CN105840325B - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种抑制数据测量和适应的工作量、并且加速响应特性的操作较为容易的内燃机的控制装置。本发明的内燃机的控制装置ECU(40)基于目标转矩来计算目标吸入空气量和目标填充效率，基于目标吸入空气量来控制节流阀(6)的开度，基于目标填充效率来计算目标机械增压器下游压力，并且检测机械增压器的上游侧的压力，从而基于目标吸入空气量、目标机械增压器下游压力和机械增压器上游压力来计算目标压缩机驱动力，基于目标压缩机驱动力来计算目标旁通阀开度，由此来对绕过机械增压器的旁通通路中所设置的旁通阀(12)的开度进行控制。

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，尤其涉及用于控制具备机械式增压器的内燃机的内燃机的控制装置，该机械式增压器具有由内燃机的输出轴通过传送带来驱动的压缩机。
背景技术
以往，为提高内燃机(以下，称为发动机)的输出而研发了带有增压器的发动机控制系统。作为增压器的示例，已知有涡轮式增压器(以下，也记为涡轮增压器、T/C)、以及机械式增压器(以下，也记为机械增压器、S/C)。
在涡轮增压器中，利用废气所具有的能量来使设置于发动机排气系统的涡轮高速旋转。由此来驱动设置在与该涡轮相连的进气系统的压缩机。
在机械增压器中，由发动机的输出轴通过传送带来驱动设置于发动机的进气系统的压缩机。
近年来，研发出具备串联或并联的多个涡轮增压器的发动机系统、同时具备涡轮增压器和机械增压器的发动机系统，而且，还进一步研发出利用电动机来直接驱动压缩机的电动增压器。
在涡轮增压器中，在高旋转高负载情况下增压压力有可能增加到所需以上，从而导致发动机损坏。因此，通常会在涡轮上游设置排气旁通通路。并且，利用设置于排气旁通通路的废气门阀，来使在排气通路内流动的废气的一部分向旁通通路分流。由此，通过调节废气流入涡轮的流入量，从而将增压压力控制为适当的等级。
作为利用废气门阀来进行的增压压力的控制方法，例如有专利文献1所记载的内燃机的控制装置。在专利文献1中，首先，基于发动机输出目标值，计算目标吸入空气流量和目标填充效率。接着，基于目标填充效率和转速，计算目标节流上游压力。然后，基于目标吸入空气流量和目标节流上游压力，计算为驱动增压器而所需的目标压缩机驱动力。这里，基于空燃比和吸入空气流量来计算废气流量。然而，该废气流量和压缩机驱动力的特性仅取决于废气门阀控制值。利用该关系，根据废气流量和目标压缩机驱动力来计算目标废气门阀控制值。
专利文献1所公开的内燃机的控制装置近年来成为主流，与所谓的基于转矩的控制的兼容性较好。因此，专利文献1所公开的内燃机的控制装置具有能够操作加速响应特性、以及能够在燃油效率最佳点进行运转这样的优异特点。专利文献1所公开的内燃机的控制装置还具有能够对偏差要素进行学习的优异特点。另外，基于转矩的控制是指将作为来自驾驶员的驱动力的要求值或来自车辆侧的驱动力的要求值的发动机的输出轴转矩作为发动机输出目标值，从而确定主要的发动机控制量即空气量、燃料量以及点火时期的控制方法。
另一方面，即使在机械增压器的情况下，在高旋转高负载时增压压力也有可能增加到所需以上，从而导致发动机损坏。为此，设置有绕过机械增压器的旁通通路。而且，在旁通通路设置有旁通阀。通过使用该旁通阀，使得机械增压器下游的空气返回至机械增压器上游。由此，来将增压压力控制在适当的等级。
此外，作为机械增压器中的其他方法，已知有通过利用电磁离合器使机械增压器从发动机的输出轴分离，由此来将增压压力抑制在适当的等级的方法。
作为利用旁通阀来进行的增压压力的控制方法，例如有专利文献2所记载的带增压器内燃机的进气控制装置。专利文献2中，基于产生与加速踏板的踩踏量相对应的输出电压的负载传感器的输出信号等，计算旁通阀的目标占空比和目标吸入空气量。接着，根据经过环境校正后的目标吸入空气量和由空气流量计检测出的吸入空气量来对目标占空比进行反馈控制。
此外，专利文献3公开了下述带增压器发动机的增压压力控制装置，该增压压力控制装置计算达到与发动机的运转状态相对应的目标增压压力的旁通空气量，并基于增压器的下游侧压力与上游侧压力的差，来确定旁通阀的控制量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5420013号公报
专利文献2：日本专利特开平4-325717号公报
专利文献3：日本专利第3366399号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，专利文献1所公开的控制装置由于是利用废气门阀的增压压力的控制方法，因此无法作为利用旁通阀的增压压力的控制方法进行应用。
