CN107002573A - 用于内燃机的控制器 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃机的控制器包括电子控制单元。该电子控制单元被配置为在处于稀空燃比的操作期间目标转矩增大的情况下，作为第一转矩增大操作，在保持稀空燃比的同时增大被吸入气缸的空气量，以使转矩增大。该电子控制单元被配置为在从当前时间点开始的一定时间内保持稀空燃比的情况下，计算界限转矩作为能够实现的转矩的上限。该电子控制单元被配置为在第一转矩增大操作的执行期间目标转矩变得高于界限转矩的情况下，作为第二转矩增大操作，切换到处于理论空燃比的操作并且增大转矩。

Description

用于内燃机的控制器

技术领域

本发明涉及一种用于包括涡轮增压器的内燃机的控制器，特别是涉及一种用于能够选择处于理论空燃比的操作和处于比理论空燃比更稀的指定稀空燃比的操作的内燃机的控制器。

背景技术

如公开号为2000-052817的日本专利申请(JP 2000-052817 A)中所公开的，作为用于能够执行处于稀空燃比的操作(以下称为稀操作)的内燃机的控制方法，已知以下控制方法：在该方法中，将根据加速踏板操作量等计算的目标转矩与指定的判定值进行比较，当目标转矩至多等于判定率时，选择稀操作，以及当目标转矩高于判定率时，选择处于理论空燃比的操作(以下称为理论配比(stoichiometric)操作)。此外，如公开号为11-022512的日本专利申请(JP 11-022512 A)中所公开的，还已知以下控制方法：在该方法中，当在稀操作期间目标转矩与实际转矩之间产生对应于指定值或更大值的差时，操作从稀操作切换到理论配比操作。此外，还公知以下控制方法：在该方法中，当在稀操作期间检测到驾驶员的加速要求时，操作迅速地从稀操作切换到理论配比操作。

发明内容

顺便提一下，在包括涡轮增压器的内燃机的加速期间产生涡轮延时。具体而言，由于排气中的能量较少，在稀操作期间涡轮延时变得更加显著。为了满足驾驶员的加速要求，替代继续稀操作，要求切换到理论配比操作，在理论配比操作中，可以获得更高的排气能量，并且涡轮增压压力相对于致动器操作的响应性高。

比较目标转矩和判定值以做出上述切换。在这种情况下，如果实际转矩保持为低，则直到目标转矩超过判定值才做出到理论配比操作的切换。为此，不能提供驾驶员要求的加速感，这促使驾驶员进一步下压加速踏板。因此，燃料经济性可能会恶化。

此外，在通过目标转矩与实际转矩之间的差判定上述切换的情况下，即使在实际转矩短时间内达到目标转矩的情况下，也一律地做出到理论配比操作的切换。因此，丧失执行稀操作的机会。这样，燃料经济性可能会恶化。这同样适用于以下控制方法：其中当检测到驾驶员的加速要求时，操作被迅速切换到理论配比操作。根据加速要求的大小，可以继续稀操作。因此，如果简单地做出到理论配比操作的切换，则丧失通过执行稀操作来改善燃料经济性的机会。

如上所述，在满足驾驶员的加速要求和改善燃料经济性之间的平衡方面，存在用于改进传统上提出的与从稀操作到理论配比操作的切换有关的技术的余地。

本发明提供了一种用于包括涡轮增压器并且可以选择理论配比操作和稀操作的内燃机的控制器，该用于内燃机的控制器能够延长其中在满足驾驶员的加速要求的同时执行稀操作的时间段。

提供了根据本发明的一方面的用于内燃机的控制器。所述内燃机包括涡轮增压器。所述内燃机被配置为选择性地在处于理论空燃比的操作和处于比所述理论空燃比更稀的指定稀空燃比的操作之间切换。所述控制器包括电子控制单元。该电子控制单元被配置为在处于所述稀空燃比的操作期间目标转矩增大的情况下，作为第一转矩增大操作，在保持所述稀空燃比的同时增大被吸入所述内燃机的气缸的空气量，以使所述内燃机的转矩增大。所述电子控制单元被配置为在从当前时间点开始的一定时间内保持所述稀空燃比的情况下，计算界限转矩(limit torque)作为能够实现的所述转矩的上限。所述电子控制单元被配置为在所述第一转矩增大操作的执行期间所述目标转矩变得高于界限转矩的情况下，作为第二转矩增大操作，切换到处于所述理论空燃比的操作并且增大所述内燃机的转矩。

界限转矩是一定时间之后甚至可以由处于稀空燃比的操作实现的转矩的上限。因此，当界限转矩高于目标转矩时，可以在保持稀空燃比的同时在一定时间内实现目标转矩。相反，在目标转矩高于界限转矩并且保持稀空燃比的情况下，不能在一定时间内实现目标转矩。如上所述，在所述目标转矩变得高于所述界限转矩，并且因此即使在一定时间之后也无法实现所述目标转矩的情况下，根据上述方面的用于内燃机的控制器将操作从第一转矩增大操作切换到第二转矩增大操作。“一定时间”被设定为直到实现可用于满足驾驶员的加速要求的目标转矩为止的窗口时间。以这种方式，可以尽可能地延长其中在驾驶员的加速要求被满足的同时执行处于稀空燃比的操作的时间段。

