CN104832303B - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机(1)的控制装置，其中的大气压推算单元包括：计算出与节流阀开度相对应的有效开口面积的有效开口面积计算单元(21)；计算出有效开口面积与节流阀开度之间的关系的学习值的节流阀开度学习值计算单元(22)；根据与修正后的学习值的误差计算出误差偏差的误差偏差计算单元(23)；判定误差偏差是否在规定范围内的偏差范围判定单元(24)；更新大气压推算值的大气压推算值更新单元(26)；以及用更新后的大气压推算值来计算出目标节流阀开度的目标节流阀开度计算部(27)，从而将节流阀开度控制为目标节流阀开度。由此，即使节流阀设备差异存在偏差等，也能够推算出正确的大气压。

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，其具有用于计算内燃机的控制参数的大气压推算单元。
背景技术
近年来，使用内燃机(发动机)的输出轴转矩作为驾驶员或车辆侧对驱动力的要求值，并以此为指标来控制发动机产生的转矩，即所谓的“基于转矩进行控制”的发动机控制方法正在普及。在这种基于转矩进行控制的方法中，基于驾驶员对加速踏板的操作量来决定发动机的目标转矩，并控制节流阀开度，以使发动机吸入能够产生上述目标转矩的目标吸入空气流量，再根据实际的吸入空气流量来控制燃料喷射量和点火时期，将发动机的输出控制为目标转矩，从而实现驾驶员所要求的行驶性能。
为了实现上述与发动机的目标转矩相对应的目标吸入空气流量，在对与发动机的节流阀相连设置的致动器进行驱动来控制节流阀开度的发动机控制装置中，提出了如下方案：使用以目标吸入空气流量、节流阀前后的压力比、节流阀的开口面积等为基本量的限制性流量计的流量计算公式，求出节流阀的目标开口面积，并控制与节流阀相连设置的致动器以使节流阀开度达到与上述节流阀的目标开口面积相应的节流阀开度。然而，为了使用限制性流量计的流量计算公式来计算达到目标吸入空气流量的节流阀开度，需要大气压、进气管内压(进气歧管压力)、进气温度等节流阀前后的物理量，从而需要安装用于检测出这些物理量的传感器。而安装这些传感器会导致成本增加，为此，提出了无需使用这些传感器内的大气压传感器就能推算出大气压的方法。
作为上述无需使用大气压传感器就能推算出大气压的方法，已知有例如专利文献1所示的方法：将在起动时和行驶过程中的节流阀开度达到规定值以上时对进气歧管压力进行修正后的值作为大气压推算值。这一方法中，由于驾驶员的驾驶状态，节流阀开度有时无法达到规定值以上，从而存在起动时推算出的大气压推算值不会被更新的问题，作为对此的解决方法，也提出了例如专利文献2所公开的方法：根据由节流阀开度求出的有效开口面积和大气压推算值，求出进气量，并调整大气压推算值以使所求出的进气量与目标进气量一致。从而，与专利文献1相比，能够扩大可进行推算的运转区域。
另外，在节流阀设备差异存在偏差等而导致节流阀开度与有效开口面积之间的关系存在误差的情况下，例如如专利文献3所公开的那样，能够通过使用学习节流阀开度与有效开口面积之间的关系的方法来修正节流阀开度，并以修正后的节流阀开度进行控制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开昭58－65950号公报
专利文献2：日本专利第5462390号公报
专利文献3：日本专利特开2008－57339号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在专利文献2所示的方法中，根据由节流阀开度求出的有效开口面积和大气压推算值来求出进气量，并调整大气压推算值以使求出的进气量与目标进气量一致，在利用这种方法的情况下，若节流阀设备差异存在偏差等而导致节流阀开度与有效开口面积之间的关系存在误差，则该误差会反映在大气压推算值中，从而成为与实际大气压的误差。另外，对于专利文献3所公开的针对节流阀设备差异的偏差而将节流阀开度与有效开口面积之间的关系的学习方法用于上述调整大气压推算值的方法，并没有记载具体的方法，存在无法推算出正确的大气压的问题。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种即使节流阀设备差异存在偏差等的情况下，也能够推算出正确的大气压的内燃机的控制装置。
解决技术问题所采用的技术方案
为了解决上述问题，本发明所涉及的内燃机的控制装置的特征在于，包括：检测内燃机的运转状态的运转状态检测单元；基于内燃机的运转状态来计算出目标吸入空气流量的目标吸入空气流量计算单元；设置在内燃机的进气通路中的节流阀；通过控制节流阀的节流阀开度使进气通路的有效开口面积发生变化，从而对内燃机的进气量进行可变控制的节流阀开度控制单元；检测出节流阀开度的节流阀开度检测单元；检测出节流阀在内燃机侧的压力以作为进气歧管压力的压力检测单元；检测出节流阀的进气温度的进气温度检测单元以及检测出内燃机的吸入空气流量的吸入空气流量检测单元；以及对用于计算内燃机的控制参数的大气压进行推算的大气压推算单元，大气压推算单元包括：根据推算出的大气压、吸入空气流量、进气歧管压力以及进气温度计算出与节流阀开度相对应的有效开口面积的有效开口面积计算单元；计算出所设定的有效开口面积与节流阀开度之间的关系映射、以及有效开口面积与节流阀开度之间的关系的学习值的节流阀开度学习值计算单元；判定有效开口面积与节流阀开度之间的关系是否在规定的学习值范围内的学习值范围判定单元；根据有效开口面积与节流阀开度之间的关系映射、与基于节流阀开度学习值计算单元修正后的有效开口面积与节流阀开度之间的关系映射的误差计算出误差偏差的误差偏差计算单元；判定误差偏差是否在规定范围内的偏差范围判定单元；在有效开口面积与所述节流阀开度之间的关系落在规定范围以外且误差偏差在规定范围以外的情况下，更新大气压推算值的大气压推算值更新单元；以及利用由大气压推算值更新单元更新后的大气压推算值来计算出目标节流阀开度的目标节流阀开度计算部，从而将所述节流阀开度控制为目标节流阀开度。
