CN105781763B - 用于内燃机的控制设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于内燃机的控制设备，包括电子控制单元。电子控制单元配置为在第一控制算法和第二控制算法之间切换用于计算致动器的指令值的控制算法。电子控制单元配置为在从第一控制算法切换至第二控制算法之后的第一控制周期中，将通过使第二控制算法的根据偏差而改变的项的在当前控制周期中计算出的值与根据第一控制算法在前一个控制周期中计算出的指令值相加而获得的值计算作为在当前控制周期中计算出的指令值的值。根据所述偏差而改变的项的值包括在当前控制周期中计算出的I控制的I项的更新量。

Description

用于内燃机的控制设备
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的控制设备，且更具体地，涉及在两个控制算法之间切换构成内燃机的致动器的控制算法的控制设备。
背景技术
各种致动器(诸如节气门、EGR阀以及可变喷嘴)布置在内燃机中，且基于这些致动器的操作来控制内燃机的运转。这些致动器具有连续改变或者分阶段改变的操作量。通过控制设备来计算确定操作量的指令值。根据致动器的控制算法来执行指令值的计算。例如，在通过前馈控制(下文，称为FF控制)和反馈控制(下文，称为FB控制)来控制致动器的情形下，指令值被计算为前馈项(下文，称为FF项)和反馈项(下文，称为FB项)之和。具体地，FB项是P项、I项以及D项中的任一个或者它们的组合。
在一些情况下，多个控制算法被选择性地应用于其中一个致动器。从其中一个控制算法切换至另一个控制算法引起指令值计算方法的切换，因而指令值可能紧接切换之后经历突然改变。用于致动器的指令值的突然改变引起由致动器的操作所控制的控制量的波动。当仅打算抑制指令值的突然改变时，可以通过滤波处理以及平均处理来抑制指令值的改变。但是，在对指令值执行这样的处理的情形下，关于控制量本身的可控性被降低。因此，一段时期内追求的是抑制在控制算法的切换期间发生的指令值的突然改变而不降低可控性。
公开号2007-218144的日本专利申请(JP2007-218144A)和公开号2006-275172的日本专利申请(JP2006-275172A)公开了用于抑制在控制算法的切换期间发生的指令值的突然改变的技术。下文，将描述其概要以及问题。
JP2007-218144A公开了一种控制设备，其在FF-FB组合控制和FB单个控制之间切换燃料喷射系统的高压泵的控制算法，在FF-FB组合控制中FF控制和FB控制组合使用，在FB单个控制中仅实施FB控制。该控制设备配置为在从FF-FB组合控制切换至FB单个控制期间，将切换之前用于FF控制的FF项设定为切换之后用于FB控制的I项的初始值。此外，该控制设备配置为在从FB单个控制切换至FF-FB组合控制期间，将用于FB控制的I项设定为切换之后用于FF控制的FF项的初始值。
JP2006-275172A公开了一种控制设备，其在实施FF控制和FB控制的第一控制和仅实施FB控制的第二控制之间切换用于带式无级变速器的液压控制的电磁阀的控制算法。该控制设备配置为在从第一控制切换至第二控制期间，将切换之前用于FF控制的FF项和切换时点处的用于FB控制的I项彼此相加，并且将结果设定为切换之后用于FB控制的I项的初始值。此外，该控制设备配置为在从第二控制切换至第一控制期间，从切换之前用于FB控制的I项减去切换时点处的用于FF控制的FF项，并且将结果设定为切换之后用于FB控制的I项的初始值。
发明内容
但是，关于在JP2007-218144A中公开的技术存在改善空间。在从FB单个控制切换至FF-FB组合控制之后的第一控制周期中，用于FF控制的FF项的初始值变成用于前一个控制周期的FB控制的I项的值。但是，在随后的控制周期中，基于反映所需的燃料喷射量和发动机转速的映射图来设定用于FF控制的FF项的值。因此，用于FF控制的FF项在初始控制周期和随后的控制周期之间突然改变。最终，给予电磁阀的指示值可能经历突然改变。
关于在JP2006-275172A中公开的技术也存在改善空间。在从第二控制切换至第一控制之后的第一控制周期中，基于从用于前一个控制周期的FB控制的I项减去用于当前控制周期的FF控制的FF项来获得切换之后的I项的初始值。但是，作为发明人的与本申请有关的计算的结果，已经确认的是，在计算切换之后的I项的初始值期间单独考虑前一个控制周期的I项不足以确保抑制指令值的突然改变。此外，虽然I项由前一个值和当前更新量(通过I增益乘以偏差而获得的值)之和来表示，但是在I项的初始值被如上所述设定的情形下，当前更新量并未反映在I项中。I项的更新量是根据偏差改变的值，并且是需要通过FB控制来确保与目标值的服从性的改变量。因此，在当前更新量未反映在I项中的情形下，关于控制量的可控性被降低。
在上述方法中，可以这样说，用于致动器的指示值的突然改变的可能性仍然至少存在于从仅包括FB控制的控制算法至包括FF控制和FB控制的控制算法的切换期间。
本申请的发明人已经认识到上述问题一般与控制算法的切换有关并对抑制给予致动器的指令值的突然改变进行检查，要求不降低对从特定控制算法(不限于仅包括FB控制的控制算法)至至少包括FB控制的控制算法的切换的可控性。本发明源自于该检查。
本发明提供了一种用于内燃机的控制设备，其能够抑制给予致动器的指令值的突然改变，同时要求不降低对于控制量的可控性，突然改变可归因于控制算法切换。
根据本发明的方案，提供了一种用于内燃机的控制设备。内燃机包括致动器。控制设备包括电子控制单元。电子控制单元配置为根据第一控制算法以预定控制周期来计算给予致动器的指令值。电子控制单元配置为根据不同于第一控制算法的第二控制算法以所述控制周期来计算给予致动器的指令值。第二控制算法包括反馈控制，反馈控制包括I控制并且与目标值与当前值之间的偏差对应。电子控制单元配置为在第一控制算法和第二控制算法之间切换用于计算致动器的指令值的控制算法。电子控制单元配置为在从第一控制算法切换至第二控制算法之后的第一控制周期中，将通过使第二控制算法的根据所述偏差而改变的项的在当前控制周期中计算出的值与根据第一控制算法在前一个控制周期中计算出的指令值相加而获得的值计算作为在当前控制周期中计算出的所述指令值的值。所述根据偏差而改变的项的在当前控制周期中计算出的值包括在当前控制周期中计算出的I控制的I项的更新量。第二控制算法的反馈控制至少包括I控制。但是，第二控制算法的反馈控制还可以包括P控制和D控制。此外，第二控制算法可以包括FF控制。
在从第一控制算法切换至第二控制算法之后的第一控制周期中，通过使在反馈控制中包括的、根据偏差而改变的项(下文，称为从属偏差项)的当前值与根据第一控制算法计算出的指令值的前一个值(也即，前一个控制周期的指令值)相加而获得的值被计算作为指令值的当前值。至少I控制的I项的更新量包括在从属偏差项中。
在该方案的控制设备中，第二控制算法可以包括前馈控制。电子控制单元可以配置为在从第一控制算法切换至第二控制算法之后的第一控制周期中，将通过从根据第一控制算法在前一个控制周期中计算出的指令值减去前馈控制的前馈项的当前值而获得的值计算作为I控制的I项的前一个值以及计算作为在当前控制周期中计算出的指令值的值。根据该方案，通过使根据第一控制算法计算出的指令值的前一个值和至少包括I项的更新量的从属偏差项的当前值彼此相加而获得的FF项抵销值被计算作为指令值的当前值。FF项不一定是根据输入而改变的变量。FF项可以是固定值(也即，不限制FF控制的内容)。