专利文献2、3是利用旁通阀的增压压力的控制方法。但是，考虑到专利文献2所公开的控制装置是以目标占空比与经过环境校正后的目标吸入空气量的关系为一一对应的关系作为前提来构建控制系统的。在专利文献2的控制装置中，并没有考虑与节流开度之间的关系、以及与节流下游压力之间的关系。因此，考虑存在下述第1问题，即：例如在节流开度或节流下游压力因环境条件或节流阀的偏差等而发生了变化时，目标占空比与经过环境校正后的目标吸入空气量之间的关系不再成立，这种情况下控制性会变差。并且，考虑在专利文献2的控制装置中存在下述第2问题，当存在驱动器以外的转矩要求、例如来自变速器控制、牵引力控制等的降低转矩要求时无法进行应对。这些问题认为可通过专利文献3所公开的控制装置来进行改善。对于第1问题，通过将节流开度、节流下游压力考虑在内来确定旁通阀的控制量，从而得以改善。对于第2问题，通过除了使用通常的目标增压压力以外，还使用牵引力控制用的目标增压压力来确定旁通阀的控制量，从而得以改善。
然而，考虑到专利文献3所公开的控制装置是基于通过旁通阀(ABV)的流量(ABV通过流量)、ABV前后差压以及ABV开度之间的关系来构建控制系统的。但近年来的机械增压器是与旁通阀是一体构成的。因此，旁通阀位于机械增压器的附近。于是，旁通阀附近的空气会因机械增压器的转速(∝发动机转速)、通过流量而被打乱。从而导致ABV的有效开口面积发生变化。其结果使得ABV通过流量、ABV前后差压、和ABV开度之间的关系会随着运转状态的变化而大幅变动。因此认为相比于专利文献3的图5所示的映射，需要更多的映射来计算或测量ABV通过流量、ABV前后差压、和ABV开度之间的关系，从而高精度地对其进行模拟。其结果导致存在数据测量和适应的工作量变多的问题。此外，专利文献3中记载有为了校正偏差，从而对S/C吐出量进行学习的情况。但是，考虑到不仅机械增压器存在偏差，旁通阀中也存在偏差要素。因此，还存在有时仅仅通过S/C吐出量的学习无法充分进行校正的问题。
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在抑制数据测量和适应的工作量的同时加速响应特性的操作也较为容易的内燃机的控制装置。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的内燃机的控制装置包括：节流阀，该节流阀设置于内燃机的进气通路；机械增压器，该机械增压器设置于所述进气通路的所述节流阀的下游侧，具有由所述内燃机的输出轴来进行驱动的压缩机；旁通阀，该旁通阀设置于以绕过所述机械增压器的方式与所述进气通路相连接的旁通通路；旁通阀驱动部，该旁通阀驱动部通过操作所述旁通阀的开度即旁通阀开度来改变所述旁通通路的流路截面积；目标吸入空气量计算部，该目标吸入空气量计算部基于所述内燃机的输出目标值即目标转矩，计算出成为吸入所述内燃机的吸入空气量的目标值的目标吸入空气量以及成为所述内燃机的填充效率的目标值的目标填充效率；目标节流开度计算部，该目标节流开度计算部基于所述目标吸入空气量，计算出所述节流阀的目标开度；节流阀驱动部，该节流阀驱动部基于所述节流阀的目标开度，通过操作所述节流阀的开度来调整吸入到所述内燃机的空气量即吸入空气量；目标机械增压器下游压力计算部，该目标机械增压器下游压力计算部基于所述目标填充效率，计算出成为所述机械增压器的下游侧的压力的目标值的目标机械增压器下游压力；机械增压器上游压力检测部，该机械增压器上游压力检测部检测所述机械增压器的上游侧压力；目标压缩机驱动力计算部，该目标压缩机驱动力计算部基于所述目标吸入空气量、所述目标机械增压器下游压力、以及所述机械增压器上游压力，计算出目标压缩机驱动力；以及目标旁通阀开度计算部，该目标旁通阀开度计算部基于所述目标压缩机驱动力，计算出成为旁通阀开度的目标值的目标旁通阀开度。
发明效果
本发明的内燃机的控制装置基于目标转矩计算目标吸入空气量和目标填充效率，基于目标吸入空气量控制节流阀的开度，基于目标填充效率计算目标机械增压器下游压力，并且检测机械增压器的上游侧的压力，从而基于目标吸入空气量、目标机械增压器下游压力和机械增压器上游压力来计算目标压缩机驱动力，基于目标压缩机驱动力计算来目标旁通阀开度，由此来对绕过机械增压器的旁通通路中所设置的旁通阀的开度进行控制，由此在抑制数据测量和适应的工作量的同时，能够实现来自驾驶员或其他的控制装置的转矩要求，能够容易地实现加速响应特性的操作。
附图说明
图1是表示本发明的实施例所涉及的发动机的进排气系统的结构图。
图2是表示本发明的实施例所涉及的ECU的输入输出以及发动机控制的概要的框图。
图3是表示本发明的实施例所涉及的压缩机驱动力的计算处理内容的控制框图。
图4是表示本发明的实施例所涉及的机械增压器下游压力的计算处理内容的控制框图。
图5是表示本发明的实施例所涉及的最大和最小压缩机驱动力的计算处理内容的控制框图。
图6是表示本发明的实施例所涉及的目标旁通阀开度的计算处理内容的控制框图。
图7A、图7B是表示本发明的实施例所涉及的Qa-Pc的关系、Qa-Pc”的关系的曲线图。
具体实施方式
下面，参照附图对用于实施本发明的实施方式进行说明。
实施方式1.