发明效果
根据本发明的内燃机的控制装置，具有如下优异效果，针对节流阀设备差异所存在的偏差，学习节流阀开度与有效开口面积之间的关系，同时将节流阀开度的学习范围以及节流阀开度与有效开口面积之间的关系在统计学上的偏差作为判断基准，来更新大气压推算值，从而能够在学习节流阀设备差异所存在的偏差的同时在较宽的运转区域内高精度地推算出大气压。
附图说明
图1是表示适用实施方式1所涉及的内燃机的控制装置的车辆的主要部分的简要结构图。
图2是表示实施方式1中的发动机控制部的大气压推算部的框图。
图3是表示实施方式1中的大气压推算处理步骤的流程图。
图4是表示实施方式1中的节流阀开度的误差偏差运算处理的流程图。
图5是表示实施方式1中的有效开口面积与节流阀开度之间的关系在学习后的特性的图。
图6是表示实施方式1中的有效开口面积与节流阀开度之间的关系的学习范围的图。
图7是表示实施方式1中的节流阀开度学习值计算处理部的处理的框图。
图8是表示实施方式1中的长期学习值的存储处理部的处理的框图。
图9是表示实施方式1中的节流阀开度学习基本值的计算方法的简要说明图。
图10是表示实施方式1中相对于节流阀开度所能取的有效开口面积的关系的简要说明图。
图11是表示实施方式1中的长期学习值的存储处理方法的简要说明图。
图12是表示实施方式1中的单调递增处理方法的简要说明图。
图13是表示实施方式2中的大气压推算处理步骤的流程图。
图14是表示实施方式2中的有效开口面积的误差偏差运算处理的流程图。
图15是表示实施方式2中的节流阀开度与有效开口面积之间的关系在学习后的特性的图。
图16是表示实施方式2中的节流阀开度与有效开口面积之间的关系的学习范围的图。
具体实施方式
下面，参照图1～图16，对本发明的实施方式所涉及的内燃机的控制装置进行说明。
实施方式1
图1是表示适用实施方式1所涉及的内燃机的控制装置的车辆的主要部分的简要结构图，图2是表示实施方式1中的发动机控制部的大气压推算部的框图。图3是表示实施方式1中的大气压推算处理步骤的流程图。
首先，用图1来说明适用实施方式1所涉及的内燃机的控制装置的车辆的主要部分的结构。发动机1的进气系统的上游侧设有用于测定吸入空气量的空气流量传感器2(AirFlow Sensor，以下称为AFS)，并且在AFS2内置或者作为另外的传感器而安装有进气温度传感器3。在AFS2下游的发动机1侧，设有能够通过电控制来调节吸入空气量的电子控制节流阀4。
另外，为了测定电子控制节流阀4的开度，设有节流阀开度传感器5。还设有压力传感器8，用于测定电子控制节流阀4下游的包括气室6及进气歧管7在内的空间的进气歧管压力。这里，也可以使用基于进气歧管压力来推算吸入空气量的方法(所谓的S/D(速度密度)方式)来代替AFS2，进气温度传感器3也可以设置在进气歧管内。
在进气歧管7及包含有气缸的进气阀附近，设有用于喷射燃料的喷射器9，进气阀及排气阀分别设有用于使气门正时可变的进气VVT(Variable Valve Timing)10及排气VTT11，在气缸盖设有用于驱动使气缸内产生火花的火花塞的点火线圈12。排气歧管13中设有未图示的O2传感器或催化剂。另外，进气VVT10和排气VVT11也可以仅设置其中一个，还可以一个都不设置。
表示发动机1的运转状态的信息将上述传感器或未图示的其它传感器所输出的检测信号、或发动机的起动开关(S/W)即点火S/W(以下称为IG-S/W)等的信息也包括在内，输入至由微机或接口电路构成的电子控制装置(Electronic Control Unit，以下称为ECU)20。
ECU20中，根据所输入的各种数据计算出目标转矩，并计算出达到所计算出的目标转矩的目标吸入空气流量，而为了达到目标吸入空气流量，用后文所述的方法来计算出目标有效开口面积，并求出目标节流阀开度。计算目标有效开口面积所需的大气压使用后述的大气压推算部进行处理而得到的大气压推算值。然后，控制电子控制节流阀4的开度，以达到目标节流阀开度。同时，还计算出包含喷射器9、进气VVT10、排气VVT11、点火线圈12在内的各种致动器的指示值。
图2示出了图1中的发动机控制部的大气压推算部的结构。向ECU20输入来自运转状态检测单元即上述传感器组2、3、5、8、IG-S/W14及其它未图示的各种传感器15的信号，从而输出对于控制发动机的单元即上述致动器组4、9、10、11、12及其它未图示的各种致动器16的指示值。
在ECU20内实施与发动机控制有关的所有处理，但这里先说明与本实施方式有关的节流阀控制部和大气压推算部的动作的简要情况。
利用AFS2、进气温度传感器3、压力传感器8分别测定出的吸入空气量Qa(S/D方式下由进气歧管压力Pb推算出)、进气温度Ta(当进气温度传感器设置于进气歧管内的情况下，代替大气温度来使用)、进气歧管压力Pb、和后述的大气压推算值，并根据上述参数由有效开口面积计算部21求出节流阀的有效开口面积CAt。