在从第一控制算法切换至第二控制算法之后的第一控制周期中，通过使在反馈控制中包括的从属偏差项的当前值与根据第一控制算法计算出的指令值的前一个值(也即，前一个控制周期的指令值)相加而获得的值可以配置为被计算作为指令值的当前值。在第二控制算法的反馈控制包括I控制的情形下，I控制的I项的更新量可以包括在从属偏差项中。在反馈控制包括P控制的情形下，P控制的P项可以包括在从属偏差项中。在反馈控制包括D控制的情形下，D控制的D项可以包括在从属偏差项中。
根据上述方案的控制设备，在从第一控制算法至至少包括FB控制的第二控制算法的切换期间，通过使在FB控制中包括的从属偏差项的当前值与根据第一控制算法计算出的指令值的前一个值相加而获得的值被计算作为指令值的当前值，因而能够抑制可归因于控制算法切换的、给予致动器的指令值的突然改变，而不会降低关于控制量的可控性。致动器可以是安置在压缩点火式内燃机的进气通路中的节气门。致动器可以是控制流入内燃机的涡轮增压器的涡轮的排气的流量的致动器。
附图说明
以下将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优势以及技术及工业重要性，在附图中相似的附图标记指代相似的元件，且在附图中：
图1是示出根据本发明实施例的发动机系统的构造的图；
图2是示出关于根据本发明实施例的控制设备的节气门操作的控制结构的图；
图3是示出节气门操作的程序的流程图；
图4是示出关于根据本发明实施例的控制设备的可变喷嘴操作的控制结构的图；
图5是示出可变喷嘴操作的程序的流程图；
图6是示出根据相对于示例1的第一比较示例的计算结果的曲线图组；
图7是示出根据相对于示例1的第二比较示例的计算结果的曲线图组；
图8是示出根据示例1的计算结果的曲线图组；
图9是示出根据相对于示例2的第一比较示例的计算结果的曲线图组；
图10是示出根据相对于示例2的第二比较示例的计算结果的曲线图组；
图11是示出根据示例2的计算结果的曲线图组；
图12是示出根据示例3的计算结果的曲线图组；
图13是示出根据示例4的计算结果的曲线图组；
图14是示出根据示例5的计算结果的曲线图组；以及
图15是示出根据示例6的计算结果的曲线图组。
具体实施方式
下文中，将参考附图描述本发明的实施例。除非另外提及或除非数目被原则上明确规定，否则本发明并不限于在以下描述中关于本发明的元件的数目，诸如元件的个数、数量、量、范围等。除非另外提及或除非原则上明确规定为必需的，否则对本发明来说在以下描述中的结构、步骤等都不是必需的。
图1是示出根据本发明实施例的发动机系统的构造的图。根据该实施例的内燃机是附接涡轮增压器的压缩点火式内燃机(下文，简称为发动机)。四个气缸串联布置在发动机2中，且为各个气缸布置了喷射器8。进气歧管4和排气歧管6附接至发动机2。从空气滤清器20吹送的空气(新鲜空气)流经的进气通路10，连接至进气歧管4。涡轮增压器的压缩机14附接至进气通路10。在进气通路10中，节气门24比压缩机14布置得更靠下游。在进气通路10中，中间冷却器22布置在压缩机14和节气门24之间。释放排气至大气的排气通路12连接至排气歧管6。涡轮增压器的涡轮16附接至排气通路12。可变喷嘴18布置在涡轮16中。
发动机2设置有EGR设备，其将排气从排气系统再循环至进气系统。EGR设备将进气通路10在节气门24的下游侧的位置通过EGR通路30连接至排气歧管6。EGR阀32布置在EGR通路30中。在EGR通路30中，EGR冷却器34比EGR阀32布置得更靠排气侧。绕过EGR冷却器34的旁通通路36布置在EGR通路30中。旁通阀38布置在EGR通路30和旁通通路36彼此合流的位置处。旁通阀38改变流经EGR冷却器34的排气的流量和流经旁通通路36的排气的流量之间的比率。
发动机2设置有用于排气净化的排气控制装置。排气控制装置在排气通路12中比涡轮16布置得更靠近下游。排气控制装置包括柴油机氧化催化剂(DOC)70、柴油机微粒过滤器(DPF)72以及选择性催化还原(SCR)74，它们也按该顺序从排气通路12的上游侧进行排列。尿素添加阀76布置在SCR74的入口处。
用于获得与发动机2的运转状态有关的信息的传感器附接在发动机2各处。测量吹入进气通路10的新鲜空气的流量的空气流量计58附接至空气滤清器20的下游侧的进气通路10。压力传感器62、64分别附接在压缩机14的上游侧和下游侧。压力传感器56和温度传感器60附接在中间冷却器22和节气门24之间。压力传感器54、68分别附接至进气歧管4和排气歧管6。在排气通路12中，用于测量排气中包含的NOx的浓度的NOx传感器78附接在SCR 74的下游侧。此外，布置有用于曲轴旋转检测的曲轴转角传感器52、根据加速踏板的开度输出信号的加速器开度传感器66等。
这些上述传感器和致动器电连接至控制设备100。控制设备100是电子控制单元。控制设备100控制发动机2的整个系统，并且具有作为主要部件的包括CPU、ROM以及RAM的计算机。各种控制程序(稍后描述)存储在ROM中。这些程序由控制设备100实施并且致动器基于来自传感器的信号进行操作。然后，发动机2受到运转控制。
控制设备100通过将指令值给予致动器来操作致动器。根据为各个致动器确定的预定控制算法来计算用于致动器的指令值。在一些情况下，多个控制算法依据致动器的作用而选择性地应用于其中一个致动器。在根据该实施例的发动机2中，多个控制算法至少应用于节气门24、可变喷嘴18、EGR阀32、旁通阀38以及尿素添加阀76。在多个控制算法应用于单个致动器的情形下，指令值计算方法由于控制算法的切换而切换。当计算方法改变时，指令值可能会在切换前后经历突然改变。因此，在控制设备100中实行了用于防止用于致动器的指令值在控制算法的切换期间突然改变的措施。这将在下文对于每个致动器进行详细描述。
节气门24的操作在以下描述的节气门前/后压差控制以及新鲜空气量控制下执行。
节气门前/后压差控制是用于操作节气门24以使得节气门24的上游压力和下游压力之间的压差(称为节气门前/后压差)对应于目标压差的控制。与节气门前/后压差控制有关的控制量是节气门前/后压差，而与其有关的操作量是节气门24的关闭度，更具体来说，是相对于与全开位置是基本位置的情况有关的全开位置的关闭度。节气门前/后压差控制的控制算法由FF控制组成。
在节气门前/后压差控制的FF控制中，基于目标节气门前/后压差、由空气流量计58测得的新鲜空气量(当前新鲜空气量)、由压力传感器56测得的节气门上游压力以及由温度传感器60测得的节气门上游温度来计算作为指令值的节气门24的关闭度。通过使用节气门24的模型公式(诸如节气门公式)或者通过使用基于通过匹配(adaptation)获得的数据所作出的映射图来计算节气门24的关闭度。与基于EGR比率控制(稍后描述)的EGR阀32的操作相结合来执行在节气门前/后压差控制期间的节气门24的操作。目标节气门前/后压差是为对于EGR比率控制所需的压差确保在EGR阀32的上游侧和下游侧之间而设定。
新鲜空气量控制是用于操作节气门24以使得通过节气门24的新鲜空气的量对应于目标新鲜空气量的控制。与新鲜空气量控制有关的控制量是新鲜空气量，而与其有关的操作量是节气门24的关闭度。新鲜空气量控制的控制算法由FF控制和FB控制组成。
