进气管压力的推定值PM。接着，通过将进气管压力的推定值PM代入缸内空气量映射(第2映射)来算出缸内空气量的推定值KLCYL。然后，通过计算进气门通过空气量的推定值KL与缸内空气量的推定值KLCYL的差量来计算扫气量的推定值KLSCA。这样，根据本实施方式的控制装置200，能够仅使用由空气流量计2得到的吸入空气量的计测值AFM来计算扫气量的推定值KLSCA。

图6是用于对本实施方式的控制装置200的效果进行说明的图。假设，图6所示的图表中的进气门通过空气量的推定值KL和进气管压力的计测值PM是在空气流量计2的输出特性没有偏差的情况下应该得到的真值。另一方面，在本次的例子中，假设根据空气流量计2的输出值得到了进气门通过空气量的推定值KL′。根据进气门通过空气量的推定值KL′可得到进气管压力的推定值PM′，根据进气管压力的推定值PM′可得到缸内空气量的推定值KLCYL′。在该例子中，空气流量计2的输出特性向输出比实际大的值的方向偏离。结果，进气门通过空气量的推定值KL′比正确的值KL大。但是，同样地，从进气门通过空气量的推定值KL′变换而来的进气管压力的推定值PM′也变得比正确的值PM大，从进气管压力的推定值PM′变换而来的缸内空气量的推定值KLCYL′也变得比正确的值KLCYL大。由此，进气门通过空气量的推定值KL′的误差和缸内空气量的推定值KLCYL′的误差彼此抵消，最终算出的扫气量的推定值KLSCA′相对于正确的值KLSAC的误差被抑制得小。

从以上例子可知，本实施方式的控制装置200所具有的结构与实施方式1的控制装置100所具有的结构相比，对于传感器的输出特性的偏差的鲁棒性(robustness)高。由此，根据本实施方式的控制装置200，能够不受传感器的输出特性的偏差影响而准确地算出扫气量的推定值。

此外，在本实施方式中，进气门通过空气量计算单元10相当于本发明中的“第1计算单元”。并且，进气管压力计算单元20和缸内空气量计算单元12的组合相当于本发明中的“第2计算单元”。扫气量计算单元16相当于本发明中的“第3计算单元”。

其他.

本发明不限于上述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变形来实施。例如，在实施方式1中，由进气管压力传感器来计测进气管压力，但在节气门的上游具备增压压力传感器的情况下，也可以基于增压压力传感器的输出值，使用节气门的物理模型来推定进气管压力。

本发明的控制装置也能够应用于不具备废气旁通阀、可变喷嘴等使增压器的增压特性变化的致动器的带增压器的发动机。增压器可以是涡轮增压器，也可以是机械式增压器。另外，在应用本发明的控制装置的带增压器的发动机中，进气侧可变气门正时机构和/或排气侧可变气门正时机构不是必需的。另外，带增压器的发动机的种类可以是柴油发动机，也可以是汽油发动机。

标号说明

2 空气流量计

4 进气管压力传感器

10 进气门通过空气量计算单元

12 缸内空气量计算单元

14 缸内空气量映射参数计算单元

16 扫气量计算单元

20 进气管压力计算单元

22 ab映射参数计算单元

100 实施方式1的控制装置

200 实施方式2的控制装置

Claims (4)

1.一种带增压器的发动机的控制装置，其特征在于，具备：

第1计算单元，其基于取入到进气通路的空气的量即吸入空气量的计测值，算出通过了进气门的空气的量即进气门通过空气量的推定值；

第2计算单元，其基于进气管压力的计测值或推定值，算出在缸内供燃烧的空气的量即缸内空气量的推定值；以及

第3计算单元，其根据进气门通过空气量的所述推定值与缸内空气量的所述推定值之差，算出在缸内吹过的空气的量即扫气量的推定值。

2.根据权利要求1所述的带增压器的发动机的控制装置，其特征在于，

所述第2计算单元，基于吸入空气量的所述计测值算出进气管压力的所述推定值，基于进气管压力的所述推定值算出缸内空气量的所述推定值。

3.根据权利要求2所述的带增压器的发动机的控制装置，其特征在于，

所述第2计算单元，基于由所述第1计算单元根据吸入空气量的所述计测值算出的进气门通过空气量的所述推定值，算出进气管压力的所述推定值。

4.根据权利要求3所述的带增压器的发动机的控制装置，其特征在于，

所述第2计算单元，使用第1映射将进气门通过空气量的所述推定值变换为进气管压力的所述推定值，使用第2映射将进气管压力的所述推定值变换为缸内空气量的所述推定值，所述第1映射是使用多个参数将进气门通过空气量与进气管压力进行了关联的映射，所述第2映射是使用多个参数将进气管压力与缸内空气量进行了关联的映射。