接下来，节流阀开度学习值计算部22根据之前计算出的有效开口面积CAt、节流阀开度传感器5测定的节流阀开度TP、以及预先设定的有效开口面积与节流阀开度之间的关系映射，计算出节流阀开度学习值。接着，误差偏差计算部23利用有效开口面积CAt、节流阀开度TP、根据节流阀开度学习值修正后的有效开口面积CAt’与节流阀开度TP之间的关系，计算出相对于有效开口面积CAt的节流阀开度TP与学习修正后的节流阀开度TP’的偏差量、或者相对于节流阀开度TP的有效开口面积CAt与学习修正后的有效开口面积CAt’的偏差量，并由偏差范围判定部24判定该偏差量是否在规定范围内。再由学习上下限判定部25判定有效开口面积CAt与节流阀开度TP之间的关系是否在规定的学习值范围内。
然后，在判断为有效开口面积CAt与节流阀开度TP之间的关系落在规定的学习范围外且上述偏差量也在规定范围外的情况下，由大气压推算值更新部26更新大气压推算值Pa。在IG-S/W导通后且发动机1启动前，使用进气歧管压力Pb作为大气压推算值Pa。目标节流阀开度计算部27使用更新后的大气压推算值Pa和其它信息，计算出目标节流阀开度TP*。基于计算出的目标节流阀开度TP*来控制电子控制节流阀4。
接下来，参照每一规定时刻的运算处理(例如每隔10ms进行的主处理、每隔BTDC75degCA进行的中断处理)内实施的图3所示的大气压推算处理步骤的流程图，来对ECU20内进行的到大气压推算值更新部26为止的处理进行详细说明。
首先，在流程图的步骤S301中，判定为是否是IG-S/W导通且发动机停转的状态，若判定为是，则进入步骤S302，将进气歧管压力Pb代入大气压推算值Pa，更新大气压推算值Pa并结束。若为否，则判定为发动机1正在运转，进入步骤S303。
由此，在IG-S/W导通且发动机停转的情况下，通过更新大气压推算值Pa，从而对于大气压发生了变化但与本车的行驶无关的情况下(例如因运输而发生的移动等)的大气压变化也能应对。
接着，在步骤S303中，计算出节流阀的有效开口面积CAt。本计算方法基本上与专利文献3所示的方法相同，对这里使用的流体力学的基础公式进行说明。所谓限制性流量计的体积流量计算公式(压缩性流体的情况)由下式来表示。
(1)式
这里，将吸入空气流量记为Qa[L/s]，大气中的音速记为αa[m/s]，节流阀的有效开口面积记为CAt[cm2]，进气歧管压力记为Pb[k/Pa]，大气压记为Pa[k/Pa]，比热比记为κ[]。其中，可用下式来定义无量纲流量σ[]。
(2)式
由此，(1)式可简单地改写为下述(3)式。
(3)式
Qa＝αa·CAt·σ
在将气体常数记为R[kJ/(kg·K)]、大气温度记为Ta[K]的情况下，大气中的音速αa[m/s]可由下述(4)式来表述。
(4)式
这里，在给出了吸入空气流量Qa、大气中的音速αa、和无量纲流量σ的情况下，节流阀的有效开口面积CAt可由(3)式变形后得到的下式计算出。
(5)式
如上所述，在给出了吸入空气流量Qa、大气中的音速αa、和无量纲流量σ的情况下，可以求出节流阀的有效开口面积CAt。
接着，在步骤S304中，计算出节流阀开度学习值。节流阀开度学习值的计算方法将在后文中阐述。接着，在步骤S305中，计算出节流阀开度的误差偏差。节流阀开度的误差偏差通过图4所示的节流阀开度误差偏差运算处理的流程图来计算。
对图4的流程图进行说明。首先，在步骤S401中，根据步骤S303中计算出的有效开口面积CAt、预先设定的有效开口面积与节流阀开度之间的关系、以及前次处理时刻的节流阀开度学习值，计算出本次的节流阀开度学习值，并计算出相对于有效开口面积CAt的学习后的节流阀开度TP1。例如图5所示，纵轴表示节流阀开度TP，横轴表示有效开口面积CAt时，用实线来表示预先设定的有效开口面积与节流阀开度之间的关系，在该情况下，用虚线来表示根据节流阀开度学习值修正后的有效开口面积CAt与节流阀开度TP之间的关系。这里，将步骤S303中计算出的有效开口面积记为CAt1，可以求出学习后的节流阀开度TP1。
然后，在步骤S402中，根据节流阀开度TP和学习后节流阀开度TP1计算出节流阀开度的误差，在步骤S403中假设节流阀开度TP的误差偏差满足正态分布，由此求出方差s2作为节流阀开度的误差偏差。在样本是由N个数据(x1、x2、……、xn)构成的情况下，方差s2由下式来定义。
(6)式
由此可知，方差s2是各数据(x1、x2、……、xn)与其平均值的误差的平方平均值。本实施方式中，使用由之前的数据求出的学习值作为平均值，并将对各数据与学习值的误差的平方通过初级滤波实施了平均处理后的值作为相当于方差的值。具体而言，方差由(7)和(8)式计算得到。
(7)式
Ts[n]＝(TP2[n]-TP1[n])2
(8)式
Tg[n]＝Kg×Tg[n-1]+(1-Kg)×Ts[n]
这里，Ts为节流阀开度的误差的平方，Tg为节流阀开度的误差的方差，TP2为节流阀开度传感器5所测出的节流阀开度TP，Kg为滤波系数，且使用预先设定的适当值。除了上述初级滤波值以外，也可以使用例如移动平均值。n表示本次值，n-1表示前次值。
因此，通过假设节流阀开度TP的误差偏差满足正态分布，节流阀开度TP的误差偏差可以使用方差s2，从而能够容易地估计偏差范围。至此，节流阀开度TP的误差偏差运算结束。这里使用了方差，但也可以使用方差的平方根即标准差。
回到图3的流程图的说明。步骤S306中，判定压力比是否小于规定值A。这里，压力比是指节流阀前后的压力比，具体而言，是指进气歧管压力Pb/大气压推算值Pa。规定值A设定为接近1的值，例如0.95。这是因为，如果相比于规定值A，压力比更加接近1，则无量纲流量σ的灵敏度将变高，节流阀开度学习值的误差可能变大，因此排除压力比比规定值A更加接近1的情况。若判定为是，则进入步骤S307，若判定为否，则进入步骤S312。步骤S312中，将前次的大气压推算值Pa作为大气压推算值Pa，并结束处理。这里，在判定为否的情况下，在进入步骤S312之前，也可以同时使用现有的方法(例如专利文献1的方法等)。即，也可以在节流阀开度TP大于规定值、或者进气歧管压力Pb＞大气压推算值Pa时，进入步骤S302，而反之则进入步骤S312。