在新鲜空气量控制的FF控制中，基于目标新鲜空气量、由温度传感器60测得的节气门上游温度、由压力传感器56测得的节气门上游压力、由压力传感器54测得的进气歧管压力(节气门下游压力)以及由空气流量计58测得的新鲜空气量(当前新鲜空气量)，来计算节气门关闭度的FF项。通过使用节气门24的模型公式(诸如节气门公式)或者通过使用基于通过匹配获得的数据所作出的映射图来执行FF项的计算。
新鲜空气量控制的FB控制是PID控制，在PID控制中基于目标新鲜空气量和当前新鲜空气量之间的偏差来计算节气门关闭度的FB项。FB项由P项、I项以及D项组成。在这些项中特别重要的是I项。因此，FB控制不一定必须是PID控制，优选的是至少I控制包括在其中。FF项和FB项之和被设定为用于节气门24的指令值。从基于燃料喷射量以及发动机转速的映射图中确定目标新鲜空气量。与基于EGR阀前/后压差控制(稍后描述)的EGR阀32的操作相结合来执行基于新鲜空气量控制的节气门24的操作。
图2是示出与节气门24的操作相关的控制设备100的控制结构的框图。在图2中示出的控制结构包括作为第一计算器件的节气门前/后压差控制单元102、作为第二计算器件的新鲜空气量控制单元104以及作为控制算法切换器件的控制算法切换单元106。节气门前/后压差控制单元102根据上述节气门前/后压差控制的控制算法来计算用于节气门24的指令值。新鲜空气量控制单元104根据上述新鲜空气量控制的控制算法来计算用于节气门24的指令值。
控制算法切换单元106选择应用于节气门24的控制算法，并且根据选择的结果来指示节气门前/后压差控制单元102和新鲜空气量控制单元104。在新鲜空气量控制被选择的情形下，控制算法切换单元106指示节气门前/后压差控制单元102停止计算指令值并且指示新鲜空气量控制单元104开始计算指令值。当节气门前/后压差控制单元102被指示停止计算指令值时，其停止指令值的计算并且将最新指令值给予新鲜空气量控制单元104。当新鲜空气量控制单元104被指示开始指令值的计算时，其通过使用由节气门前/后压差控制单元102给予的指令值(指令值的前一个值)来开始指令值的计算。在节气门前/后压差控制被选择的情形下，控制算法切换单元106指示新鲜空气量控制单元104停止计算指令值，并且指示节气门前/后压差控制单元102开始计算指令值。在该情况下，节气门前/后压差控制单元102和新鲜空气量控制单元104彼此不交换指令值的前一个值。稍后将参考流程图详细描述在控制算法的切换期间的指令值的计算。
控制设备100的这些单元102、104、106与存储在控制设备100的ROM中的节气门操作程序相关。当该程序被从ROM中读取并且由CPU实施时，这些单元102、104、106的功能在控制设备100中实现。
图3是示出用于在控制设备100中实现与节气门24的操作有关的单元102、104、106的功能的程序的流程图。控制设备100以恒定控制周期来实施图3中所示的程序。下文，将按照步骤的顺序来描述实施该程序期间的处理。以下描述中的致动器指的是节气门24。此外，以下描述中的第一控制算法指的是节气门前/后压差控制的控制算法，以下描述中的第二控制算法指的是新鲜空气量控制的控制算法。
在步骤S101中，根据相应的控制算法获取计算指令值所需的各种数据。
在步骤S102中，基于发动机2的运转状态来判定是否切换控制算法。在在该切换判定中选择第一控制算法的情形下，步骤S103和S104作为后续处理被实施。在选择第二控制算法的情形下，步骤S111、S112、S113、S114以及S115作为后续处理被实施或者步骤S111、S112、S114以及S115作为后续处理被实施。
在选择第一控制算法的情形下，首先实施步骤S103。在步骤S103中，计算在第一控制算法中包括的FF控制的FF项(FF项1)。
在步骤S104中，通过使用在步骤S103中计算出的FF项(FF项1)和以下的等式来计算给予致动器的指令值(指令值1)。
指令值1＝FF项1
在选择第二控制算法的情形下，首先实施步骤S111。在步骤S111中，计算在第二控制算法中包括的FF控制的FF项(FF项2)。
在步骤S112中，检查当前控制周期是否为控制算法切换之后的第一控制周期。在当前控制周期是切换至第二控制算法之后的第一控制周期时，首先实施步骤S113，然后实施步骤S114。否则，跳过步骤S113，实施步骤S114。
在步骤S113中，计算在第二控制算法中包括的I控制的I项(I项2)的前一个值。I项的前一个值意思是前一个控制周期的I项。但是，因为在切换至第二控制算法之后执行I项的计算，所以在切换之后的第一控制周期中不存在I项的前一个值。此外，I项是作为重复FB控制的结果所获得的用于稳态误差的校正项，因而在开始FB控制的第一控制周期中不存在作为I项的前一个值的合理值。因此，在该情况下计算的I项的前一个值仅是虚拟的前一个值。在步骤S113中，通过从在前一个控制周期的步骤S104中计算出的指令值(指令值1的前一个值)减去在当前控制周期的步骤S111中计算出的FF项(FF项2)而获得的值如以下等式被计算，并且该值被设定为实际不存在的I项(I项2)的前一个值。无论什么值被设定为I项的前一个值，当重复FB控制时I项收敛于对应于稳态控制系统误差的值。
I项2的前一个值＝指令值1的前一个值-FF项2
在步骤S114中，基于以下相应的等式来计算在第二控制算法中包括的P控制的P项(P项2)、I控制的I项(I项2)以及D控制的D项(D项2)。在以下等式中“偏差”意思是作为受控对象的控制量的目标值和实际值之间的偏差。在新鲜空气量控制的情形下，控制量是新鲜空气量。“偏差×I增益”是I项的更新量。“I项2的前一个值”在实施步骤S113的情形下是在步骤S113中计算出的I项的前一个值，而在跳过步骤S113的情形下是在前一个控制周期的步骤S114中计算出的I项。此处，基于以下等式计算P项2、I项2和D项2。
P项2＝偏差×P增益
I项2＝偏差×I增益+I项2的前一个值
D项2＝偏差的微分值×D增益
在步骤S115中，通过使用在步骤S111中计算出的FF项(FF项2)和在步骤S114中计算出的FB项(P项2、I项2和D项2)以及以下等式来计算给予致动器的指令值(指令值2)。
指令值2＝FF项2+P项2+I项2+D项2
在实施步骤S113的情形下，也即，在从第一控制算法切换至第二控制算法之后的第一控制周期中，给予致动器的指令值(指令值2)最终由以下等式来表示。
指令值2＝P项2+I项2的更新量+D项2+指令值1的前一个值
在该等式中，P项2、I项2的更新量和D项2中的每个都是随着偏差改变的从属偏差项。换句话说，在第一控制周期中计算出的指令值(指令值2)变成通过仅使从属偏差项与指令值的前一个值(指令值1)相加而获得的值，这是因为通过从根据第一控制算法计算出的指令值(指令值1)减去FF项的当前值而获得的值紧接切换之前变成I项的前一个值。
结果，发生在从第一控制算法切换至第二控制算法之后的第一控制周期中的指令值的改变量(当前值相对于前一个值的改变量)仅变成与偏差对应的改变量。因此，抑制了给予致动器的指令值在切换控制算法前后的突然改变。此外，在指令值中包括都是从属偏差项的P项2、I项2的更新量和D项2中的每个，因而也抑制了对于控制量的可控性的降低。
可变喷嘴18是控制流入涡轮增压器的涡轮16的排气的流量的致动器。废气旁通阀已知是等同物。在发动机设置有废气旁通阀而不是可变喷嘴的情形下，以下操作能够应用至废气旁通阀。
在以下描述的进气歧管压力控制、排气歧管压力控制、节气门上游压力控制以及涡轮效率控制下执行可变喷嘴18的操作。