图1是表示内燃机(以下，记为发动机1)和其进排气系统的结构图。本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置应用于图1的发动机1。图1中，在发动机1的曲柄机构中安装有曲柄角传感器25，该曲柄角传感器25检测发动机1的旋转角，并生成与该旋转角相对应的电信号(以下，记为脉冲间周期ΔT)。此外，形成进气通路的进气管2、及形成排气通路的排气管26分别与发动机1的燃烧室的吸入口和排出口相连接。
在进气管2的最上游侧安装有用于对从外部进入的外界气体进行净化的空气净化器3。空气净化器3的下游侧(靠近发动机1一侧)以彼此成为一体或彼此独立的方式设置有检测吸入空气流量并生成与该吸入空气流量相对应的电信号(以下，记为吸入空气量Qa)的空气流量传感器(以下，记为AFS)4、以及检测进气通路内的吸入空气温度并生成与该吸入空气温度相对应的电信号(以下，记为吸入空气温度Ta)的吸入空气温度传感器(进气温度传感器)5。另外，在图1中，示出两个传感器4、5构成为一体的示例。
在AFS4的下游侧设置有电子控制式的节流阀6，用于对送至发动机1的空气量进行调整。节流开度传感器7与节流阀6相连接，该节流开度传感器7检测节流阀6的节流开度，并生成与该节流开度相对应的电信号(以下，记为节流开度Th)。并且，在节流阀6还设置有节流阀驱动部(throttle actuator：节流致动器)(未图示)，该节流阀驱动部基于后述的节流阀目标开度，通过操作节流阀6的开度来调整吸入到发动机1的吸入空气量。此外，在节流阀6的下游侧设置有机械增压器11。机械增压器11的内部具备压缩机(未图示)。由发动机1的输出轴经由传送带来驱动压缩机。在节流阀6的下游且在机械增压器11的上游，以彼此成为一体或彼此独立的方式设置有检测该部位的空气压力并生成与该空气压力相对应的电信号(以下，记为节流下游压力Pb1)的节流下游压力传感器8、以及检测该部位的吸入空气温度并生成与该吸入空气温度相对应的电信号(以下，记为节流下游温度Tb1)的节流下游温度传感器9。另外，在图1中，示出上述两个传感器8、9构成为一体的示例。
此外，在节流下游压力传感器8的下游且在机械增压器11的上游，设置有向用于绕过机械增压器11的旁通通路10分岔的分岔点。在旁通通路10内设置有旁通阀12，该旁通阀12用于通过改变旁通通路的流路截面积来调整通过的空气量。旁通阀开度传感器13与旁通阀12相连接，该旁通阀开度传感器13检测旁通阀12的旁通阀开度，并生成与该旁通阀开度相对应的电信号(以下，记为旁通阀开度BV)。旁通阀12的下游的旁通通路10在机械增压器11的下游再次与进气管2相连接。另外，图1中虽然省略了图示，但针对旁通阀12设置有旁通阀驱动单元(旁通阀致动器)，通过操作旁通阀12的开度来改变旁通通路10的流路截面积。
在旁通通路10的该再次连接点的下游侧设置有中间冷却器(以下，也记为I/C)14。中间冷却器14对经过设置于机械增压器11的压缩机压缩后的空气进行冷却。中间冷却器14的下游侧设置有用于抑制进气波动的气室15。在气室15以彼此成为一体或彼此独立的方式设置有检测气室15内的空气压力并生成与该空气压力相对应的电信号(以下，记为进气歧管压力Pb)的进气歧管压力传感器16、以及检测气室15内的吸入空气温度并生成与该吸入空气温度相对应的电信号(以下，记为进气歧管温度Tb)的进气歧管温度传感器17。另外，在图1中，示出上述两个传感器16、17构成为一体的示例。在气室15下游的发动机1的燃烧室的吸入口设置有喷射燃料的喷射器20。另外，喷射器20也可以设置为直接向气缸18内喷射燃料。
在气缸18的顶部设置有火花塞21和点火线圈22，该火花塞21用于对吸入发动机1的空气和从喷射器20喷射出的燃料相混合而生成的可燃混合气体进行点火，该点火线圈22产生用于在火花塞21打出火花的能量。此外，在进气管2与发动机1之间，设置有对从进气管2导入到气缸18内的空气量进行调节的进气阀23。在排气管26与发动机1之间，设置有对从气缸18内排出到排气管26的空气量进行调节的排气阀24。另外，在进气阀23与排气阀24之间，也可以设置能够对各个阀定时和阀升程量进行调整的机构。
在发动机1的排气管26的下游侧，设置有用于对废气进行净化的废气净化催化剂28。废气净化催化剂28的上游侧(发动机1一侧)设置有检测燃烧气体内的燃料或氧的比例(以下，记为空燃比)并生成与该空燃比相对应的电信号(以下，记为空燃比AF)的空燃比传感器27。
接着，参照图2对本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置进行说明。图2是表示本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中所设置的电子控制单元(以下，记为ECU)40的结构及其输入输出的框图。ECU40由微处理器、以及用于向微处理器进行输入输出的接口电路构成。微处理器具有执行运算处理的CPU、存储CPU所执行的程序和固定值数据的ROM、以及可进行数据改写的RAM。如图2所示，来自各传感器的电信号被输入到ECU40。即，具体而言，根据由曲柄角传感器25测定得到的发动机的旋转角而输出的脉冲间周期ΔT、由AFS4测定得到的吸入空气量Qa、由吸入空气温度传感器5测定得到的吸入空气温度Ta、由节流开度传感器7测定得到的节流阀6的节流开度Th、由节流下游压力传感器8测定得到的节流下游压力Pb1、由节流下游温度传感器9测定得到的节流下游温度Tb1、由旁通阀开度传感器13测定得到的旁通阀开度BV、由进气歧管压力传感器16测定得到的进气歧管压力Pb、由进气歧管温度传感器17测定得到的进气歧管温度Tb、以及由空燃比传感器27测定得到的空燃比AF被输入到ECU40。