步骤S307中，判定步骤S305计算出的节流阀开度TP的误差偏差即方差s2是否大于规定值B。若判定为是，则进入步骤S308，若判定为否，则进入步骤S312。步骤S312中，将前次的大气压推算值Pa作为大气压推算值Pa，并结束处理。
接着，在步骤S308中判定相对于有效开口面积CAt1的节流阀开度TP2是否小于节流阀开度学习下限值。若判定为是，则进入步骤S309，若判定为否，则进入步骤S310。如图6所示，若纵轴表示节流阀开度TP，横轴表示有效开口面积CAt时，用实线来表示预先设定的有效开口面积与节流阀开度之间的关系，则节流阀开度学习下限值用虚线表示，节流阀开度学习上限值用单点划线表示。学习上下限值基于节流阀设备差异的偏差来预先设定。图6上，若步骤S303中计算出的有效开口面积CAt1与从节流阀开度传感器5得到的节流阀开度TP2(＝TP)的交点在节流阀开度学习下限值TP3之下，则判定为是。由于图6所示的交点在节流阀开度学习下限值TP3之上，则判定为否。
步骤S309中，使前次的大气压推算值Pa加上规定值Ptg_up，作为本次的大气压推算值Pa，并结束处理。若交点小于节流阀开度学习下限值，则认为不是由节流阀设备差异的偏差引起的，而是实际的大气压大于大气压推算值Pa，从而向增大侧更新大气压推算值Pa。为了避免大气压推算值Pa发生剧烈变化，优选将规定值Ptg_up设为1[kPa]以下的值。
在步骤S310中，判定节流阀开度TP是否大于节流阀开度学习上限值TP4。若判定为是，则进入步骤S311，从前次的大气压推算值Pa减去规定值Ptg_down，作为本次的大气压推算值Pa，并结束处理。学习上限值基于节流阀设备差异的偏差来预先设定。若节流阀开度学习值大于学习上限值，则认为不是由节流阀设备差异的偏差引起的，而是实际的大气压小于大气压推算值Pa，因此向减小侧更新大气压推算值Pa。为了避免大气压推算值Pa发生剧烈变化，优选将规定值Ptg_down设为1[kPa]以下的值。若判定为否，则判定大气压推算值Pa是正确的，因此，进入步骤S312，将前次的大气压推算值Pa作为大气压推算值Pa，并结束处理。
通过以上处理，大气压推算值Pa得到更新。
接着，对步骤S304中节流阀开度学习值的运算(节流阀开度学习值计算部22)进行详细说明。基本上与专利文献2所示的方法相同。对使用上述(1)～(5)式所示的理论公式来实现节流阀开度学习值计算部22的方法进行说明。图7和图8是表示节流阀开度学习值计算部22的详情的控制块图。
首先，参照图7的控制块图，对节流阀开度学习值计算部22的节流阀控制和节流阀开度学习的概况进行说明。在功能块701中，根据加速器开度等所输入的各种数据，计算出目标转矩之类的发动机输出指标，并计算出达到所计算出的发动机输出指标所需的目标气缸吸入空气量，基于目标气缸吸入空气量，计算出通过节流阀的目标吸入空气量(以下称为目标Qa*)。然后，在功能块702中，使用(5)式，根据目标Qa*、大气中的音速αa、、无量纲流量σ，计算出目标有效开口面积(以下称为目标CAt*)，以作为用于达到目标Qa*的目标CAt*。由此，基于限制性流量计的流量计算公式来计算目标CAt*，因此，即使因环境条件发生变化、EGR导入等导致发动机的运转状态发生了变化，也能够很好地计算出达到目标Qa*的目标CAt*。
另外，在ECU20内利用(4)式对计算功能块702所需的大气中的音速αa进行计算时，运算负荷会变大，因此，如功能块703所示，预先计算出大气中音速的理论值，并采用以进气温度Ta为轴的映射的方式进行存储，在进行功能块702的计算之前，在功能块703中，利用进气温度Ta来计算大气中的音速αa。
此外，对于功能块702的计算所需的无量纲流量σ，在ECU20内用(2)式进行计算时也会导致运算负荷变得庞大，因此并不实用。因此，如功能块704所示，为了减轻ECU20内的运算负荷，预先计算出无量纲流量的理论值，并采用以进气歧管压力Pb与大气压Pa的压力比Pb/Pa为轴的映射的方式进行存储，在进行功能块702的计算之前，计算出进气歧管压力Pb与大气压Pa的压力比Pb/Pa,在功能块704中，利用该压力比Pb/Pa来计算无量纲流量σ。
另外，已知当压力比Pb/Pa为规定值E(空气的情况下约为0.528)以下时，通过节流阀的空气流量一般将达到饱和(所谓闭塞)。在发生上述闭塞的情况下，由(2)式计算出的无量纲流量σ将变为固定值也是已知的。因此，在进气歧管压力Pb与大气压Pa的压力比Pb/Pa为规定值E以下时，通过将功能块704的映射的值设为与规定值E相对应的固定值(空气的情况下约为0.5787)，从而在发生了闭塞的情况下也能进行计算。
另外，当压力比Pb/Pa大于一定程度时，进气歧管压力Pb因吸入空气脉动而发生的振荡对于无量纲流量σ的影响有时会变大。因此，在压力比Pb/Pa为规定值Pr(例如约0.95)以上时，通过将功能块704的映射的值作为与规定值Pr相对应的固定值(例如约0.26)来进行处理，能够减小吸入空气脉动的影响，从而确保节流阀的控制性能。在进气歧管压力Pb的峰值大于大气压Pa的情况下，认为进气歧管内的压力振荡会导致反向流过节流阀的空气的产生，因此在此情况下，也可以将功能块704的映射的值设为与规定值Pr相对应的固定值(例如约0.26)来进行处理。