进气歧管压力控制是用于操作可变喷嘴18以使得进气歧管压力对应于目标进气歧管压力的控制。与进气歧管压力控制有关的控制量是进气歧管压力，而与其有关的操作量是可变喷嘴18的开度。进气歧管压力控制的控制算法由FF控制和FB控制组成。
在进气歧管压力控制的FF控制中，基于发动机转速、燃料喷射量、EGR阀32的开度以及节气门24的关闭度来计算可变喷嘴开度的FF项。通过使用基于通过匹配获得的数据所作出的映射图来执行FF项的计算。
进气歧管压力控制的FB控制是PID控制，在PID控制中，基于目标进气歧管压力和由压力传感器54测得的当前进气歧管压力之间的偏差来计算可变喷嘴18的开度的FB项。FF项和FB项之和被设定为用于可变喷嘴18的指令值。
排气歧管压力控制是用于操作可变喷嘴18以使得排气歧管压力对应于目标排气歧管压力的控制。与排气歧管压力控制有关的控制量是排气歧管压力，而与其有关的操作量是可变喷嘴18的开度。排气歧管压力控制的控制算法由FF控制和FB控制组成。
在排气歧管压力控制的FF控制中，基于发动机转速、燃料喷射量和EGR阀32的开度来计算可变喷嘴开度的FF项。通过使用基于通过匹配获得的数据所作出的映射图来执行FF项的计算。
排气歧管压力控制的FB控制是PID控制，在PID控制中，基于目标排气歧管压力和由压力传感器68测得的当前排气歧管压力之间的偏差来计算可变喷嘴18的开度的FB项。FF项和FB项之和被设定为用于可变喷嘴18的指令值。
节气门上游压力控制是用于操作可变喷嘴18以使得节气门上游压力对应于目标节气门上游压力的控制。与节气门上游压力控制有关的控制量是节气门上游压力，而与其有关的操作量是可变喷嘴18的开度。节气门上游压力控制的控制算法由FF控制和FB控制组成。
在节气门上游压力控制的FF控制中，基于发动机转速、燃料喷射量和EGR阀32的开度来计算可变喷嘴开度的FF项。通过使用基于通过匹配获得的数据所作出的映射图来执行FF项的计算。
节气门上游压力控制的FB控制是PID控制，在PID控制中，基于目标节气门上游压力和由压力传感器56测得的当前节气门上游压力之间的偏差来计算可变喷嘴18的开度的FB项。FF项和FB项之和被设定为用于可变喷嘴18的指令值。
涡轮效率控制是用于操作可变喷嘴18以使得涡轮效率(涡轮增压效率)对应于目标涡轮效率的控制。与涡轮效率控制有关的控制量是涡轮效率，而与其有关的操作量是可变喷嘴18的开度。涡轮效率能够被定义为用于绝热压缩插入的功与供向压缩机的功的比。具体地，当压缩机具有入口温度To、出口温度Ts、入口压力Po、出口压力Ps以及比热比K时，涡轮效率能够由以下等式来表示。
涡轮效率＝{(Ps/Po)(K-1)/K-1}/(Ts/To-1)
涡轮效率控制的控制算法由FF控制和FB控制组成。在涡轮效率控制的FF控制中，基于发动机转速、燃料喷射量和EGR阀32的开度来计算可变喷嘴开度的FF项。通过使用基于通过匹配获得的数据所作出的映射图来执行FF项的计算。
涡轮效率控制的FB控制是PID控制，在PID控制中，基于目标涡轮效率和当前涡轮效率之间的偏差来计算可变喷嘴18的开度的FB项。从由压力传感器62、64测得的压缩机14的前/后压力和由空气流量计58测得的新鲜空气量来计算当前涡轮效率。FF项和FB项之和被设定为用于可变喷嘴18的指令值。
结构附图4是示出与可变喷嘴18的操作相关的控制设备100的其中一种控制结构的框图，且该控制结构特别地与进气歧管压力控制和排气歧管压力控制相关。在图4中所示的控制结构包括作为第一计算器件的进气歧管压力控制单元112、作为第二计算器件的排气歧管压力控制单元114以及作为控制算法切换器件的控制算法切换单元116。进气歧管压力控制单元112根据上述进气歧管压力控制的控制算法来计算用于可变喷嘴18的指令值。排气歧管压力控制单元114根据上述排气歧管压力控制的控制算法来计算用于可变喷嘴18的指令值。
控制算法切换单元116选择应用于可变喷嘴18的控制算法，并且根据选择的结果来指示进气歧管压力控制单元112和排气歧管压力控制单元114。进气歧管压力控制单元112和排气歧管压力控制单元114如控制算法切换单元116所指示的那样停止或者开始指令值计算。在排气歧管压力控制单元114开始指令值计算的情形下，进气歧管压力控制单元112停止指令值计算并且将最新指令值(指令值的前一个值)传给排气歧管压力控制单元114。在进气歧管压力控制单元112开始指令值计算的情形下，排气歧管压力控制单元114停止指令值计算并且将最新指令值(指令值的前一个值)传给进气歧管压力控制单元112。稍后将参考流程图详细描述在控制算法的切换期间的指令值的计算。
控制设备100的这些单元112、114、116与存储在控制设备100的ROM中的可变喷嘴操作程序相关。当该程序从ROM读取并且由CPU实施时，这些单元112、114、116的功能在控制设备100中实现。
不仅在进气歧管压力控制和排气歧管压力控制之间执行控制算法的切换，而且还在包括节气门上游压力控制和涡轮效率控制的每个组合中也执行控制算法的切换。四个控制算法中的每个由FF控制和FB控制组成，并且每个FB控制都包括在I控制中。因此，与图4中所示的控制结构类似的控制结构能够使用在四个控制算法的每个组合中。例如，在节气门上游压力控制和涡轮效率控制之间切换控制算法的情形下，在图4中所示的控制结构中，节气门上游压力控制可以代替进气歧管压力控制应用于单元112，且涡轮效率控制可以代替排气歧管压力控制应用于单元114。
图5是示出控制设备100中的用于实现与可变喷嘴18的操作相关的单元112、114、116的功能的程序的流程图。控制设备100以恒定控制周期来实施图5中所示的程序。以下描述中的致动器指的是可变喷嘴18。此外，以下描述中的第一控制算法指的是进气歧管压力控制、排气歧管压力控制、节气门上游压力控制和涡轮效率控制中的任何一个，且以下描述中的第二控制算法指的是四个控制算法中的非第一控制算法的任何一个。
在图5中，与图2中相同的步骤编号用于指代在内容上与图2中所示的程序的那些处理完全相同的处理。当到达与在步骤S102中选择第二控制算法的情形有关的处理时，图5中所示的程序和图2中所示的程序彼此完全相同。当到达与在步骤S102中选择第一控制算法的情形有关的处理时，图5中所示的程序和图2中所示的程序彼此不相同。
根据图5中所示的流程，在步骤S102中选择第一控制算法的情形下，步骤S121、S122、S123、S124以及S125作为后续处理实施或者步骤S121、S122、S124以及S125作为后续处理实施。
在步骤S121中，计算在第一控制算法中包括的FF控制的FF项(FF项1)。
在步骤S121中，检查当前控制周期是否为控制算法切换之后的第一控制周期。在当前控制周期是在切换至第一控制算法之后的第一控制周期时，首先实施步骤S123，然后实施步骤S124。否则，跳过步骤S123，实施步骤S124。
在步骤S123中，计算在第一控制算法中包括的I控制的I项(I项1)的前一个值。因为进气歧管压力控制、排气歧管压力控制、节气门上游压力控制和涡轮效率控制无例外的都包括I控制，所以为了计算I项需要检查前一个值。在步骤S123中，通过从在前一个控制周期的步骤S114中计算出的指令值(指令值2的前一个值)减去在当前控制周期的步骤S121中计算出的FF项(FF项1)所获得的值按以下等式被计算，并且该值被设定为I项(I项1)的前一个值。换句话说，基于以下等式计算I项1的前一个值。