此外，ECU40也输入有来自上述以外的未图示的各种传感器的电信号。该未图示的各种传感器例如包括：生成与油门开度AP相对应的电信号的油门开度传感器、测量大气压力Pa的大气压力传感器、用于发动机1的燃烧控制的传感器、以及用于车辆的行为控制的传感器(例如，车速传感器、水温传感器、爆震传感器等)。并且，还输入有来自其他的控制装置的电信号，例如来自变速器控制、制动控制、牵引力控制、自动巡航控制等控制装置的电信号。
ECU40如图2所示，包括：目标转矩计算部41、目标吸入空气量计算部42、目标节流开度计算部43、目标压缩机驱动力计算部44、实际压缩机驱动力计算部45、目标旁通阀开度计算部46、燃料喷射量计算部47、以及点火时期计算部48。
在ECU40中，首先，在目标转矩计算部41，基于包含油门开度AP和发动机转速Ne在内的各种数据，算出发动机输出的目标值即目标转矩Trq。发动机转速Ne根据边沿间周期ΔT计算得到。另外，目标转矩Trq若有来自其他的控制装置的要求转矩，则优选采用该转矩。
接着，在目标吸入空气量计算部42，为达到目标转矩Trq，基于目标转矩Trq计算目标填充效率Ect和目标吸入空气量Qat。
接着，在目标节流开度计算部43，为达到目标吸入空气量Qat，基于目标吸入空气量Qat计算目标节流开度Tht。由此，基于目标节流开度Tht来驱动节流阀6。这里，在目标节流开度计算部43还实施反馈校正控制，以使得节流开度Th成为目标节流开度Tht。并且，也可以对目标节流开度Tht进行反馈校正控制，以使得吸入空气量Qa成为目标吸入空气量Qat。按此方式来实施控制吸入空气量等的所谓的基于转矩的控制，以在发动机中达到目标转矩。
此外，在ECU40中，在目标压缩机驱动力计算部44，基于目标吸入空气量Qat、节流下游压力Pb1、以及目标进气歧管压力Pbt算出目标压缩机驱动力Pct。目标进气歧管压力Pbt由目标填充效率Ect计算得到。
在实际压缩机驱动力计算部45，基于吸入空气量Qa、节流下游压力Pb1、以及进气歧管压力Pb算出实际压缩机驱动力Pc。
接着，在目标旁通阀开度计算部46，基于目标压缩机驱动力Pct、以及实际压缩机驱动力Pc算出目标旁通阀开度BVt。由此，基于目标旁通阀开度BVt来驱动旁通阀12。这里，在目标旁通阀开度计算部46还实施反馈校正控制，以使得旁通阀开度BV成为目标旁通阀开度BVt。
并且，在ECU40中，还基于吸入空气量Qa或进气歧管压力Pb算出填充效率Ec。这里，吸入空气量Qa和进气歧管压力Pb会因进气阀23的动作等带来的进气波动的影响而按预先设定的曲柄角度周期发生变动。因此，在例如比该周期要短的每1毫秒，预先对吸入空气量Qa和进气歧管压力Pb进行A/D转换。由此，可以以预先设定的曲柄角度周期，即例如若为4缸发动机，则每隔180degCA，若为3缸发动机则每隔240degCA，对该A/D转换后得到的值进行平均化处理，由此来减轻进气波动的影响。
接着，在ECU40中，在燃料喷射量计算部47，基于发动机转速Ne、填充效率Ec、以及目标空燃比AFt算出燃料喷射量Qf。目标空燃比AFt设定为使得废气、发动机输出等变为最佳状况。由此，基于燃料喷射量Qf来控制喷射器20。同时，在燃料喷射量计算部47中，还可以对燃料喷射量Qf实施反馈校正控制，以使得空燃比AF接近于目标空燃比AFt。
并且，在ECU40中，在点火时期计算部48，基于发动机转速Ne、以及填充效率Ec，算出将燃油消耗、异常燃烧考虑在内来设定的点火时期IG。由此，对点火线圈22进行通电，以实现点火时期IG。
并且，ECU40还具有基于发动机转速Ne、填充效率Ec及点火时期IG等来推定发动机1所产生的实际转矩的功能、根据需要对其他各种致动器也进行控制的功能。
如上所述，利用ECU40来控制发动机1。接着，参照图3～图7对本发明的实施方式1所涉及的目标压缩机驱动力计算部44、实际压缩机驱动力计算部45、目标旁通阀开度计算部46进行详细说明。
图3是具体示出目标压缩机驱动力计算部44和实际压缩机驱动力计算部45中的压缩机驱动力的计算处理的结构的控制框图。下面，在参照图1、图2的同时，边参照图3边对本实施方式中目标压缩机驱动力和实际压缩机驱动力的计算处理进行详细说明。
下面首先对压缩机驱动力进行说明。基于绝热压缩工作而计算出的为驱动压缩机而所需的动力(以下，称为压缩机驱动力)Pc[W]由下述数学式(1)来计算。这里，κ：比热比(若为空气，则κ为1.4)、Qcmp：压缩机通过流量[g/s]、R：气体常数[kJ/(kg·K)](若为空气，则R为0.287)、P：压力[kPa]、T：绝对温度[K]。其中，P：压力[kPa]和T：绝对温度[K]中所添加的字符1、2分别表示1：压缩机入口、2：压缩机出口。
【数学式1】