由此，使用功能块702中计算出的目标CAt*，在功能块705中计算出目标节流阀开度TP*。此时，使用所测定的吸入空气流量Qa，预先求出由(5)式计算出的有效开口面积CAt与节流阀开度TP之间的关系，并以有效开口面积CAt与节流阀开度TP一一对应的关系映射的方式来存储有效开口面积CAt与节流阀开度TP，通过使用这一映射来根据目标有效开口面积CAt*计算出目标节流阀开度TP*。
在上述根据所计算出的目标节流阀开度TP*来控制节流阀开度TP的情况下，为了减小节流阀本体及各种传感器等的偏差、各种推算误差引起的目标Qa与实际Qa之间的误差，对于计算节流阀开度学习值TPLRN的方法进行如下说明。
为了计算出节流阀开度学习值TPLRN，在功能块706中，根据吸入空气流量Qa、大气中的音速αa和无量纲流量σ，计算出学习时使用的有效开口面积CAti。接着，在功能块707中，使用与功能块705相同的映射，根据有效开口面积CAti计算出学习用节流阀开度TPi。然后，在功能块708中，计算出目标节流阀开度TP*与学习用节流阀开度TPi的偏差ΔTP(＝TP*-TPi)，以作为节流阀开度学习基本值，在功能块709中，对ΔTP进行积分等而计算出节流阀开度学习值TPLRN并保存。功能块709中节流阀开度学习值TPLRN的保存处理的详情将在后文中阐述。在功能块710中将以上计算出的目标节流阀开度TP*与节流阀开度学习值TPLRN相加，最终计算出用于驱动电子控制节流阀4的学习修正后的目标节流阀开度TPLRN*。
由此，在节流阀开度学习值计算部22中，基于节流阀开度学习基本值ΔTP(目标节流阀开度TP*与学习用节流阀开度TPi的偏差)，计算出节流阀开度学习值TPLRN，根据节流阀开度学习值TPLRN对目标节流阀开度TP*进行修正，并利用学习修正后目标节流阀开度TPLRN*来控制节流阀开度TP。
下面，同时参照图9，对节流阀开度控制的学习功能进行具体说明。图9是简要地说明节流阀开度学习基本值ΔTP的计算方法的图。这里，若考虑将节流阀开度TP与有效开口面积CAt一一对应起来，则在目标吸入空气量Qa*与吸入空气量Qa之间存在误差的情况下，由目标吸入空气量Qa*计算出的目标有效开口面积CAt*、与由吸入空气量Qa计算出的有效开口面积Cati之间也会存在误差。
例如图9所示，用于控制节流阀开度TP的有效开口面积CAt与节流阀开度TP之间的关系映射(以下记为CAt-TP映射，用于功能块705和707，参照虚线所示)、与包括了当前的控制对象即发动机1的节流阀本体的偏差、测定进气歧管压力Pb、进气温度Ta等的各种传感器的偏差而推算出的实际的有效开口面积CAt与节流阀开度TP之间的关系(以下记为实际CAt-TP关系，参照实线所示)之间存在误差。
此时，目标有效开口面积CAt*与目标节流阀开度TP*之间的关系用图9的CAt-TP映射上的点a来表示。但如图9所示，当CAt-TP映射(虚线)与实际CAt-TP关系(实线)之间存在误差的情况下，与目标节流阀开度TP*相对应的实际CAT-TP关系(实线)上的点b的有效开口面积CAti不同于目标有效开口面积CAt*，从而，在将节流阀开度TP控制为目标节流阀开度TP*时所得到的吸入空气量Qa将与目标吸入空气量Qa*不一致。
因此，为了计算出修正这一误差的学习值，基于将节流阀开度TP控制为目标节流阀开度TP*时测定的吸入空气量Qa，计算出有效开口面积CAti。有效开口面积CAti与目标节流阀开度TP*之间的关系用图9中实际CAt-TP关系(实线)的曲线上的点b来表示。
图9中，为了达到目标有效开口面积CAt*(目标吸入空气量Qa*)，需要将节流阀开度TP控制在实际CAt-TP关系(实线)的曲线上的点d，因此，需要计算出点a与点d之间的差分ΔTP，以作为节流阀开度学习基本值。此时，如图9所示，假定CAt-TP映射(虚线)与实际CAt-TP关系(实线)局部满足大致平行的关系，基于由节流阀开度TP被控制为目标节流阀开度TP*时的吸入空气量Qa计算出的有效开口面积CAti，利用CAt-TP映射(虚线)来计算出学习用节流阀开度TPi。
此处计算出的学习用节流阀开度TPi与有效开口面积CAti之间的关系用图9的CAt-TP映射(虚线)上的点c来表示。因此，点b与点c之间的差分所示的节流阀开度学习基本值ΔTP(＝TP*-TPi)可以视作为和点a与点d之间的节流阀开度学习基本值大致相等。该节流阀开度学习值ΔTP乘上增益并进行积分而得到的值成为节流阀开度学习值TPLRN，通过根据目标节流阀开度TP*加上节流阀开度学习值TPLRN而得到的学习修正后的目标节流阀开度TPLRN*来控制节流阀开度TP，能够减小目标吸入空气量Qa*与吸入空气量Qa之间的误差。
从而，在计算出用于得到目标吸入空气量Qa*的节流阀开度TP时，对于节流阀本体和各种传感器等的偏差、各种推算的误差，能够学习修正有效开口面积CAt与节流阀开度TP之间的关系，从而很好地达到目标吸入空气量Qa*。此时，若CAt-TP映射(虚线)与实际CAT-TP关系(实线)之间的误差具有大致固定(实质平行)的关系，则单独使用节流阀开度学习值TPLRN来进行反馈控制也能够在整个运转区域中进行良好的控制。
例如图10所示，当CAt-TP映射(参照虚线)与实际CAt-TP关系(参照实线)交叉时，或者CAt-TP映射(参照点划线)与实际CAt-TP关系(参照实线)的误差不固定(平行)时，如果单独使用节流阀开度学习值TPLRN，有可能导致过渡运转时追踪迟滞或过冲等问题发生。