I项1的前一个值＝指令值2的前一个值-FF项1
在步骤S124中，基于以下相应的等式来计算在第一控制算法中包括的P控制的P项(P项1)、I控制的I项(I项1)以及D控制的D项(D项1)。以下等式中的“I项1的前一个值”在实施步骤S123的情形下是在步骤S123中计算出的I项的前一个值，并且在跳过步骤S123的情形下是在前一个控制周期的步骤S124中计算出的I项。此处，基于以下等式计算P项1、I项1和D项1。
P项1＝偏差×P增益
I项1＝偏差×I增益+I项1的前一个值
D项1＝偏差的微分值×D增益
在步骤S125中，通过使用在步骤S121中计算出的FF项(FF项1)和在步骤S124中计算出的FB项(P项1、I项1和D项1)以及以下等式来计算给予致动器的指令值(指令值1)。
指令值1＝FF项1+P项1+I项1+D项1
在实施步骤S123的情形下，也即，在从第二控制算法切换至第一控制算法之后的第一控制周期中，给予致动器的指令值(指令值1)最终由以下等式来表示。
指令值1＝P项1+I项1的更新量+D项1+指令值2的前一个值
正如由以上等式所示，在从第二控制算法切换至第一控制算法之后的第一控制周期中发生的指令值的改变量(当前值相对于前一个值的改变量)仅变成由P项1、I项1的更新量和D项1之和表示的改变量，也即，与偏差对应的改变量。此外，根据图5中所示的程序，在从第一控制算法切换至第二控制算法之后的第一控制周期中发生的指令值的改变量(当前值相对于前一个值的改变量)也仅变成与偏差对应的改变量。换句话说，当受到切换的两个控制算法都包括FF控制和I控制时，根据图5中所示的程序的指令值的计算在双向切换中确保了由FB控制的可控性，并且允许获得不突然改变的连续的指令值。
在以下描述的EGR阀前/后压差控制以及EGR比率控制下执行EGR阀32的操作。
EGR阀前/后压差控制是用于操作EGR阀32以使得EGR阀32的上游压力和下游压力之间的压差(称为EGR阀前/后压差)对应于目标压差的控制。与EGR阀前/后压差控制有关的控制量是EGR阀前/后压差，而与其有关的操作量是EGR阀32的开度，更具体来说，是相对于与全闭位置是基本位置的情形有关的全闭位置的开度。EGR阀前/后压差控制的控制算法由FF控制组成。
在EGR阀前/后压差控制的FF控制中，基于发动机转速和燃料喷射量来计算EGR阀开度的FF项。通过使用基于通过匹配获得的数据所作出的映射图来执行FF项的计算。如上所述，基于EGR阀前/后压差控制的EGR阀32的操作是与基于新鲜空气量控制的节气门24的操作相结合而执行的。
EGR比率控制是用于操作EGR阀32以使得吸进气缸的气体的EGR比率对应于目标EGR比率的控制。与EGR比率控制有关的控制量是EGR比率，而与其有关的操作量是EGR阀32的开度。EGR比率控制的控制算法由FB控制组成。
EGR比率控制的FB控制是PID控制，在PID控制中，基于目标EGR比率和当前EGR比率之间的偏差来计算EGR阀开度的FB项。FB项被设定为用于EGR阀32的指令值。如上所述，基于EGR比率控制的EGR阀32的操作是与基于节气门前/后压差控制的节气门24的操作相结合而执行的。
EGR比率是每行程的EGR气体量与每行程的总气体量的比，且每行程的EGR气体量是每行程的总气体量和每行程的新鲜空气量之间的差。从发动机转速、进气歧管压力以及进气歧管温度能够计算出每行程的总气体量。从由空气流量计58测得的每小时的新鲜空气量和发动机转速能够计算出每行程的新鲜空气量。从由空气流量计58测得的新鲜空气量、进气歧管压力、进气歧管温度和发动机转速能够计算出当前EGR比率。目标EGR比率是用于获得目标新鲜空气量的EGR比率，且目标新鲜空气量由发动机转速和燃料喷射量确定。因此，从发动机转速、燃料喷射量、进气歧管压力和进气歧管温度能够计算出目标EGR比率。上述当前EGR比率计算方法和目标EGR比率计算方法仅是示例，且当前EGR比率和目标EGR比率可以由更多数量的参数来计算，或者可以由更少数量的参数以简化方式来计算。
图2中所示的控制结构能够应用于用于EGR阀操作的控制结构。EGR比率控制如利用新鲜空气量控制的情况那样包括FB控制，而EGR阀前/后压差控制如利用节气门前/后压差控制的情况那样不包括FB控制，因而在图2中所示的控制结构中，EGR比率控制可以代替新鲜空气量控制应用于单元104，且EGR阀前/后压差控制可以代替节气门前/后压差控制应用于单元102。
图3中所示的程序能够应用于EGR阀操作程序。在该情况下，致动器指的是EGR阀32，第一控制算法指的是EGR阀前/后压差控制的控制算法，且第二控制算法指的是EGR比率控制的控制算法。但是，因为EGR比率控制不包括FF控制，所以FF项2在步骤S111、S113以及S115中被视为零。
在以下描述的EGR阀前温度控制和EGR冷却器效率控制下执行旁通阀38的操作。
EGR阀前温度控制是用于操作旁通阀38以使得EGR阀32的入口温度对应于目标温度的控制。与EGR阀前温度控制有关的控制量是EGR阀32的入口温度，而与其有关的操作量是旁通阀38的位置，更具体来说，是具有作为基准的EGR气体全部流至EGR冷却器34的全开位置以及EGR气体全部流至旁通通路36的全闭位置的位置。EGR阀前温度控制的控制算法由FF控制组成。
在EGR阀前温度控制的FF控制中，基于发动机转速和燃料喷射量来计算旁通阀位置的FF项。通过使用基于通过匹配获得的数据所作出的映射图来执行FF项的计算。
EGR冷却器效率控制是用于操作旁通阀38以使得EGR气体通过EGR冷却器34的冷却效率对应于目标效率的控制。与EGR冷却器效率控制有关的控制量是EGR气体冷却效率，而与其有关的操作量是旁通阀38的位置。EGR冷却器效率控制的控制算法由FF控制和FB控制组成。
在EGR冷却器效率控制的FF控制中，基于目标效率、EGR气体量、EGR冷却器入口温度以及水温来计算旁通阀位置的FF项。通过使用基于通过匹配获得的数据所作出的映射图来执行FF项的计算。
EGR冷却器效率控制的FB控制是PID控制，在PID控制中，基于目标效率和当前效率之间的偏差来计算旁通阀位置的FB项。根据基于燃料喷射量和发动机转速的映射图来确定目标效率。基于EGR气体量、EGR冷却器流入水温、EGR冷却器入口温度、EGR冷却器出口温度等来计算当前效率。由EGR阀32的开度和EGR阀32的前/后压差能够计算出EGR气体量。能够通过温度传感器(未示出)来测量流入EGR冷却器34的冷却水的温度和在EGR冷却器34的入口和出口处的排气温度中的每个温度。FF项和FB项之和被设定为用于旁通阀38的指令值。
图2中所示的控制结构能够应用于用于旁通阀操作的控制结构。EGR冷却器效率控制如利用新鲜空气量控制的情况那样包括FB控制，而EGR阀前温度控制如利用节气门前/后压差控制的情况那样不包括FB控制，因而在图2中所示的控制结构中，EGR冷却器效率控制可以代替新鲜空气量控制应用于单元104，且EGR阀前温度控制可以代替节气门前/后压差控制应用于单元102。
图3中所示的程序能够应用于旁通阀操作程序。在该情况下，致动器指的是旁通阀38，第一控制算法指的是EGR阀前温度控制的控制算法，且第二控制算法指的是EGR冷却器效率控制的控制算法。
在以下描述的当量比控制和氨吸着量控制下执行尿素添加阀76的操作。