在上述方面，在内燃机包括节流阀和废气门阀的情况下，优选的是，在当前时间点节流阀完全打开且废气门阀完全关闭的情况下，计算在一定时间之后实现的转矩作为界限转矩。在这样的定义下计算出的界限转矩是在通过节流阀和废气门阀的操作在稀空燃比下以最快速度增大转矩的情况下，在一定时间之后实现的转矩。

在上述方面，优选的是，所述“一定时间”的长度可以根据驾驶员所选择的操作模式更改。例如，当选择其中要求燃料经济性能的操作模式时，所述一定时间的长度被设定为延长。以这种方式，通过延迟从第一转矩增大操作到第二转矩增大操作的切换时间，可以使处于稀空燃比的操作持续更长时间。同时，例如，当选择其中要求加速性能的操作模式时，所述一定时间的长度被设定为缩短。以这种方式，从第一转矩增大操作到第二转矩增大操作的切换时间提前，由此可以通过处于理论空燃比的操作来提高转矩的响应性。

由于执行第二转矩增大操作，通过处于理论空燃比的操作来增大涡轮增压压力，在处于理论空燃比的操作中，可以获得比处于稀空燃比的操作期间更高的排气能量。当涡轮增压压力增大时，界限转矩也随之增大。因此，在处于理论空燃比的操作期间，界限转矩可能变得再次高于目标转矩。在这种情况下，处于理论空燃比的操作优选地被切换到处于稀空燃比的操作。这是因为通过切换到稀空燃比，可以提高燃料经济性能。

然而，在处于理论空燃比的操作被切换到处于稀空燃比的操作的情况下，由于涡轮增压压力的减小，界限转矩暂时变得低于目标转矩。即使当为了处理上述问题而再次将操作切换到处于理论空燃比的操作时，界限转矩也会由涡轮增压压力的增大而增大。因此，操作再次被切换到处于稀空燃比的操作。结果，产生处于理论空燃比的操作与处于稀空燃比的操作之间的重复切换，即，摆动。因此，在当界限转矩在处于理论空燃比的操作期间再次变得高于目标转矩时处于理论空燃比的操作被切换到处于稀空燃比的操作的情况下，优选在切换到处于稀空燃比的操作之后至少在指定的时间段内保持处于稀空燃比的操作。其中保持处于稀空燃比的操作的时间段优选地为直到涡轮增压压力(由于切换到处于稀空燃比的操作而降低)再次增大为止的时间段。

依照根据本发明的用于内燃机的控制器，在处于稀空燃比的操作期间目标转矩增大，并且目标转矩至多等于界限转矩的情况下，继续执行第一转矩增大操作。然后，当目标转矩变得高于界限转矩时，操作被切换到第二转矩增大操作。以此方式，可以在满足驾驶员的加速要求的同时延长其中执行处于稀空燃比的操作的时间段。

附图说明

下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点、以及技术和工业意义，在这些附图中，相同的参考标号表示相同的元件，并且其中：

图1是本发明的实施例1中的发动机系统的配置的视图；

图2是本发明的实施例1中的控制器的配置的框图；

图3是本发明的实施例1中的用于设定目标空燃比的规则的流程图；

图4是相对于本发明的实施例1中的控制器的比较例中的操作的时序图；

图5是本发明的实施例1中的控制器实现的操作的时序图；

图6是本发明的实施例1中的控制器实现的操作的时序图；

图7是用于说明与目标空燃比的切换判定有关的问题的时序图；

图8是本发明的实施例2中采用的对涡轮增压压力的逆响应的对应的概况的流程图；

图9是本发明的实施例2中的控制器的配置的框图；

图10是本发明的实施例2中的控制器实现的操作的时序图；

图11是本发明的实施例3中的控制器的配置的框图；以及

图12是本发明的实施例3中的控制器实现的操作的时序图。

具体实施方式

下面将参考附图描述本发明的实施例。需要指出，在下面的实施例中提及各个部件的数目、体积、量、范围等的数值的情况下，本发明不限于所提及的数值，除非专门定义这样的数值，以及除非所述部件原则上明显限于这样的数值。此外，在以下实施例中描述的结构、步骤等不一定是本发明必要的，除非专门定义此类结构、步骤等，以及除非本发明原则上明显限于具有此类结构、步骤等。

实施例1

1.发动机系统的配置

图1是本发明的实施例1中的发动机系统的配置的视图。该实施例的发动机系统包括具有涡轮增压器的内燃机(以下称为发动机)2，该内燃机作为动力单元安装在汽车中。该发动机2是能够选择理论配比操作(即，处于理论空燃比的操作)和稀操作(即，处于比理论空燃比更稀的指定稀空燃比的操作)的稀燃发动机。稀操作期间的空燃比被设定为落在比其中产生大量NOx的空燃比范围更稀的空燃比范围内，并且被设定为使得其值落在例如从24到26的空燃比范围内。

发动机2包括其中布置有活塞12的气缸体4和气缸盖3。发动机2中的气缸数量和气缸的布置没有特别限制。气缸盖3和活塞12之间存在的空间用作燃烧室5。发动机2是火花点火式的发动机，点火器的火花塞18以向燃烧室5的顶部突出的方式附接到气缸盖3。