本实施方式中，数学式(1)中压缩机通过流量Qcmp与吸入空气流量Qa相等。压缩机入口压力P1即机械增压器上游压力为节流下游压力Pb1(以下，也记为机械增压器上游压力Pb1)。压缩机入口温度T1即机械增压器上游温度为节流下游温度Tb1(以下，也记为机械增压器上游温度Tb1)。压缩机出口压力P2即机械增压器下游压力与进气歧管压力Pb基本相等。然而，严格来说，由于中间冷却器14的压力损耗，上述压力存在偏移。因此，例如如图4所示，在模块B401中预先存储预先确定了发动机转速Ne的值与I/C压力损耗ΔPb2的值之间的对应关系的查找表(映射)(以下，将该映射称为“I/C压力损耗ΔPb2映射”)。由此，使用发动机转速Ne，并使用该“I/C压力损耗ΔPb2映射”来算出I/C压力损耗ΔPb2。利用加法器将算出的I/C压力损耗ΔPb2与进气歧管压力Pb相加，从而求得机械增压器下游压力Pb2。通过使用按上述方式求得的机械增压器上游压力Pb1、机械增压器上游温度Tb1、以及机械增压器下游压力Pb2，从而数学式(1)可写成下述数学式(2)。
【数学式2】
此外，如本实施方式所示那样，在节流下游所设置的机械增压器11中，机械增压器上游压力Pb1始终在变化。并且，根据环境状态的不同，机械增压器上游压力Pb1和机械增压器上游温度Tb1也会大幅变化。在机械增压器上游压力Pb1和机械增压器上游温度Tb1发生了变化的情况下，若在某一发动机转速下，基于数学式(2)算出压缩机驱动力Pc，则压缩机驱动力Pc相对于吸入空气量Qa的变化量和其偏差较大，这种压缩机驱动力Pc在控制上处理较为困难(例如，如图7A所示那样。具体而言，随着吸入空气量Qa的增加，压缩机驱动力Pc也增加，但此时，对于每个发动机转速Ne和旁通阀开度BV，该压缩机驱动力Pc的增加率(曲线的倾斜度)都不同。)。因此，为了将压缩机驱动力Pc换算成标准状态(例如，Pb10＝101.3[kPa]、Tb10＝25℃，添加的字符0表示标准状态)，利用将压缩性的影响考虑在内的根据相似定律导出的下述数学式(3)来进行修正，从而算出修正压缩机驱动力Pc’。
【数学式3】
并且，修正压缩机驱动力Pc’是假设绝热过程而计算得到的。但是，实际的压缩机的过程并非是等熵过程，而是在绝热系统中不可逆的变化，因此，熵朝向增大的方向变化。表示这种实际过程与等熵过程之间的差异的指标为绝热效率ηad，由下述数学式(4)来定义。
【数学式4】
这里，Tb2是机械增压器下游温度。本实施方式中，仅在测量绝热效率ηad时在机械增压器下游安装温度传感器。由此，改变发动机转速Ne和旁通阀开度BV，并测量机械增压器下游温度Tb2。基于测量到的机械增压器下游温度Tb2来算出绝热效率ηad。由此，将计算得到的绝热效率ηad作为以发动机转速Ne和机械增压器上下游的压力比(Pb2/Pb1)为轴的三维查找表(映射)来预先进行存储(以下，将该映射称为“绝热效率ηad映射”)。另外，机械增压器上下游的压力比(Pb2/Pb1)随着旁通阀开度BV的变化而变化。通过使用该映射，能够算出机械增压器11的绝热效率。另外，在本实施方式中，认为因旁通阀12打开而引起的效率的下降、以及因压缩空气的循环而引起的温度上升也包含在绝热效率中。由此，若将绝热效率ηad考虑在内来对修正压缩机驱动力Pc’进行校正，则得到下述的数学式(5)。
【数学式5】
在下述说明中，将数学式(5)所表示的绝热效率校正后的修正压缩机驱动力称为校正后压缩机驱动力Pc”，使用由数学式(3)和数学式(5)导出的下述数学式(6)，根据压缩机驱动力Pc算出校正后压缩机驱动力Pc”。
【数学式6】
若使用由此计算出的校正后压缩机驱动力Pc”，则在任意的发动机转速下，相对于吸入空气量Qa的校正后压缩机驱动力Pc”例如如图7B所示那样，对每一个旁通阀开度BV均保持恒定。由此，无论环境条件和吸入空气量Qa如何，旁通阀开度BV与校正后压缩机驱动力Pc”都彼此相对应。本实施方式是基于该对应关系而构成的。
接着，参照图3的控制框图对实际利用ECU40实现上述所说明的压缩机驱动力的计算的方法进行说明。图3具体示出压缩机驱动力的计算处理内容。首先，对实际压缩机驱动力计算部45中的实际压缩机驱动力的计算进行说明。首先，如图3所示，在模块B301中，基于机械增压器上游压力Pb1和机械增压器下游压力Pb2，算出机械增压器上下游的压力比(Pb2/Pb1)。此时，机械增压器下游压力Pb2如上文中使用图4的框图所说明的那样，通过将I/C压力损耗ΔPb2与进气歧管压力Pb相加而计算得到。
接着在模块B302中，根据机械增压器上下游的压力比(Pb2/Pb1)、机械增压器上游温度Tb1、以及吸入空气流量Qa，基于数学式(2)，算出实际压缩机驱动力Pc。这里，对于数学式(2)中括号内的指数运算，若在ECU40中实施运算，则运算量变大。因此，对于机械增压器上下游的每一个压力比(Pb2/Pb1)，将该压力比(Pb2/Pb1)与((κ-1)/κ)相乘得到的运算结果预先设定到查找表(映射)。由此，可以基于机械增压器上下游的压力比(Pb2/Pb1)，根据该表格来得到指数运算结果。
接着，在模块B303中，计算绝热效率ηad。这里如上述那样，将基于预先测量得到的结果计算出的绝热效率ηad作为“绝热效率ηad映射”进行存储，基于发动机转速Ne和机械增压器上下游的压力比(Pb2/Pb1)，根据该“绝热效率ηad映射”进行计算。
接着，在模块B304中，根据实际压缩机驱动力Pc、绝热效率ηad等，基于数学式(6)算出校正后压缩机驱动力Pc”。由此，在ECU40中，利用实际压缩机驱动力计算部45能够算出实际压缩机驱动力。