当量比控制是用于操作尿素添加阀76以使得在流入SCR 74的排气中的氨与NOx的当量比对应于目标当量比的控制。与当量比控制有关的控制量是当量比，而与其有关的操作量是尿素添加阀76的尿素添加量。当量比控制的控制算法由FF控制组成。
在当量比控制的FF控制中，基于目标当量比和流入SCR 74的NOx的流量来计算尿素添加量的FF项。基于发动机2的运转状态(诸如发动机转速和燃料喷射量)来估计NOx流量。通过使用基于通过匹配获得的数据所作出的映射图来执行FF项的计算。
氨吸着量控制是用于操作尿素添加阀76以使得吸着至SCR 74的氨的量对应于目标吸着量的控制。与氨吸着量控制有关的控制量是SCR 74的氨吸着量，而与其有关的操作量是尿素添加阀76的尿素添加量。氨吸着量控制的控制算法由FF控制和FB控制组成。
在氨吸着量控制的FF控制中，基于SCR 74的温度和流入SCR 74的NOx的流量来计算尿素添加量的FF项。可以基于发动机2的运转状态来估计SCR74的温度，或者可以通过温度传感器(未示出)来测量SCR 74的温度。通过使用基于通过匹配获得的数据所作出的映射图来执行FF项的计算。
氨吸着量控制的FB控制是PID控制，在PID控制中，基于目标吸着量和当前吸着量之间的偏差来计算尿素添加量的FB项。根据基于燃料喷射量和发动机转速的映射图来确定目标吸着量。根据由NOx传感器78测得的通过SCR74的排气中NOx的浓度来估计当前吸着量。FF项和FB项之和被设定为用于尿素添加阀76的指令值。
图2中所示的控制结构能够应用于用于尿素添加阀操作的控制结构。氨吸着量控制如利用新鲜空气量控制的情况那样包括FB控制，而当量比控制如利用节气门前/后压差控制的情况那样不包括FB控制，因而在图2中所示的控制结构中，氨吸着量控制可以代替新鲜空气量控制应用于单元104，且当量比控制可以代替节气门前/后压差控制应用于单元102。
图3中所示的程序能够应用于尿素添加阀操作程序。在该情况下，致动器指的是尿素添加阀76，第一控制算法指的是当量比控制的控制算法，且第二控制算法指的是氨吸着量控制的控制算法。
图6至图15被提出作为本发明的具体实施例。
在示例1中，本发明应用于与如下情形有关的指令值的计算：即与可变喷嘴操作相关的控制算法从进气歧管压力控制切换至排气歧管压力控制的情形。示例1及其比较示例中所示的排气歧管压力和进气歧管压力的动作不是在实际发动机中测得的动作，而是通过使用按照发动机建模的模拟模型计算出的动作。
图6是示出根据相对于示例1的第一比较示例(比较示例1A)的计算结果的曲线图组。图7是示出根据相对于示例1的第二比较示例(比较示例1B)的计算结果的曲线图组。图8是示出根据示例1的计算结果的曲线图组。图6至图8示出了可变喷嘴指令值的动作的曲线图、排气歧管压力的动作的曲线图、FF项2的动作的曲线图、P项2的动作的曲线图和I项2的动作的曲线图。在示例1及其比较示例中，进气歧管压力控制和排气歧管压力控制的FB控制的每个增益均设定如下。由于该设定，在示例1及其比较示例中，在进气歧管压力控制中执行FF控制，在排气歧管压力控制中执行FF控制以及PI控制。
进气歧管压力控制：P增益＝0，I增益＝0，D增益＝0
排气歧管压力控制：P增益＝0.1，I增益＝0.3，D增益＝0
在图6中所示的比较示例1A中，在切换之后的第一控制周期中零被设定为I项2的前一个值。
根据比较示例1A，紧接切换控制算法之前可变喷嘴指令值为50％，且紧接切换之后FF项2为20％。紧接切换之后0％被设定为I项2的前一个值，因而通过使更新量与0％相加而获得的值变成紧接切换之后的I项2。紧接切换之后排气歧管压力高于目标值，因而与目标值和当前值之间的偏差成比例的更新量是负值，且I项2是稍微低于0％的值。
作为上述紧接切换之后的I项2的值的计算的结果，紧接切换之后可变喷嘴指令值受到沿关闭方向的突然改变。结果，在作为控制量的排气歧管压力中发生突然改变，且排气歧管压力远远低于目标值。
在图7中所示的比较示例1B中，在切换之后的第一控制周期中，FF项的前一个值被设定作为I项2的前一个值。
根据比较示例1B，紧接切换控制算法之前可变喷嘴指令值为50％，且紧接切换之后FF项2为20％。FF项的前一个值为50％，其等于紧接切换之前的可变喷嘴指令值，因而紧接切换之后I项2的前一个值也被设定为50％。因此，通过使更新量与50％相加而获得的值变成紧接切换之后的I项2。紧接切换之后排气歧管压力高于目标值，因而与目标值和当前值之间的偏差成比例的更新量是负值，且I项2是稍微低于50％的值。
作为上述紧接切换之后的I项2的值的计算的结果，紧接切换之后可变喷嘴指令值受到沿开启方向的突然改变。结果，在作为控制量的排气歧管压力中发生突然改变，且排气歧管压力暂时远离目标值改变。
在图8所示的示例1中，因为图2中所示的程序的步骤S113的处理，所以在切换之后的第一控制周期中，通过从指令值的前一个值减去FF项2的当前值而获得的值是I项2的前一个值。
根据示例1，紧接切换控制算法之前可变喷嘴指令值为50％，且紧接切换之后FF项2为20％。结果，紧接切换之后的I项2的前一个值被设定为30％，且通过使更新量与30％相加而获得的值变成紧接切换之后的I项2。紧接切换之后排气歧管压力高于目标值，因而与目标值和当前值之间的偏差成比例的更新量是负值，且I项2是稍微低于30％的值。
作为上述紧接切换之后的I项2的值的计算的结果，尽管作为从属偏差项的P项2和I项2的更新量被可靠地反映在可变喷嘴指令值中，但是紧接切换之后可变喷嘴指令值并未经历突然改变，且可变喷嘴指令值之后也平稳地改变。结果，作为控制量的排气歧管压力紧接在切换控制算法之后开始平稳地朝向目标值改变。
在示例2中，本发明应用于与如下情形有关的指令值的计算：即与可变喷嘴操作相关的控制算法从进气歧管压力控制切换至排气歧管压力控制的情形。就进气歧管压力控制的控制算法来说，示例2不同于示例1。示例2及其比较示例中所示的排气歧管压力和进气歧管压力的动作不是在实际发动机中测得的动作，而是通过使用按照发动机建模的模拟模型计算出的动作。
图9是示出根据相对于示例2的第一比较示例(比较示例2A)的计算结果的曲线图组。图10是示出根据相对于示例2的第二比较示例(比较示例2B)的计算结果的曲线图组。图11是示出根据示例2的计算结果的曲线图组。图9至图11中的每个示出了可变喷嘴指令值的动作的曲线图、进气歧管压力的动作的曲线图、排气歧管压力的动作的曲线图、FF项1的动作的曲线图、P项1的动作的曲线图、I项1的动作的曲线图、FF项2的动作的曲线图、P项2的动作的曲线图以及I项2的动作的曲线图。在示例2及其比较示例中，进气歧管压力控制和排气歧管压力控制的FB控制的每个增益均设定如下。由于该设定，在示例2及其比较示例中，在进气歧管压力控制和在排气歧管压力控制中同样执行FF控制和PI控制。
进气歧管压力控制：P增益＝0.2，I增益＝0.6，D增益＝0
排气歧管压力控制：P增益＝0.1，I增益＝0.3，D增益＝0
在图9中所示的比较示例2A中，在切换之后的第一控制周期中，零被设定为I项2的前一个值。
根据比较示例2A，紧接切换控制算法之后可变喷嘴指令值沿关闭方向突然改变，并且除此之外还沿开启方向突然改变。结果，作为控制量的排气歧管压力快速降低，远低于目标值，然后快速升高至目标值。
在图10中所示的比较示例2B中，在切换之后的第一控制周期中，FF项的前一个值被设定作为I项2的前一个值。
根据比较示例2B，紧接控制算法切换之后可变喷嘴指令值沿关闭方向突然改变，尽管突然改变的程度小于根据比较示例2A的程度。结果，作为控制量的排气歧管压力快速降低，远低于目标值，然后快速升高至目标值，尽管降低的程度小于根据比较示例2A的程度。