进气口6和排气口8各自向燃烧室5打开。燃烧室5和进气口6之间的连通状态由设置在气缸盖3内的进气阀14控制。燃烧室5和排气口8之间的连通状态由设置在气缸盖3内的排气阀16控制。在进气阀14中设置有使进气阀14的开启特性可变的可变进气阀机构24。在排气阀16中设置有使排气阀16的开启特性可变的可变排气阀机构26。

该发动机2包括两个用于每个气缸的燃料喷射阀。一个燃料喷射阀是将燃料直接喷射到燃烧室5的缸内喷射阀22。另一个燃料喷射阀是将燃料喷射到进气口6的端口喷射阀20。

与缓冲罐19一体化的进气歧管10连接到进气口6。从外部吸入空气的进气通道30连接到缓冲罐19。电子控制节流阀40在进气通道30中被设置在缓冲罐19的附近。空气过滤器31被设置在进气通道30的顶端。

排气歧管11连接到排气口8。将排气排放到外部的排气通道32连接到排气歧管11。三元催化剂62、NOx吸留还原型催化剂64和选择性还原型催化剂66在排气通道32中从上游侧依次设置。

发动机2具有涡轮增压器28。涡轮增压器28的压缩机28a被设置在进气通道30中的节流阀40的上游侧。用于冷却由压缩机28a压缩的进气的中间冷却器36被设置在进气通道30中的压缩机28a和节流阀40之间。涡轮增压器28的涡轮28b在排气通道32中被设置在三元催化剂62的上游侧。在涡轮28b的上游侧和下游侧之间旁通的旁路通道44被设置在涡轮28b附近。废气门阀46被安装在旁路通道44中。当废气门阀46打开时，一些排气绕过涡轮28b并流过旁路通道44。废气门阀46由隔膜式负压致动器46a驱动。

该实施例的系统包括在各种位置处的用于获得有关发动机2的操作状态的信息的传感器。用于测量进气量的气流计34安装在进气通道30中的空气过滤器31的直接下游侧。用于测量涡轮增压压力的压力传感器38安装在进气通道30中的中间冷却器36的直接下游侧。用于测量节流阀40的开度的节流阀位置传感器42安装在节流阀40的附近。用于测量进气歧管压力的压力传感器56安装在缓冲罐19中。在本说明书中，节流阀40的上游侧的压力被称为涡轮增压压力，节流阀40的下游侧的压力被称为进气歧管压力。

用于输出相对于排气燃烧前的空燃比线性变化的信号的空燃比传感器70安装在排气通道32中的三元催化剂62的直接上游侧。此外，用于输出信号的氧传感器72安装在排气通道32中的三元催化剂62的直接下游侧，并且信号在以通过燃烧处于理论空燃比的空燃混合物而获得的排气中的氧气浓度为边界的氧气过剩侧和氧气不足侧逐步变化。

此外，该实施例的系统具有：用于测量加速踏板的操作量的加速器位置传感器52；以及用于测量发动机2的曲柄角的曲柄角传感器54。

上述各种传感器和致动器被电连接到控制器100。控制器100是电子控制单元(ECU)。控制器100执行对发动机2的整个系统的控制，并且由作为主要部件的包括CPU、ROM和RAM的计算机构成。ROM存储各种类型的控制例程。当这些例程由控制器100执行并且致动器基于来自传感器的信号进行操作时，发动机2的操作被控制。

2.控制器的配置

图2是实施例1中的控制器100的配置的框图。控制器100包括界限转矩计算单元102、目标空燃比设定单元104和致动器操作量计算单元106。这些被设置在控制器100中的计算单元对应于存储在控制器100的ROM中的控制程序或其一部分。当控制程序从ROM读出并由CPU执行时，这些计算单元的功能由控制器100实现。

将描述界限转矩计算单元102的功能。由界限转矩计算单元102计算的界限转矩是指从当前时间点开始的一定时间之后可以通过稀操作实现的转矩的上限值。更具体地说，界限转矩是在用于控制空气量的致动器被操作以使缸内进气量以最大速度增大的情况下，被推定为从当前时间点开始的一定时间之后以稀空燃比实现的转矩。更具体地说，本文所述的致动器是指节流阀40和废气门阀46。当节流阀40完全打开并且废气门阀46完全关闭时，进气量的增大速度变为最大，并且从当前时间点开始的一定时间之后实现的进气量也变为最大。应当注意，在使用可变进气阀机构24的阀定时和操作角度的变化进行空气量控制的情况下，可变进气阀机构24也包括在本文所述的致动器中。