接着，对目标压缩机驱动力计算部44所进行的目标压缩机驱动力的计算进行说明。目标压缩机驱动力的计算与上述实际压缩机驱动力的计算基本相同。其中，在目标压缩机驱动力的计算中，将上述实际压缩机驱动力的计算中的吸入空气流量Qa变更为目标吸入空气流量Qat，将机械增压器下游压力Pb2变更为目标机械增压器下游压力Pb2t来进行。这里的目标机械增压器下游压力Pb2t可使用图4的框图的结构，通过将基于目标填充效率Ect计算出的目标进气歧管压力Pbt与I/C压力损耗ΔPb2相加来计算得到。此外，为了抑制计算目标压缩机驱动力时机械增压器上游压力Pb1发生急剧变化的情况，可以将机械增压器上游压力Pb1变更为过滤后的机械增压器上游压力Pb1f。通过使用这些值，并与上述同样地执行从模块B301到B304的运算，能够计算出目标压缩机驱动力Pct、以及校正后目标压缩机驱动力Pct”。
说明根据目标填充效率Ect计算目标进气歧管压力Pbt的方法。首先，将进气歧管基准的体积效率Kv预先存储为与发动机转速Ne和进气歧管压力Pb一起构成的三维查找表(映射)。这里，进气歧管基准的体积效率Kv是表示在进气行程期间气缸18从进气歧管吸入的新气体体积与气缸18的排气量的比率的值。接着，基于下述数学式(7)反复进行计算即可，直到目标进气歧管Pbt收敛为止。这里，添加的字符0表示标准状态，例如，将标准状态设为标准大气压力Pa0＝101.3[kPa]，标准外界气体温度Ta0＝25℃。
【数学式7】
图6是具体示出目标旁通阀开度的计算处理内容的控制框图。下面，在参照图1、图2的同时，边参照图6边对本发明实施方式1中目标旁通阀开度计算部46所进行的目标旁通阀开度的计算处理进行详细说明。
首先，下面对用于目标旁通阀开度的计算的增压率进行说明。使用图7B，如上述那样，旁通阀开度BV与校正后压缩机驱动力Pc”相对应。然而，若发动机转速Ne发生变化，则校正后压缩机驱动力Pc”所取值的范围大幅变化。因此，为了基于旁通阀开度BV与校正后压缩机驱动力Pc”的关系，根据校正后目标压缩机驱动力Pc”来计算出目标旁通阀开度BVt，就必须要考虑发动机转速Ne，从而运算变得复杂。
这里，对由下述数学式(8)所表示的增压率CR进行定义。利用在旁通阀开度BV全闭(0％)时校正后压缩机驱动力Pc”变为最大，旁通阀开度BV全开(100％)时校正后压缩机驱动力Pc”变为最小的关系来定义增压率CR。因此，增压率CR成为表示校正后压缩机驱动力Pc”处于最小校正后压缩机驱动力Pc”min与最大校正后压缩机驱动力Pc”max之间的哪一个位置的指标。即，增压率CR由“校正后压缩机驱动力Pc”与最小校正后压缩机驱动力Pc”min之差”与“最大校正后压缩机驱动力Pc”max与最小校正后压缩机驱动力Pc”min之差”的比来表示。由此计算得到的增压率成为利用每个发动机转速下的最大及最小校正后压缩机驱动力来进行了标准化后得到的值，因此，成为与发动机转速无关的0～100％之间的值，从而无需像上述那样考虑发动机转速，方便用于进行控制。
【数学式8】
更具体而言，对每个发动机转速Ne测量旁通阀开度BV与校正后压缩机驱动力Pc”的关系，求得每个发动机转速Ne下的最小校正后压缩机驱动力Pc”min和最大校正后压缩机驱动力Pc”max，基于此可生成以发动机转速Ne和旁通阀开度BV为轴的增压率CR的查找表(映射)(以下，称为“增压率映射”。)。并且，若对该映射进行轴变换，将其变换为以发动机转速Ne和增压率CR为轴的旁通阀开度BV的映射，则能够使用轴变换后的映射(以下，称为“相对于发动机转速和增压率CR的旁通阀开度BV的关系映射”或简称为“旁通阀开度映射”)，根据发动机转速Ne和目标增压率CRt容易地计算出目标旁通阀开度BVt。
参照图6的控制框图对实际利用ECU40实现上述所说明的使用增压率来计算目标旁通阀开度的方法进行说明。图6具体示出目标旁通阀开度的计算处理内容。在模块B601中，根据最小校正后压缩机驱动力Pc”min、最大校正后压缩机驱动力Pc”max、校正后目标压缩机驱动力Pct”，基于数学式(8)来计算目标增压率CRt。这里，最小校正后压缩机驱动力Pc”min、以及最大校正后压缩机驱动力Pc”max可通过下述方式计算得到，即：如图5的模块B501、B502所示，首先，对每个发动机转速Ne预先测量最小校正后压缩机驱动力和最大校正后压缩机驱动力，将发动机转速Ne与最小校正后压缩机驱动力及发动机转速Ne与最大校正后压缩机驱动力的对应关系分别预先设定到各个查找表(映射)(以下，将这些映射分别称为“最小校正后压缩机驱动力Pc”min”以及“最大校正后压缩机驱动力Pc”max”)，然后基于发动机转速Ne，根据这些查找表计算出最小校正后压缩机驱动力和最大校正后压缩机驱动力。
接着，在模块B602中，使用预先存储有旁通阀开度BV与发动机转速和增压率CR的对应关系的旁通阀开度映射，根据发动机转速Ne和目标增压率CRt，算出目标旁通阀开度BVt。在目标旁通阀开度计算部46中，进行反馈校正控制，以使得旁通阀开度BV成为目标旁通阀开度BVt。然而，由于机械增压器等的偏差，存在有校正后目标压缩机驱动力Pct”与校正后压缩机驱动力Pc”不一致的情况。因此，在模块B603中，对目标旁通阀开度实施反馈(F/B)校正控制，以使得校正后目标压缩机驱动力Pct”与校正后压缩机驱动力Pc”相一致。更具体而言，进行PID控制即反馈控制，基于校正后目标压缩机驱动力Pct”与校正后压缩机驱动力Pc”之差，计算出目标旁通阀开度的反馈校正量FB(P)、FB(I)、FB(D)，将这些校正量与目标旁通阀开度BVt相加。这里，FB(P)为比例项，FB(I)为积分项，FB(D)为微分项。由此，模块B603构成基于实际压缩机驱动力与目标压缩机驱动力的差分，计算出目标旁通阀开度的反馈校正量的反馈校正量运算部。