在图11中所示的示例2中，由于图2中所示的程序的步骤S113的处理，所以在切换之后的第一控制周期中，通过从指令值的前一个值减去FF项的当前值而获得的值是I项2的前一个值。
根据示例2，紧接切换之后可变喷嘴指令值并未经历突然改变，且可变喷嘴指令值之后也平稳地改变。结果，作为控制量的排气歧管压力紧接在控制算法切换之后开始朝向目标值平稳地改变。
正如从根据上述两个实施例的计算结果和根据相对于这些实施例的比较示例的计算结果之间的比较中明显可见的，归因于控制算法切换的给予致动器的指令值的突然改变能够被抑制，且根据本发明控制量能够朝向目标值平稳地改变。
在示例3中，本发明应用于与如下情形有关的指令值的计算：即与节气门操作相关的控制算法从新鲜空气量控制切换至节气门前/后压差控制(下文，简称为“压差控制”)的情形。基本地，压差控制的控制算法由如在“2-1.节气门操作”中描述的FF控制组成。但是，压差控制还能够配置为由FF控制和FB控制组成。在FB控制中，基于目标压差和当前压差之间的偏差来计算节气门关闭度的FB项。在示例3和示例4(稍后描述)中，将描述本发明的关于这种修改例的适用性。示例3中所示的新鲜空气量和压差的动作不是在实际发动机中测得的动作，而是通过使用按照发动机建模的模拟模型计算出的动作。
图12是示出根据示例3的计算结果的曲线图组。图12示出了节气门指令值的动作的曲线图、新鲜空气量的动作的曲线图、压差的动作的曲线图、FF项1的动作的曲线图、P项1的动作的曲线图、I项1的动作的曲线图、节气门指令值1的动作的曲线图、FF项2的动作的曲线图、P项2的动作的曲线图、I项2的动作的曲线图以及节气门指令值2的动作的曲线图。在示例3中，新鲜空气量控制和压差控制的FB控制的每个增益均设定如下。由于该设定，在示例3中，在新鲜空气量控制和在压差控制中同样执行FF控制和PI控制。
新鲜空气量控制：P增益＝0.2，I增益＝0.8，D增益＝0
压差控制：P增益＝-1，I增益＝-3，D增益＝0
在示例3中，在切换之后的第一控制周期中，通过从紧接控制算法切换之前的节气门指令值1减去紧接切换之后的FF项2而获得的值是I项2的前一个值。紧接切换之前节气门指令值1为50％，且紧接切换之后FF项2为50％。结果，0％被设定为紧接切换之后的I项2的前一个值，且通过使更新量与0％相加而获得的值变成紧接切换之后的I项2。
作为从属偏差项的P项2和I项2的更新量开始反映在紧接切换之后的节气门指令值(节气门指令值1)中。因此，虽然在切换前后发生了相当于于从属偏差项的改变，但是如在节气门指令值的动作的曲线图中所示的，在切换前后节气门指令值没有发生突然改变。在示例3中，如新鲜空气量的动作的曲线图和压差的动作的曲线图所示，新鲜空气量能够被控制以对应于目标值直到切换控制算法，且压差能够被控制以在切换之后对应于目标值。
在示例4中，本发明应用于与如下情形有关的指令值的计算：即与节气门操作相关的控制算法从新鲜空气量控制切换至压差控制的情形。就压差控制的控制算法来说，示例4不同于示例3。示例4中所示的新鲜空气量和压差的动作不是在实际发动机中测得的动作，而是通过使用按照发动机建模的模拟模型计算出的动作。
图13是示出根据示例4的计算结果的曲线图组。图13示出了节气门指令值的动作的曲线图、新鲜空气量的动作的曲线图、压差的动作的曲线图、FF项1的动作的曲线图，P项1的动作的曲线图、I项1的动作的曲线图、节气门指令值1的动作的曲线图、FF项2的动作的曲线图、I项2的动作的曲线图以及节气门指令值2的动作的曲线图。在示例4，新鲜空气量控制和压差控制的FB控制的每个增益均设定如下。由于该设定，在示例4中，在新鲜空气量控制中执行FF控制和PI控制，且在压差控制中执行FF控制和I控制。
新鲜空气量控制：P增益＝0.2，I增益＝0.8，D增益＝0
压差控制：P增益＝0，I增益＝-3，D增益＝0
在示例4中，通过使紧接切换之后的I项2的更新量与紧接控制算法切换之前的节气门指令值1相加而获得的值是紧接切换之后的节气门指令值2。因此，虽然发生了相当于I项2的更新量的改变，但是正如节气门指令值的动作的曲线图所示，在控制算法的切换前后节气门指令值没有发生突然改变。此外，甚至在示例4中，正如新鲜空气量的动作的曲线图和压差的动作的曲线图所示，新鲜空气量能够被控制以对应于目标值直到切换控制算法，且压差能够被控制以在切换之后对应于目标值。
在示例5中，本发明应用于与如下情形有关的指令值的计算：即与节气门操作相关的控制算法从新鲜空气量控制切换至压差控制的情形。在示例3和4中已经描述了压差控制配置为由FF控制和FB控制组成的情形，但是压差控制还能够配置为仅由FB控制组成。在示例5和示例6(稍后描述)中，将描述本发明的关于这种修改例的适用性。示例5中所示的新鲜空气量和压差的动作不是在实际发动机中测得的动作，而是通过使用按照发动机建模的模拟模型计算出的动作。
图14是示出根据示例5的计算结果的曲线图组。图14示出了节气门指令值的动作的曲线图、新鲜空气量的动作的曲线图、压差的动作的曲线图、FF项1的动作的曲线图、P项1的动作的曲线图、I项1的动作的曲线图、节气门指令值1的动作的曲线图、P项2的动作的曲线图，I项2的动作的曲线图以及节气门指令值2的动作的曲线图。在示例5中，新鲜空气量控制和压差控制的FB控制的每个增益均设定如下。由于该设定，在示例5中，在新鲜空气量控制中执行FF控制和PI控制，在压差控制中执行PI控制。
新鲜空气量控制：P增益＝0.2，I增益＝0.8，D增益＝0
压差控制：P增益＝-1，I增益＝-3，D增益＝0
在示例5中，新鲜空气量控制不具有FF项，因而在切换之后的第一控制周期中，紧接控制算法切换之前的节气门指令值1是I项2的前一个值。紧接切换之前节气门指令值1为50％，因而紧接切换之后50％被设定为I项2的前一个值，且通过使更新量与50％相加而获得的值变成了紧接切换之后的I项2。
作为从属偏差项的P项2和I项2的更新量开始反映在紧接切换之后的节气门指令值(节气门指令值1)中。因此，虽然在切换前后发生了相当于从属偏差项的改变，但是正如在节气门指令值的动作的曲线图中所示，在切换前后节气门指令值没有发生突然改变。此外，甚至在示例5中，正如在新鲜空气量的动作的曲线图中和压差的动作的曲线图中所示，新鲜空气量能够被控制以对应于目标值直到切换控制算法，且压差能够被控制以在切换之后对应于目标值。
在示例6中，本发明应用于与如下情形有关的指令值的计算：即与节气门操作相关的控制算法从新鲜空气量控制切换至压差控制的情形。就压差控制的控制算法来说，示例6不同于示例5。示例6中所示的新鲜空气量和压差的动作不是在实际发动机中测得的动作，而是通过使用按照发动机建模的模拟模型计算出的动作。
图15是示出根据示例6的计算结果的曲线图组。图15示出了节气门指令值的动作的曲线图、新鲜空气量的动作的曲线图、压差的动作的曲线图、FF项1的动作的曲线图、P项1的动作的曲线图、I项1的动作的曲线图、节气门指令值1的动作的曲线图、I项2的动作的曲线图以及节气门指令值2的动作的曲线图。在示例6中，新鲜空气量控制和压差控制的FB控制的每个增益均设定如下。由于该设定，在示例6中，在新鲜空气量控制中执行FF控制和PI控制，在压差控制中仅执行I控制。
新鲜空气量控制：P增益＝0.2，I增益＝0.8，D增益＝0
压差控制：P增益＝0，I增益＝-3，D增益＝0