通过包括节流阀40、废气门阀46等的用于控制空气量的致动器的操作实现的最大进气量，由当前时间点的进气量和涡轮增压压力以及从当前时间点到实现最大进气量的预测时间点的时间(这被称为预读时间)统一地确定。此外，在稀操作期间目标空燃比固定的情况下，一旦确定了进气量，转矩也会确定。因此，当确定当前时间点的进气量和涡轮增压压力以及预读时间时，也可以统一地确定从当前时间点开始的一定时间(等于预读时间)之后实现的界限转矩。界限转矩计算单元102搜索存储在控制器100的ROM中的映射，并且根据推定进气量、推定涡轮增压压力和预读时间确定界限转矩。应当注意，用于搜索映射的推定进气量是当前进气量的推定值，并且根据与进气量相关的状态量(例如进气歧管压力和缸内压力)的测量值来计算。用于搜索映射的推定涡轮增压压力是根据相关状态量的测量值计算的当前涡轮增压压力的推定值。然而，代替推定涡轮增压压力，可以使用由压力传感器测量的实际测量值。

用于确定界限转矩的预读时间(一定时间)是直到实现可以满足驾驶员的加速要求的目标转矩为止的窗口时间。允许的窗口时间取决于驾驶员的感觉。因此，根据驾驶员选择的发动机2的操作模式来确定预读时间。例如，运动模式和经济模式可用作操作模式，并且可以通过车厢中的开关的操作来选择这些模式。例如，当选择运动模式时，预读时间被设定为短时间。同时，当选择经济模式时，预读时间被设定为长时间。

将描述目标空燃比设定单元104的功能。目标空燃比设定单元104选择理论空燃比和指定的稀空燃比中的任一者，并将目标空燃比设定为所选择的空燃比。基于由界限转矩计算单元102计算的界限转矩与目标转矩之间的比较来选择目标空燃比。通过参考存储在控制器100的ROM中的转矩映射，根据加速踏板操作量和发动机速度确定目标转矩。界限转矩是能够在一定时间内以稀空燃比实现的最大转矩。因此，在目标转矩至多等于界限转矩的情况下，最迟在一定时间之后能够以稀空燃比实现目标转矩。然而，在目标转矩高于界限转矩的情况下，即使在一定时间之后，也不能以稀空燃比实现目标转矩。基于目标转矩和界限转矩之间的这种关系来定义用于在目标空燃比设定单元104中设定目标空燃比的规则。

图3是用于在目标空燃比设定单元104中设定目标空燃比的规则的流程图。目标空燃比设定单元104在每个控制周期按照该流程图中的以下步骤来设定目标空燃比。首先，在步骤S2判定上一个控制周期中的目标空燃比是否为稀空燃比。如果上一个目标空燃比是稀空燃比，即，到目前为止已经执行稀操作的情况下，则进行步骤S4的判定。如果上一个目标空燃比不是稀空燃比，即，到目前为止已经执行理论配比操作的情况下，则进行步骤S6的判定。

在步骤S4，比较目标转矩和界限转矩，并且判定目标转矩是否高于界限转矩。如果目标转矩不高于界限转矩，即，如果能够在一定时间内以稀空燃比实现目标转矩，则选择步骤S10的处理。在步骤S10，选择保持目标空燃比不变，即，选择将目标空燃比保持在稀空燃比。通过该选择，在当前的控制周期中还继续稀操作。

另一方面，如果目标转矩高于界限转矩，即，如果即使在一定时间之后也无法以稀空燃比实现目标转矩，则选择步骤S8的处理。在步骤S8，选择将目标空燃比改变为理论空燃比。通过该选择，将当前控制周期中的发动机2的操作从稀操作切换到理论配比操作。

在步骤S6的判定被选择为步骤S2的下一处理的情况下，赋予界限转矩指定的滞后(hysteresis)。在步骤S6，判定目标转矩是否至多等于比由界限转矩计算单元102计算的界限转矩低滞后“α”的值。如果目标转矩高于被赋予滞后的界限转矩，则选择步骤S10的处理。在步骤S10，选择保持目标空燃比不变，即，选择使目标空燃比保持在理论空燃比。通过该选择，在当前控制周期中还继续理论配比操作。

另一方面，如果目标转矩至多等于被赋予滞后的界限转矩，则选择步骤S12的处理。在步骤S12，选择将目标空燃比改变为稀空燃比。提供滞后以抑制目标转矩和界限转矩之间的大小关系的频繁反转，以及抑制通过频繁反转产生的目标空燃比的设定之间的切换期间的摆动。由于目标空燃比改变为稀空燃比，在当前控制周期中，发动机2的操作被从理论配比操作切换到稀操作。

再次参考图2，接下来将描述致动器操作量计算单元106的功能。致动器操作量计算单元106计算以目标空燃比设定单元104设定的目标空燃比实现目标转矩所需的各个致动器的操作量。这里所述的致动器包括节流阀40和废气门阀46。致动器操作量计算单元106根据目标空燃比和目标转矩计算目标进气歧管压力，并且根据目标进气歧管压力确定节流阀40的开度和废气门阀46的开度(隔膜式负压致动器46a的隔膜负压)。更具体地说，在目标进气歧管压力至多等于涡轮增压压力的情况下，废气门阀46被固定为完全打开，并且节流阀40对应于目标进气歧管压力的增大而打开。此外，在目标进气歧管压力变得高于涡轮增压压力的情况下，节流阀40被固定为完全打开，并且废气门阀46对应于目标进气歧管压力的增大而关闭。