并且，模块B604还计算出目标旁通阀开度的反馈校正量的积分项FB(I)的值超过预先设定的阈值的量，以作为旁通阀开度的学习校正量LRN。学习校正量LRN是用于减少针对因机械增压器、旁通阀的个体差异、历时变化等而带来的偏差要素的影响的校正值。由此，将学习校正量LRN与目标旁通阀开度BVt相加。这里，学习校正量LRN可以为一个值，但为了以更高的精度进行学习，例如也可以设为根据发动机转速和目标增压率进行分区，该每个区都具有学习值。由此，模块B604构成反馈学习量运算部，针对目标旁通阀开度的反馈校正量的定量的偏差量来计算出反馈学习量，通过将反馈学习量与目标旁通阀开度相加来对目标旁通阀开度进行校正。
通过该方式，能够基于校正后目标压缩机驱动力Pct”对旁通阀开度BV进行控制。另外，这里示出对目标旁通阀开度BVt进行反馈校正控制和学习校正的示例，但对于除此以外的值，例如对目标增压率CRt进行反馈校正控制和学习校正，也能够同样地实现校正后目标压缩机驱动力Pct”。
如上文所示，根据本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置，能够在目标转矩计算部41中，基于驾驶员的加速操作或来自其他的控制装置的转矩要求值计算出目标转矩。并且，在目标吸入空气量计算部42中，计算出用于达到目标转矩的目标填充效率和目标吸入空气量。在目标节流开度计算部43中，计算目标节流开度并对节流开度进行控制以达到目标吸入空气流量。在目标旁通阀开度计算部46中，基于目标填充效率计算目标旁通阀开度并对旁通阀开度进行控制，以达到目标进气歧管压力和目标吸入空气量。由此，能够实现来自驾驶员或其他的控制装置的转矩要求，也能够容易地实现加速响应特性的操作等。
此外，根据本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置，基于根据校正后目标压缩机驱动力Pct”计算得到的目标增压率CRt来控制旁通阀开度BV，并对目标旁通阀开度BVt进行学习校正。即，对机械增压器的偏差所涉及的校正后目标压缩机驱动力Pct”与旁通阀的偏差所涉及的目标旁通阀开度BVt的关系进行学习校正，从而能够进行同时包含机械增压器和旁通阀双方的偏差要素的学习。
另外，本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置内所使用的控制映射有绝热效率ηad映射、I/C压力损耗ΔPb2映射、最小校正后压缩机驱动力Pc”min映射、最大校正后压缩机驱动力Pc”max映射、设定有旁通阀开度BV相对于发动机转速和增压率CR的关系的旁通阀开度映射，但除了I/C压力损耗ΔPb2映射可根据中间冷却器单体中实际测量的结果来设定之外，其他的映射都可根据机械增压器单体中实际测量的结果来设定，也可以根据安装于发动机后实际测量得到的结果来进行设定。由此，由于能够根据中间冷却器和机械增压器的单体特性来生成映射，因此，在这些设备变更为其他标准的设备的情况下，只要改变变更部分的单体特性映射即可，在沿用到其他的发动机的情况下，也能够沿用控制映射值，其结果使得能够抑制数据测量以及适应的工作量。
如上所述，根据本发明的实施方式1，在具有旁通阀的带机械式增压器的内燃机中，具有能够操作加速响应特性、学习偏差要素的优异特点，并且，还能够抑制数据测量和适应的工作量。
另外，关于上述实施方式中所说明的目标压缩机驱动力、最小压缩机驱动力、最大压缩机驱动力、以及实际压缩机驱动力，可以使用通过将上述压缩性的影响考虑在内的基于相似定律的向标准状态的校正以及基于机械增压器的绝热效率的校正这两方面的校正从而校正得到的目标压缩机驱动力、最小压缩机驱动力、最大压缩机驱动力、以及实际压缩机驱动力，或者也可以使用通过将压缩性的影响考虑在内的基于相似定律的向标准状态的校正和基于机械增压器的绝热效率的校正中的任一种校正从而校正得到的目标压缩机驱动力、最小压缩机驱动力、最大压缩机驱动力、以及实际压缩机驱动力。
标号说明
1发动机(内燃机)、2进气管、3空气净化器、4空气流量传感器(AFS)、5吸入空气温度传感器(进气温度传感器)、6节流阀、7节流开度传感器、8节流下游压力传感器、9节流下游温度传感器、10旁通通路、11机械增压器、12旁通阀、13旁通阀开度传感器、14中间冷却器、15气室、16进气歧管压力传感器、17进气歧管温度传感器、18气缸、20喷射器、21火花塞、22点火线圈、23进气阀、24排气阀、25曲柄角传感器、26排气管、27空燃比传感器、28废气净化催化剂、40ECU(电子控制单元)。

Claims (11)

1.一种内燃机的控制装置，其特征在于，包括：
节流阀，该节流阀设置于内燃机的进气通路；
机械增压器，该机械增压器设置于所述进气通路的所述节流阀的下游侧，具有由所述内燃机的输出轴来进行驱动的压缩机；
旁通阀，该旁通阀设置于以绕过所述机械增压器的方式与所述进气通路相连接的旁通通路；
旁通阀驱动部，该旁通阀驱动部通过操作所述旁通阀的开度即旁通阀开度来改变所述旁通通路的流路截面积；
目标吸入空气量计算部，该目标吸入空气量计算部基于所述内燃机的输出目标值即目标转矩，计算出成为吸入所述内燃机的吸入空气量的目标值的目标吸入空气量以及成为所述内燃机的填充效率的目标值的目标填充效率；
目标节流开度计算部，该目标节流开度计算部基于所述目标吸入空气量，计算出所述节流阀的目标开度；
节流阀驱动部，该节流阀驱动部基于所述节流阀的目标开度，通过操作所述节流阀的开度来调整吸入到所述内燃机的空气量即吸入空气量；
目标机械增压器下游压力计算部，该目标机械增压器下游压力计算部基于所述目标填充效率，计算出成为所述机械增压器的下游侧压力的目标值的目标机械增压器下游压力；