为了应对上述情况，优选如图8所示，将节流阀开度学习基本值ΔTP分为用于反馈控制的实时学习值TPR、及存储于和CAt-TP映射的CAt轴(图9、图10的横轴)相对应的每一个学习区域的长期学习值TPL进行存储，基于这些学习值来计算出节流阀开度学习值TPLRN。从而，能够使CAt-TP映射上的值与长期学习值TPL之和接近实际CAt-TP关系。另外，通过同时使用实时学习值TPR，能够通过反馈控制来吸收瞬时误差。下面，基于图8的功能框图，并同时参照图11和图12的说明图，对节流阀开度学习值的计算及保存方法进行详细说明。
图8中，由功能块801进行节流阀开度学习基本值ΔTP的分配处理，按照规定的比例将其分为实时学习值TPR和长期学习值TPL。切换单元801a中，当规定的复位条件成立时，向计算实时学习值的功能块802输入“0”，在规定的禁止更新条件成立时，输入前次的实时学习值TPR(n-1)，在实时学习值TPR的复位条件或禁止更新条件不成立时，输入分配后的节流阀开度学习基本值ΔTP。因此，在功能块802中，当实时学习值TPR的复位条件或禁止更新条件(将在后文阐述)不成立时，基于分配后的节流阀开度学习基本值ΔTP，计算出最终的实时学习值TPR。
切换单元801b中，当规定的禁止更新条件成立时，向功能块803输入前次的长期学习值TPL(n-1)，在长期学习值TPL的禁止更新条件不成立时，输入分配后的节流阀开度学习基本值ΔTP。因此，在功能块803中，当长期学习值TPL的禁止更新条件不成立时，基于分配后的节流阀开度学习基本值ΔTP，对与CAt-TP映射的CAt轴相对应的每一个学习区域计算出最终的长期学习值TPL。
作为切换单元801a、801b中禁止更新条件的具体例，可以是进气歧管压力Pb与大气压Pa的压力比Pb/Pa在规定值F以上的情况下，或者进气歧管压力峰值大于大气压的情况下，(2)式的运算会产生误差，因此，禁止实时学习值TPR及长期学习值TPL进行更新。
另外，作为切换单元801a中的复位条件的具体例，也可以是目标吸入空气量Qa*的时间变化率dQa*/dt达到规定值G以上之后经过的时间在规定值H以内时，在该期间内，对实时学习值TPR进行复位。这一条件相当于检测出过渡运转的情况，但也可以用作为长期学习值TPL的禁止更新条件来抑制误学习。
功能块804中，限制长期学习值TPL，以使CAt-TP映射与加上了长期学习值TPL而修正后的实际CAt-TP关系单调递增。这也是为了抑制误学习而进行的处理，是为了保证节流阀开度TP与吸入空气量Qa之间的关系单调递增的处理。功能块805中，在每一个学习区域中存储经过单调递增处理后的长期学习值TPL。功能块806中，将实时学习值TPR与长期学习值TPL相加，计算出节流阀开度学习值TPLRN。
功能块805中，长期学习值TPL存储于缓冲存储器。即，在发动机1停止运转的过程中或者ECU20的电源切断时，对实时学习值TPR进行复位，但长期学习值TPL被保持在缓冲存储器中。
接下来，参照图11、图12，对图8所示的每一个学习区域的长期学习值TPL计算处理进行具体说明。图11和图12分别是简要说明本发明的实施方式1所涉及的长期学习值TPL的保存处理和单调递增处理的说明图。图9中，节流阀开度学习基本值ΔTP是点b与点c之间的差分，但也可以将其用作为点a与点d之间的学习值。这里，考虑将节流阀开度学习基本值ΔTP分配存储到相对于CAt-TP映射的CAt轴例如一一对应的每一个学习区域中。此时，如图11所示，可以在与目标有效开口面积CAt*前后的CAt轴相对应的学习区域、和与有效开口面积CAti前后的CAt轴相对应的学习区域中的至少一方存储为长期学习值TPL。
与各CAt轴相对应的学习区域中存储的长期学习值TPL可以通过前次的长期学习值TPL(n-1)加上基于节流阀开度学习基本值ΔTP的规定值而计算得到，或者可以通过根据规定值计算出目标有效开口面积CAt*及有效开口面积CAti前后的CAt轴为止的比所对应的值，并将该值与前次的长期学习值TPL(n-1)相加而计算得到。另外，若对目标有效开口面积CAt*与有效开口面积CAti都存储长期学习值TPL，则能够缩短长期学习值TPL的收敛时间。
在按上述方法计算长期学习值TPL的情况下，能够进行学习的条件仅仅是禁止更新条件不成立的情况(将在后文阐述)，因而实际上进行学习的仅限于正常运转的常用区域。另外，节流阀开度TP与吸入空气量Qa一般是单调递增的关系，有效开口面积CAt与节流阀开度TP之间的关系也需要是单调递增的。
而在进行局部学习的情况下，如图12的虚线和虚线框所示，CAt-TP映射(参照实线)的值与长期学习值TPL之和(参照虚线)有时无法满足单调递增。这种情况下，例如无论是否增加目标吸入空气量Qa*，学习修正后的节流阀目标开度TPLRN*都是减小的，因此，存在发动机1的输出下降和节流阀开度学习值TPLRN误学习的问题。
因此，在功能块804中，如图12的点线和点线框所示，为了使CAt-TP映射(参照实线)的值与长期学习值TPL之和(参照点线)单调递增，在长期学习值TPL的每一个学习区域中进行限制长期学习值TPL的处理。从而，能够防止节流阀开度学习值TPLRN的误学习和误动作。由此，能够实现节流阀开度学习值计算部23，并能够学习节流阀开度TP与有效开口面积CAt之间的关系。
如上所述，根据实施方式1的内燃机的控制装置，计算节流阀开度学习值，针对节流阀设备差异所存在的偏差，学习节流阀开度与有效开口面积之间的关系，同时将考虑了节流阀开度学习值的节流阀开度与节流阀开度之差在统计学上的偏差作为判断基准，来更新大气压推算值，从而能够高精度地推算出大气压，而不用管节流阀设备差异所存在的偏差。
实施方式2