其操作量由致动器操作量计算单元106计算的致动器不仅包括节流阀40和废气门阀46，而且还包括与转矩控制相关的所有致动器。更具体地说，其中包括端口喷射阀20、缸内喷射阀22、含有火花塞18的点火器，可变进气阀机构24等。致动器操作量计算单元106通过参考存储在ROM中的映射(以目标转矩和目标空燃比作为参数的映射)来确定这些致动器的操作量，并将操作量作为指令值输出到各个致动器。

3.由控制器实现的操作

接下来，将使用时序图来描述由实施例1的控制器100实现的操作及其比较例。在比较例中，采用用于通过参考符合正常状态的映射，根据目标转矩和发动机速度确定目标空燃比的方法。

3-1比较例中的操作

图4是相对于控制器100的比较例的操作的时序图。图4中的时序图示出了在通过稀操作从正常行驶转变到加速行驶的情况下，加速踏板操作量、涡轮增压压力、目标进气歧管压力、目标转矩、实际转矩、空燃比(目标空燃比)、节流阀40的开度以及废气门阀46的隔膜负压中的每一者的时间变化。

如时序图所示，在加速期间，目标转矩与加速踏板操作量一起单调增大，并且目标进气歧管压力也与目标转矩一起单调增大。节流阀开度与目标进气歧管压力一起增大，直到目标进气歧管压力达到涡轮增压压力为止，即，直到发动机2的操作范围落在涡轮增压范围内，并且转矩由节流阀开度控制。同时，确定废气门阀46的开度的隔膜负压被固定为最小值。

最终，节流阀开度变得完全打开，目标进气歧管压力达到涡轮增压压力。当发动机2的操作范围落在涡轮增压范围内时，节流阀开度被固定为完全打开。在涡轮增压范围内，隔膜负压与目标进气歧管压力一起增大，并且转矩由废气门阀46的开度控制。

然而，由于在稀操作中获得的排气能量不高，因此尽管隔膜负压增大，涡轮增压压力也不会迅速增大。结果，实际转矩不能以跟随目标转矩的方式增大，并且随着目标转矩的增大，实际转矩相对于目标转矩的不足变得更加显著。因此，比较例中的方法不能向驾驶员提供期望的加速感。

3-2由控制器实现的操作1

图5是由控制器100实现的操作的时序图。图5中的时序图示出了在通过稀操作从正常行驶转变到加速行驶的情况下，加速踏板操作量、涡轮增压压力、目标进气歧管压力、界限转矩、目标转矩、实际转矩、空燃比(目标空燃比)、节流阀40的开度以及废气门阀46的隔膜负压中的每一者的时间变化。

如时序图所示，直到目标进气歧管压力达到涡轮增压压力并且发动机2的操作范围落在涡轮增压范围内为止的操作与比较例中的操作基本相同。然而，界限转矩一直由控制器100计算。界限转矩是在节流阀40完全打开并且废气门阀46完全关闭时的一定时间之后实现的转矩。在时序图中，直到发动机2的操作范围落在涡轮增压范围内，界限转矩的值才显著变化。这是因为进气量的增大对节流阀40的完全打开的响应存在延迟，因此上述一定时间的大部分与该响应的延迟时间重叠。

当节流阀40完全打开并且发动机2的操作范围落在涡轮增压范围内时，界限转矩对应于涡轮增压压力的增大而增大。然而，由于在稀操作中获得的排气能量不高，所以涡轮增压压力的增速低，并且界限转矩以与其对应的速度增大。因此，在目标转矩的增速高于界限转矩的增速的情况下，目标转矩最终变得高于界限转矩。执行通过在保持稀空燃比的同时增大进气量来增大实际转矩的操作(这是指第一转矩增大操作)，直到目标转矩变得高于界限转矩。在第一转矩增大操作中，废气门阀46被固定为完全打开，并且通过节流阀40的操作来增大进气量。然后，一旦节流阀40完全打开，节流阀40被固定为完全打开，并且通过废气门阀46的操作增大进气量。

当目标转矩变得高于界限转矩时，目标空燃比被从稀空燃比切换到理论空燃比，并且执行通过理论配比操作来增大实际转矩的操作(这是指第二转矩增大操作)。在第二转矩增大操作中，废气门阀46在切换目标空燃比的同时打开，节流阀40的开度一度降低。在通过该操作使进气量一度快速减少之后，节流阀40的开度与目标转矩一起增大，从而进气量增大。

通过从第一转矩增大操作切换到第二转矩增大操作，空燃比被设定为理论配比，并且通过由此实现的转矩增大来抵消实际转矩相对于目标转矩的不足。此外，由于涡轮增压压力的响应性因为排气能量的增大而改善，因此改善了实际转矩相对于涡轮增压范围内的目标转矩的跟随性能。以这种方式，可以向驾驶员提供期望的加速感。

3-3由控制器实现的操作2

图6是其中在预读时间长的情况与预读时间短的情况之间比较由控制器100实现的操作的时序图。该时序图示出了在通过稀操作从正常行驶转变到加速行驶的情况下，加速踏板操作量、涡轮增压压力、目标进气歧管压力、界限转矩、目标转矩、实际转矩、以及空燃比(目标空燃比)中的每一者的时间变化。在该时序图中，通过细线示出了其中预读时间被设定为短时间(设定1)的情况下的操作，通过粗线示出了其中预读时间被设定为长时间(设定2)的情况下的操作。在该时序图中，以设定1表示的项指示其中预读时间被设定为设定1的情况下的操作，以设定2表示的项指示其中预读时间被设定为设定2的情况下的操作。