机械增压器上游压力检测部，该机械增压器上游压力检测部检测所述机械增压器的上游侧压力；
目标压缩机驱动力计算部，该目标压缩机驱动力计算部基于所述目标吸入空气量、所述目标机械增压器下游压力、以及所述机械增压器上游压力，计算出目标压缩机驱动力；以及
目标旁通阀开度计算部，该目标旁通阀开度计算部基于所述目标压缩机驱动力，计算出成为旁通阀开度的目标值的目标旁通阀开度。
2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述目标旁通阀开度计算部
具有预先设定有所述内燃机的转速与最小压缩机驱动力及所述内燃机的转速与最大压缩机驱动力的对应关系的压缩机驱动力映射，根据该压缩机驱动力映射，由所述内燃机的转速计算出最小压缩机驱动力和最大压缩机驱动力，
基于所述目标压缩机驱动力、所述最小压缩机驱动力、以及所述最大压缩机驱动力，计算出表示所述目标压缩机驱动力处于所述最小压缩机驱动力与所述最大压缩机驱动力之间的哪一个位置的目标增压率，
具有预先设定有所述目标增压率与所述旁通阀开度的对应关系的旁通阀开度映射，根据该旁通阀开度映射，由所述目标增压率计算出所述目标旁通阀开度。
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，
所述目标机械增压器下游压力计算部
基于进气歧管基准的体积效率和所述目标填充效率，计算出目标进气歧管压力，所述进气歧管基准的体积效率是在进气行程期间所述内燃机的气缸从进气歧管吸入的新气体体积相对于所述气缸的排气量的比率，
基于所述目标进气歧管压力计算出所述目标机械增压器下游压力。
4.如权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，还包括：
吸入空气量检测单元，该吸入空气量检测单元对所述吸入空气量进行检测；
进气歧管压力检测部，该进气歧管压力检测部检测进气歧管压力；
转速获取部，该转速获取部获取所述内燃机的转速；
机械增压器下游压力计算部，该机械增压器下游压力计算部基于所述转速与所述进气歧管压力计算机械增压器下游压力；
实际压缩机驱动力计算部，该实际压缩机驱动力计算部基于所述机械增压器上游压力、所述机械增压器下游压力及所述吸入空气量，计算出实际压缩机驱动力；以及
反馈校正量运算部，该反馈校正量运算部基于所述实际压缩机驱动力与所述目标压缩机驱动力的差分，计算出所述目标旁通阀开度的反馈校正量。
5.如权利要求3所述的内燃机的控制装置，其特征在于，还包括：
吸入空气量检测单元，该吸入空气量检测单元对所述吸入空气量进行检测；
进气歧管压力检测部，该进气歧管压力检测部检测进气歧管压力；
转速获取部，该转速获取部获取所述内燃机的转速；
机械增压器下游压力计算部，该机械增压器下游压力计算部基于所述转速与所述进气歧管压力计算机械增压器下游压力；
实际压缩机驱动力计算部，该实际压缩机驱动力计算部基于所述机械增压器上游压力、所述机械增压器下游压力及所述吸入空气量，计算出实际压缩机驱动力；以及
反馈校正量运算部，该反馈校正量运算部基于所述实际压缩机驱动力与所述目标压缩机驱动力的差分，计算出所述目标旁通阀开度的反馈校正量。
6.如权利要求4所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
还包括反馈学习量运算部，该反馈学习量运算部针对所述目标旁通阀开度的所述反馈校正量的定量性偏差量计算出反馈学习量，将所述反馈学习量与所述目标旁通阀开度相加来对所述目标旁通阀开度进行校正。
7.如权利要求5所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
还包括反馈学习量运算部，该反馈学习量运算部针对所述目标旁通阀开度的所述反馈校正量的定量性偏差量计算出反馈学习量，将所述反馈学习量与所述目标旁通阀开度相加来对所述目标旁通阀开度进行校正。
8.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述目标压缩机驱动力是通过将压缩性的影响考虑在内且基于相似定律的向标准状态的校正、以及基于所述机械增压器的绝热效率的校正这两种校正或其中一种校正从而校正得到的目标压缩机驱动力。
9.如权利要求2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述最小压缩机驱动力和所述最大压缩机驱动力是通过将压缩性的影响考虑在内且基于相似定律的向标准状态的校正、以及基于所述机械增压器的绝热效率的校正这两种校正或其中一种校正从而校正得到的最小压缩机驱动力和最大压缩机驱动力。
10.如权利要求4所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述实际压缩机驱动力是通过将压缩性的影响考虑在内且基于相似定律的向标准状态的校正、以及基于所述机械增压器的绝热效率的校正这两种校正或其中一种校正从而校正得到的实际压缩机驱动力。
11.如权利要求5所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述实际压缩机驱动力是通过将压缩性的影响考虑在内且基于相似定律的向标准状态的校正、以及基于所述机械增压器的绝热效率的校正这两种校正或其中一种校正从而校正得到的实际压缩机驱动力。
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