图13是表示实施方式2中的大气压推算处理步骤的流程图。内燃机的控制装置所适用的车辆的主要部分、以及发动机控制部的大气压推算部都与实施方式1的图1和图2所示的结构相同。与实施方式1的不同之处在于，实施方式1中是基于相对于有效开口面积CAt的节流阀开度TP与学习修正后的节流阀开度TP’的偏差量来推算大气压，而在实施方式2中，是基于相对于节流阀开度TP的有效开口面积CAt与学习修正后的有效开口面积CAt’的偏差量来推算大气压。
接下来，参照每一规定时刻的运算处理(例如每隔10ms进行的主处理、每隔BTDC75degCA进行的中断处理)内实施的图13所示的大气压推算处理步骤的流程图，来对ECU20内进行的到大气压推算值更新部26为止的处理进行详细说明。
图13所示的流程图中的步骤S1301～S1304的处理与实施方式1中说明的图3的步骤S301～S304的处理相同，因此省略说明。另外，步骤S1304的节流阀开度学习值的计算(节流阀开度学习值计算部22)也与实施方式1中说明的内容基本相同，因此省略说明。
对步骤S1305及之后的步骤进行说明。在步骤S1305中，计算出有效开口面积CAt的误差偏差。有效开口面积CAt的误差偏差通过图14所示的流程图来计算。对图14的流程图进行说明。首先，在步骤S1401中，根据节流阀开度传感器5求出的节流阀开度TP、预先设定的有效开口面积与节流阀开度之间的关系、以及前次处理时刻的有效开口面积学习值，计算出本次的有效开口面积学习值，并计算出相对于节流阀开度TP的学习后有效开口面积CAt’。例如图15所示，纵轴表示有效开口面积，横轴表示节流阀开度时，用实线来表示预先设定的有效开口面积与节流阀开度之间的关系，则根据节流阀开度学习值进行了修正的值用虚线表示。这里，将节流阀开度TP记为TP5，可以求出学习后的有效开口面积CAt2。将步骤S1303中计算出的有效开口面积记为CAt3。
然后，在步骤S1402中，由有效开口面积CAt3和学习后的有效开口面积CAt2计算出有效开口面积的误差，在步骤S1403中假设有效开口面积CAt的误差偏差满足正态分布，由此求出方差以作为有效开口面积的误差偏差。本实施方式2中，使用由之前的数据求出的学习值作为平均值，并对各数据与学习值的误差的平方进行初级滤波，将实施了平均处理后的值作为相当于方差的值。具体而言，根据(9)和(10)式计算得到。
(9)式
CAts[n]＝(CAt3[n]-CAt2[n])2
(10)式
CAtg[n]＝Kg×CAtg[n-1]+(1-Kg)×CAts[n]
这里，CAts为有效开口面积的误差的平方，CAtg为有效开口面积的误差的方差，CAt3为步骤S1303中求出的有效开口面积CAt，Kg为滤波系数，且使用预先设定的适当值。除了上述初级滤波值以外，也可以使用例如移动平均值。n表示本次值，n-1表示前次值。
由此，通过假设有效开口面积CAt的误差偏差满足正态分布，有效开口面积CAt的误差偏差可以使用方差，从而能够容易地估计偏差范围。至此，有效开口面积CAt的误差偏差运算结束。这里使用了方差，但也可以使用方差的平方根即标准差。
回到图13的流程图的说明。步骤S1306中，判定压力比是否小于规定值A。若判定为是，则进入步骤S1307，若判定为否，则进入步骤S1312。这里，规定值A的设定与实施方式1相同。步骤S1312中，将前次的大气压推算值Pa作为大气压推算值Pa，并结束处理。这里，在判定为否的情况下，在进入步骤S1312之前，也可以同时使用现有的方法(例如专利文献1的方法等)。即，也可以在节流阀开度TP大于规定值、或者进气歧管压力Pb＞大气压推算值Pa时，进入步骤S1302，而反之，则进入步骤S1312。
步骤S1307中，判定步骤S1305计算出的有效开口面积CAt的误差偏差即方差是否大于规定值C。若判定为是，则进入步骤S1308，若判定为否，则进入步骤S1312。步骤S1312中，将前次的大气压推算值Pa作为大气压推算值Pa，并结束处理。
接着，在步骤S1308中，判定有效开口面积是否大于节流阀开度学习上限值。若判定为是，则进入步骤S1309，若判定为否，则进入步骤S1310。如图16所示，纵轴表示有效开口面积CAt，横轴表示节流阀开度TP时，若用实线来表示预先设定的有效开口面积与节流阀开度之间的关系，则节流阀开度学习下限值用虚线表示，节流阀开度学习上限值用单点划线表示。节流阀开度学习上下限值通过考虑节流阀设备差异的偏差来预先进行设定。图16上，若步骤S1303中计算出的有效开口面积CAt3与从节流阀开度传感器5得到的节流阀开度TP5(＝TP)的交点在节流阀开度学习上限值CAt5之上，则判断为是。由于图16所示的交点在节流阀开度学习上限值之上，则判断为是。
步骤S1309中，使前次的大气压推算值Pa加上规定值Ptg_up，作为本次的大气压推算值Pa，并结束处理。若交点大于节流阀开度学习上限值，则认为不是由节流阀设备差异的偏差引起的，而是实际的大气压大于大气压推算值Pa，因此向增大侧更新大气压推算值Pa。为了避免大气压推算值Pa发生剧烈变化，优选将规定值Ptg_up设为1[kPa]以下的值。
在步骤S1310中，判定有效开口面积CAt是否小于节流阀开度学习下限值CAt4。若判定为是，则进入步骤S1311，从前次的大气压推算值Pa减去规定值Ptg_down，作为本次的大气压推算值Pa，并结束处理。若节流阀开度学习值小于学习下限值，则认为不是由节流阀设备差异的偏差引起的，而是实际的大气压小于大气压推算值Pa，因此向减小侧更新大气压推算值Pa。为了避免大气压推算值Pa发生剧烈变化，优选将规定值Ptg_down设为1[kPa]以下的值。若判定为否，则进入步骤S1312。步骤S1312中，将前次的大气压推算值Pa作为大气压推算值Pa，并结束处理。
通过以上处理，大气压推算值得到更新。