如该时序图所示，设定2中的界限转矩比设定1中高，目标转矩在设定2中超过界限转矩的时间比在设定1中超过界限转矩的时间晚。因此，从用于通过稀操作增大发动机2的转矩的第一转矩增大操作到用于通过理论配比操作增大发动机2的转矩的第二转矩增大操作的切换时间被延迟。也就是说，当预读时间被设定为长时，其中执行稀操作的时段被延长。当预读时间被设定为短时，更快地切换到理论配比操作。

如上所述，预读时间与由驾驶员选择的操作模式(例如，经济模式)相关联。当选择了其中要求燃料经济性能的操作模式时，预读时间被设定为设定2。以此方式，稀操作能够持续更长时间，因此燃料经济性能提高。同时，当选择其中要求加速性能的操作模式(例如，运动模式)时，预读时间被设定为设定1。以此方式，到理论配比操作的切换时间可以提前，从而提高转矩的响应性。不用说，预读时间的设定不限于设定1和设定2这两个。可以设置处于设定1和设定2之间的中间时间长度的预读时间。或者，预读时间可以被逐步地设定，或者可以以连续可变的方式设定。

实施例2

1.概述

在实施例2中，实施例1被进一步改进。在实施例1中，目标空燃比通过遵循图3中的流程图所示的规则来设定。如已经描述的那样，在实施例1中，在与从稀操作到理论配比操作的切换相关的判定中比较界限转矩和目标转矩。同时，在与从理论配比操作到稀操作的切换相关的判定中，比较从界限转矩减去滞后而得到的值和目标转矩。提供滞后是为了防止由目标转矩和界限转矩之间的大小关系的重复反转而产生的摆动。

然而，滞后的设定也导致从理论配比操作到稀操作的切换的延迟。为了不减少通过稀操作改善燃料经济性的机会，不优选地设定大的滞后。因此，在实施例2中，为了防止大滞后的设定，针对其中目标转矩和界限转矩之间的大小关系频繁地反转的特定情况采取专门的控制措施。

图7是用于说明与上述特定情况下的目标空燃比切换的判定有关的问题的时序图。该时序图示出了在通过理论配比操作实现加速行驶期间执行涡轮增压压力预备控制的情况下，目标转矩、界限转矩、空燃比(目标空燃比)、目标进气量、节流阀40的开度、涡轮增压压力以及废气门阀46的隔膜负压中的每一者的时间变化。涡轮增压压力预备控制表示用于通过在节流阀40完全打开之前关闭废气门阀46以预先增大涡轮增压压力，从而提高进气量相对于节流阀40的开度的响应性的控制。

在该时序图所示的实例中，界限转矩随着涡轮增压压力的增大而逐渐增大。最终，在加速行驶转变为恒速行驶，并且因此目标转矩的增大停止之后，界限转矩和目标转矩反转。虽然在该时序图中未示出，但是针对界限转矩设定滞后。当比界限转矩低滞后的值变得至少等于目标转矩时，通过遵循上述目标空燃比的设定规则(图3中的流程图所示的规则)将目标空燃比从理论空燃比切换到稀空燃比。

目标进气量对应于目标空燃比被设定为稀而增大。然后，节流阀40的开度增大，以实现增大的目标进气量。当节流阀40打开并且因此通过节流阀40的空气流量增大时，作为节流阀40的上游侧的压力的涡轮增压压力暂时降低。也就是说，发生涡轮增压压力相对于节流阀40的操作的逆响应。当涡轮增压压力通过该逆响应减小时，基于当前涡轮增压压力计算的界限转矩也减小。因此，界限转矩再次变得低于目标转矩。

当界限转矩变得低于目标转矩时，通过遵循上述目标空燃比的设定规则，将目标空燃比从稀空燃比切换到理论空燃比。目标进气量对应于目标空燃比被设定为理论配比而减少。然后，节流阀40的开度减小以实现减少的目标进气量。由于相对于节流阀40的操作的逆响应，涡轮增压压力然后暂时增大，界限转矩再次增大到高于目标转矩。

上述特定情况是指其中如上所述通过涡轮增压压力相对于节流阀40的操作的逆响应，目标转矩和界限转矩之间的大小关系重复地反转的情况。为了防止这种情况下的摆动，有效的做法是，在目标空燃比的初始切换之后，直到涡轮增压压力相对于节流阀40的操作的逆响应结束，才切换目标空燃比。

图8是在该实施例中采取的针对涡轮增压压力的逆响应的措施的概况的流程图。控制器100通过在每个控制周期遵循该流程图来针对涡轮增压压力的逆响应采取措施。首先，在步骤S22判定指示当前时间处于涡轮增压压力的逆响应期的标志(逆响应期标志)是否为ON(开)。