在示例6中，通过使紧接切换之后的I项2的更新量与紧接切换控制算法之前的节气门指令值1相加而获得的值是紧接切换之后的节气门指令值2。因此，虽然发生了相当于I项2的更新量的改变，但是正如在节气门指令值的动作的曲线图中所示，在控制算法切换前后节气门指令值没有发生突然改变。此外，甚至在示例6中，正如在新鲜空气量的动作的曲线图和压差的动作的曲线图中所示，新鲜空气量能够被控制以对应于目标值直到切换控制算法，且压差能够被控制以在切换之后对应于目标值。
正如从根据上述四个实施例的计算结果中显而易见的，在切换之后的控制算法至少包括I控制的情况下，本发明能够应用于任何控制算法切换。
本发明能够应用于用于火花点火式内燃机的控制设备以及用于压缩点火式内燃机的控制设备。在两个控制算法选择性地应用于致动器的情况下，受控的致动器并不限于上述示例。

Claims (13)

1.一种用于内燃机的控制设备，所述内燃机包括致动器，所述控制设备的特征在于包括：
电子控制单元，其配置为根据第一控制算法以预定控制周期来计算给予所述致动器的指令值，
其中，所述电子控制单元配置为根据不同于所述第一控制算法的第二控制算法以所述控制周期来计算给予所述致动器的指令值，所述第二控制算法包括反馈控制，所述反馈控制包括I控制并且与目标值与当前值之间的偏差对应，
其中，所述电子控制单元配置为在所述第一控制算法和所述第二控制算法之间切换用于计算所述致动器的指令值的控制算法，并且
其中，所述电子控制单元配置为在从所述第一控制算法切换至所述第二控制算法之后的第一控制周期中，将通过使所述第二控制算法的根据所述偏差而改变的项的在当前控制周期中计算出的值与根据所述第一控制算法在前一个控制周期中计算出的所述指令值相加而获得的值计算作为在所述当前控制周期中计算出的所述指令值的值，所述根据所述偏差而改变的项的在当前控制周期中计算出的值包括在所述当前控制周期中计算出的所述I控制的I项的更新量。
2.根据权利要求1所述的控制设备，
其中，所述第二控制算法包括前馈控制，并且
其中，所述电子控制单元配置为在从所述第一控制算法切换至所述第二控制算法之后的所述第一控制周期中，将通过从根据所述第一控制算法在所述前一个控制周期中计算出的所述指令值减去所述前馈控制的前馈项的当前值而获得的值计算作为所述I控制的所述I项的前一个值以及计算作为在所述当前控制周期中计算出的所述指令值的值。
3.根据权利要求1或2所述的控制设备，
其中，所述反馈控制包括P控制，并且
其中，根据所述偏差而改变的所述项包括所述P控制的P项。
4.根据权利要求1或2所述的控制设备，
其中，所述反馈控制包括D控制，并且
其中，根据所述偏差而改变的所述项包括所述D控制的D项。
5.根据权利要求3所述的控制设备，
其中，所述反馈控制包括D控制，并且
其中，根据所述偏差而改变的所述项包括所述D控制的D项。
6.根据权利要求1或2所述的控制设备，
其中，所述内燃机是压缩点火式内燃机，
其中，所述致动器是安置在所述内燃机的进气通路中的节气门，
其中，所述第一控制算法是用于计算给予所述节气门的所述指令值以使得所述节气门的前/后压差对应于目标压差的控制算法，并且
其中，所述第二控制算法是用于计算给予所述节气门的所述指令值以使得通过所述节气门的新鲜空气的量对应于目标新鲜空气量的控制算法。
7.根据权利要求3所述的控制设备，
其中，所述内燃机是压缩点火式内燃机，
其中，所述致动器是安置在所述内燃机的进气通路中的节气门，
其中，所述第一控制算法是用于计算给予所述节气门的所述指令值以使得所述节气门的前/后压差对应于目标压差的控制算法，并且
其中，所述第二控制算法是用于计算给予所述节气门的所述指令值以使得通过所述节气门的新鲜空气的量对应于目标新鲜空气量的控制算法。
8.根据权利要求4所述的控制设备，
其中，所述内燃机是压缩点火式内燃机，
其中，所述致动器是安置在所述内燃机的进气通路中的节气门，
其中，所述第一控制算法是用于计算给予所述节气门的所述指令值以使得所述节气门的前/后压差对应于目标压差的控制算法，并且
其中，所述第二控制算法是用于计算给予所述节气门的所述指令值以使得通过所述节气门的新鲜空气的量对应于目标新鲜空气量的控制算法。
9.根据权利要求5所述的控制设备，
其中，所述内燃机是压缩点火式内燃机，
其中，所述致动器是安置在所述内燃机的进气通路中的节气门，
其中，所述第一控制算法是用于计算给予所述节气门的所述指令值以使得所述节气门的前/后压差对应于目标压差的控制算法，并且
其中，所述第二控制算法是用于计算给予所述节气门的所述指令值以使得通过所述节气门的新鲜空气的量对应于目标新鲜空气量的控制算法。
10.根据权利要求1或2所述的控制设备，
其中，所述内燃机是附接涡轮增压器的内燃机，
其中，所述致动器是控制流入所述涡轮增压器的涡轮的排气的流量的致动器，
其中，所述第一控制算法是用于计算给予所述致动器的所述指令值以使得选自进气歧管压力、排气歧管压力、节气门上游压力以及涡轮效率之中的任何一个控制量对应于所述控制量的目标值的控制算法，并且
其中，所述第二控制算法是用于计算给予所述致动器的所述指令值以使得选自所述进气歧管压力、所述排气歧管压力、所述节气门上游压力以及所述涡轮效率之中的且不同于所述第一控制算法的所述控制量的任何一个控制量对应于所述控制量的目标值的控制算法。
11.根据权利要求3所述的控制设备，
其中，所述内燃机是附接涡轮增压器的内燃机，
其中，所述致动器是控制流入所述涡轮增压器的涡轮的排气的流量的致动器，
其中，所述第一控制算法是用于计算给予所述致动器的所述指令值以使得选自进气歧管压力、排气歧管压力、节气门上游压力以及涡轮效率之中的任何一个控制量对应于所述控制量的目标值的控制算法，并且
其中，所述第二控制算法是用于计算给予所述致动器的所述指令值以使得选自所述进气歧管压力、所述排气歧管压力、所述节气门上游压力以及所述涡轮效率之中的且不同于所述第一控制算法的所述控制量的任何一个控制量对应于所述控制量的目标值的控制算法。
12.根据权利要求4所述的控制设备，
其中，所述内燃机是附接涡轮增压器的内燃机，
其中，所述致动器是控制流入所述涡轮增压器的涡轮的排气的流量的致动器，
其中，所述第一控制算法是用于计算给予所述致动器的所述指令值以使得选自进气歧管压力、排气歧管压力、节气门上游压力以及涡轮效率之中的任何一个控制量对应于所述控制量的目标值的控制算法，并且
其中，所述第二控制算法是用于计算给予所述致动器的所述指令值以使得选自所述进气歧管压力、所述排气歧管压力、所述节气门上游压力以及所述涡轮效率之中的且不同于所述第一控制算法的所述控制量的任何一个控制量对应于所述控制量的目标值的控制算法。
13.根据权利要求5所述的控制设备，
其中，所述内燃机是附接涡轮增压器的内燃机，
其中，所述致动器是控制流入所述涡轮增压器的涡轮的排气的流量的致动器，
其中，所述第一控制算法是用于计算给予所述致动器的所述指令值以使得选自进气歧管压力、排气歧管压力、节气门上游压力以及涡轮效率之中的任何一个控制量对应于所述控制量的目标值的控制算法，并且
其中，所述第二控制算法是用于计算给予所述致动器的所述指令值以使得选自所述进气歧管压力、所述排气歧管压力、所述节气门上游压力以及所述涡轮效率之中的且不同于所述第一控制算法的所述控制量的任何一个控制量对应于所述控制量的目标值的控制算法。
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