如上所述，根据实施方式2的内燃机的控制装置，计算节流阀开度学习值，针对节流阀设备差异所存在的偏差，学习节流阀开度与有效开口面积之间的关系，同时将考虑了节流阀开度学习值的节流阀开度与节流阀开度之差在统计学上的偏差作为判断基准，来更新大气压推算值，从而能够高精度地推算出大气压，而不用管节流阀设备差异所存在的偏差。
另外，本发明可以在其发明范围内对各实施方式进行自由组合，或者对各个实施方式适当地进行变形、省略。
另外，图中的相同标号表示相同或相当的部分。
标号说明
1 发动机；2 空气流量传感器；3 进气温度传感器；4 电子控制节流阀；5 节流阀开度传感器；6 气室；7 进气歧管；8 压力传感器；9 喷射器；10 进气VTT；11 排气VTT；12点火线圈；13 排气歧管；14 IG-S/W；15 各种传感器；16 各种致动器；20 ECU；21 有效开口面积计算部；22 节流阀开度学习值计算部；23 误差偏差计算部；24 偏差范围判定部；25学习上下限判定部；26 大气压推算值更新部；27 目标节流阀开度计算部。

Claims (8)

1.一种内燃机的控制装置，具备对用于计算内燃机(1)的控制参数的大气压进行推算的大气压推算单元，其特征在于，包括：
检测出内燃机(1)的运转状态的运转状态检测单元(2)、(3)、(5)、(8)、(14)、(15)；
基于所述内燃机(1)的运转状态来计算出目标吸入空气流量的目标吸入空气流量计算单元(20)；
设置在所述内燃机(1)的进气通路中的节流阀(4)；
通过控制所述节流阀(4)的节流阀开度使所述进气通路的有效开口面积发生变化，从而对所述内燃机(1)的进气量进行可变控制的节流阀开度控制单元(20)；
检测出所述节流阀开度的节流阀开度检测单元(5)；
检测出所述节流阀(4)在所述内燃机(1)侧的压力以作为进气歧管压力的压力检测单元(8)；
检测出所述节流阀(4)的进气温度的进气温度检测单元(3)；以及
检测出所述内燃机(1)的吸入空气流量的吸入空气流量检测单元(2)，
所述大气压推算单元包括：
根据大气压推算值、所述吸入空气流量、所述进气歧管压力以及所述进气温度，计算出与所述节流阀开度相对应的有效开口面积的有效开口面积计算单元(21)；
计算出所设定的有效开口面积与节流阀开度之间的关系映射、以及所述有效开口面积与所述节流阀开度之间的关系的学习值的节流阀开度学习值计算单元(22)；
判定所述有效开口面积与所述节流阀开度之间的关系是否在规定的学习值范围内的学习值范围判定单元(25)；
根据所述有效开口面积与所述节流阀开度之间的关系映射、与基于所述节流阀开度学习值计算单元(22)修正后的有效开口面积与节流阀开度之间的关系映射的误差，计算出误差偏差的误差偏差计算单元(23)；
判定所述误差偏差是否在规定范围内的偏差范围判定单元(24)；
在所述有效开口面积与所述节流阀开度之间的关系落在规定范围以外且所述误差偏差在规定范围以外的情况下，更新大气压推算值的大气压推算值更新单元(26)；以及
利用由所述大气压推算值更新单元(26)更新后的大气压推算值来计算出目标节流阀开度的目标节流阀开度计算部(27)，
将所述节流阀开度控制为所述目标节流阀开度，
所述大气压推算单元将所述内燃机(1)起动前的所述进气歧管压力作为所述大气压推算值的初始值。
2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述误差是节流阀开度的误差，该节流阀开度的误差是作为相对于由所述修正后的有效开口面积与节流阀开度之间的关系映射计算出的所述有效开口面积的学习后的节流阀开度、与所述节流阀开度之间的偏差而计算出的。
3.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述误差偏差是所述节流阀开度的误差的方差或标准差。
4.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
当相对于所述有效开口面积的所述节流阀开度大于规定的节流阀开度的学习上限值时，向减小侧更新所述大气压推算值，
当相对于所述有效开口面积的所述节流阀开度小于规定的节流阀开度的学习下限值时，向增大侧更新所述大气压推算值。
5.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述误差是有效开口面积的误差，该有效开口面积的误差是作为相对于由所述修正后的有效开口面积与节流阀开度之间的关系映射计算出的所述有效开口面积的学习后有效开口面积、与所述有效开口面积之间的偏差而计算出的。
6.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述误差偏差是所述有效开口面积的误差的方差或标准差。
7.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
当相对于所述节流阀开度的所述有效开口面积大于规定的有效开口面积的学习上限值时，向增大侧更新所述大气压推算值，
当相对于所述节流阀开度的所述有效开口面积小于规定的有效开口面积学习下限值时，向减小侧更新所述大气压推算值。
8.如权利要求1至7的任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
包括求出所述进气歧管压力与所述大气压推算值的压力比的压力比计算单元，
当所述压力比计算单元计算出的压力比在规定范围以外时，停止更新所述大气压推算值。
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