如果逆响应期标志为OFF(关)，则进行步骤S24的判定。在步骤S24判定上一个控制周期中的目标空燃比是否为理论空燃比。如果上一个控制周期中的目标空燃比为理论空燃比，则接下来进行步骤S26的判定。在步骤S26判定当前控制周期中的目标空燃比是否为稀空燃比。如果上一个控制周期中的目标空燃比为稀空燃比，或者如果当前控制周期中的目标空燃比为理论空燃比，则不采取针对涡轮增压压力的逆响应的措施。在这种情况下，通过遵循上述规则(图3中的流程图所示的规则)设定目标空燃比。

如果上一个控制周期中的目标空燃比为理论空燃比，并且当前控制周期中的目标空燃比为稀空燃比，则执行步骤S28的处理。在步骤S28，逆响应期标志从OFF切换到ON。

由于逆响应期标志为ON，所以在下一控制周期中，步骤S22的判定结果为肯定。在这种情况下，执行步骤S30的处理。在步骤S30判定逆响应期是否已经过去。逆响应期可以被定义为例如从目标空燃比被从理论空燃比切换到稀空燃比的时间点(作为起点)到目标进气量收敛为推定进气量的时间点(作为终点)的期间。

如果逆响应期尚未过去，则执行步骤S32的处理。在步骤S32，将目标空燃比固定为稀空燃比。

如果逆响应期已经过去，则执行步骤S34的处理和步骤S36的处理。在步骤S34，逆响应期标志被从ON切换到OFF。然后，在步骤S36，取消将目标空燃比固定为稀空燃比。

通过针对涡轮增压压力的逆响应采取上述控制措施，可以防止由目标转矩和界限转矩之间的大小关系的反复反转而产生的摆动。

2.控制器的配置

为了采取上述针对涡轮增压压力的逆响应的措施，实施例2的控制器100按照图9所示进行配置。除了界限转矩计算单元102、目标空燃比设定单元104和致动器操作量计算单元106之外，实施例2的控制器100还包括切换时间检测单元108、调节期(moderatingperiod)计算单元110和推定涡轮增压压力修正单元112。设置在控制器100中的这些计算单元对应于存储在控制器100的ROM中的控制程序或其一部分。当控制程序从ROM读出并由CPU执行时，这些计算单元的功能由控制器100实现。

切换时间检测单元108接收目标空燃比设定单元104的输出，并检测目标空燃比被从理论空燃比切换到稀空燃比的时间。当检测到切换时间时，切换时间检测单元108将标志从OFF切换到ON。

调节期计算单元110计算作为对推定涡轮增压压力执行调节处理的期间的调节期。调节期被设定为等于或略长于涡轮增压压力的逆响应期。调节期计算单元110从在切换时间检测单元108中标志被切换到ON的时间点开始调节期。然后，调节期继续，直到可以判定推定进气量收敛于目标进气量为止，例如直到目标进气量和推定进气量之间的差变得至多等于阈值为止。

推定涡轮增压压力修正单元112在由调节期计算单元110设定调节期的同时对推定涡轮增压压力执行调节处理。调节处理可以是能够抑制推定涡轮增压压力的周期性波动的振幅和快速变化的处理。作为调节处理的实例，可以提出平滑处理，例如通过低通滤波器实现的处理或通过移动平均滤波器实现的处理。

界限转矩计算单元102接收已经由推定涡轮增压压力修正单元112处理的推定涡轮增压压力。在对推定涡轮增压压力执行调节处理的情况下，基于推定涡轮增压压力计算的界限转矩的周期性波动的振幅和快速变化也被抑制。由界限转矩计算单元102计算出的界限转矩被输入到目标空燃比设定单元104。目标空燃比设定单元104通过遵循图3中的流程图所示的规则来设定目标空燃比。

3.由控制器实现的操作

图10是由实施例2中的控制器100实现的操作的时序图。图10中的时序图示出了在通过理论配比操作在加速行驶期间执行涡轮增压压力预备控制的情况下，目标转矩、界限转矩、空燃比(目标空燃比)、目标进气量、推定进气量、涡轮增压压力的调节期、节流阀40的开度、涡轮增压压力、调节后的涡轮增压压力、以及废气门阀46的隔膜负压中的每一者的时间变化。应当注意，该时序图中的实线所示的操作是由实施例2中的控制器100实现的操作，并且虚线所示的操作是在不采取针对涡轮增压压力的逆响应的控制措施的情况下的操作。

在该时序图所示的实例中，即使在因为从加速行驶转变到恒速行驶，目标转矩变得恒定之后，由于涡轮增压压力通过涡轮增压压力预备控制而增大，界限转矩保持增大。最终，界限转矩变得高于目标转矩，此时，目标空燃比被从理论空燃比切换到稀空燃比。此外，与上述同时，设定涡轮增压压力的调节期，并且执行用于计算界限转矩的涡轮增压压力的调节处理。

由于在调节期期间的调节处理之后，基于涡轮增压压力计算界限转矩，因此，界限转矩的波形变为其中周期性波动的振幅受到抑制的波形。结果，界限转矩不再低于目标转矩，从而防止目标空燃比从稀空燃比切换到理论空燃比。在调节期之后取消对涡轮增压压力的调节处理。然而，在这个阶段，涡轮增压压力的波动已经收敛。因此，目标转矩和界限转矩之间的大小关系不再反转。以此方式，可以避免由空燃比的不必要切换导致的驾驶性能劣化和燃料经济性恶化。

实施例3

1.控制器的配置

图11是实施例3中的控制器100的配置的框图。与实施例2类似，实施例3的控制器100具有采取针对涡轮增压压力的逆响应的控制措施的配置。除了界限转矩计算单元102、目标空燃比设定单元104和致动器操作量计算单元106之外，实施例3的控制器100还包括切换时间检测单元114、保持期计算单元116和目标空燃比确认单元118。设置在控制器100中的这些计算单元对应于存储在控制器100的ROM中的控制程序或其一部分。当控制程序从ROM读出并由CPU执行时，这些计算单元的功能由控制器100实现。

切换时间检测单元114接收目标空燃比设定单元104的输出，并且检测目标空燃比被从理论空燃比切换到稀空燃比的时间。当检测到切换时间时，切换时间检测单元114将标志从OFF切换到ON。

保持期计算单元116计算作为用于保持目标空燃比的期间的保持期。保持期被设定为等于或略长于涡轮增压压力的逆响应期。保持期计算单元116从在切换时间检测单元114中标志被切换到ON的时间点开始保持期。然后，保持期继续，直到可以判定推定进气量收敛于目标进气量为止，例如直到目标进气量和推定进气量之间的差变得至多等于阈值为止。

目标空燃比确认单元118接收由目标空燃比设定单元104设定的目标空燃比作为暂定目标空燃比。目标空燃比设定单元104通过遵循图3中的流程图所示的规则来设定目标空燃比。当由保持期计算单元116设定保持期时，目标空燃比确认单元118保持此时的暂定目标空燃比，即稀空燃比。然后，目标空燃比确认单元118在保持期被设定的同时，将作为目标空燃比的确认值的保持的暂定目标空燃比输出到致动器操作量计算单元106。

2.由控制器实现的操作

图12是由实施例3中的控制器100实现的操作的时序图。图12中的时序图示出了在通过理论配比操作在加速行驶期间执行涡轮增压压力预备控制的情况下，目标转矩、界限转矩、空燃比(目标空燃比)、目标进气量、推定进气量、涡轮增压压力的调节期、节流阀40的开度、涡轮增压压力、调节后的涡轮增压压力、以及废气门阀46的隔膜负压中的每一者的时间变化。应当注意，该时序图中的实线所示的操作是由实施例3中的控制器100实现的操作，并且虚线所示的操作是在不采取针对涡轮增压压力的逆响应的控制措施的情况下的操作。

在该时序图所示的实例中，即使在因为从加速行驶转变到恒速行驶，目标转矩变得恒定之后，由于涡轮增压压力通过涡轮增压压力预备控制而增大，界限转矩保持增大。最终，界限转矩变得高于目标转矩，此时，目标空燃比被从理论空燃比切换到稀空燃比。此外，与上述同时，设定目标空燃比的保持期，并且将目标空燃比保持为稀空燃比。

在保持期期间，即使当目标转矩和界限转矩之间的大小关系反转时，目标空燃比也保持为稀空燃比，而不管反转如何。在保持期之后，取消将目标空燃比保持为稀空燃比。然而，在这个阶段，涡轮增压压力的波动已经收敛。因此，目标转矩和界限转矩之间的大小关系不再反转。以此方式。可以避免由空燃比的不必要切换导致的驾驶性能劣化和燃料经济性恶化。

Claims (4)

1.一种用于内燃机的控制器，所述内燃机包括涡轮增压器，所述内燃机被配置为选择性地在处于理论空燃比的操作和处于比所述理论空燃比更稀的指定稀空燃比的操作之间切换，所述控制器包括：

电子控制单元，其被配置为在处于所述稀空燃比的操作期间目标转矩增大的情况下，作为第一转矩增大操作，在保持所述稀空燃比的同时增大被吸入所述内燃机的气缸的空气量，以使所述内燃机的转矩增大，所述电子控制单元被配置为在从当前时间点开始的一定时间内保持所述稀空燃比的情况下，计算界限转矩作为能够实现的所述转矩的上限，所述电子控制单元被配置为在所述第一转矩增大操作的执行期间所述目标转矩变得高于所述界限转矩的情况下，作为第二转矩增大操作，切换到处于所述理论空燃比的操作并且增大所述内燃机的转矩。

2.根据权利要求1所述的用于内燃机的控制器，其中

所述内燃机包括：节流阀，其被设置在进气通道中；以及废气门阀，其被设置在排气通道中，以及

所述电子控制单元被配置为在当前时间点所述节流阀完全打开且所述废气门阀完全闭合情况下，计算所述界限转矩作为在所述一定时间之后实现的转矩。

3.根据权利要求1或2所述的用于内燃机的控制器，其中

所述电子控制单元被配置为根据驾驶员所选择的操作模式更改所述一定时间的长度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于内燃机的控制器，其中

所述电子控制单元被配置为在所述第二转矩增大操作的执行期间所述界限转矩变得高于所述目标转矩的情况下，从处于所述理论空燃比的操作切换到处于所述稀空燃比的操作，并且在切换到所述稀空燃比之后的指定时间段内保持处于所述稀空燃比的操作。