CN117222803A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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CN117222803A CN202280031519.9A CN202280031519A CN117222803A CN 117222803 A CN117222803 A CN 117222803A CN 202280031519 A CN202280031519 A CN 202280031519A CN 117222803 A CN117222803 A CN 117222803A
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押领司一浩
赤城好彦
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Hitachi Astemo Ltd
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Abstract

本发明提供一种内燃机的控制装置，能在稀释度接近极限的状态下实现内燃机的运转。内燃机的控制装置的处理器(CPU23a)计算表示内燃机的燃烧状态的参数(例如，燃烧中心位置)的变化量(燃烧中心变化量计算部32)。处理器(CPU23a)根据表示燃烧状态的参数的变化量与变化量的目标值之差，对调整混合气体的稀释度的致动器(例如，EGR阀)的操作量进行校正，并使变化量接近目标值(致动器操作量校正部33)。

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。
背景技术
为了提高汽车的燃油经济性有很多种方法，但降低内燃机的燃料消耗量很重要。为了降低燃料消耗量，减少内燃机运转过程中产生的泵损耗、冷却损耗、排气损耗之类的各种损耗是有效的，作为泵损耗、冷却损耗的减少手段，存在使燃料和空气的比率比计量混合比(理论混合比)更稀薄地进行燃烧的稀薄燃烧以及运用了EGR(Exhaust GasRecirculation：废气再循环)气体的燃烧方式，该EGR气体使燃烧气体的一部分返回到进气侧来稀释燃料和空气的混合气体。以下，将稀薄燃烧、运用了EGR气体的燃烧方式统称为“稀释燃烧”。
当使用该稀释燃烧时，与不使用稀释燃烧的情况相比能提高进气管压力，因此，能降低内燃机在低负荷条件下的泵损耗。此外，与不使用稀释燃烧的情况相比，能使燃烧相同燃料量时的热容量增加，因此，能降低混合气体的燃烧温度并实现冷却损耗的减少。此外，在内燃机的负荷较高的条件下，通过抑制因导入EGR气体而引起的自燃反应的反应进行，从而能抑制异常燃烧的产生。由此，能使点火正时提前以接近最佳正时，从而能减少排气损耗。
那么为了降低燃料消耗量，需要根据运转条件设定恰当的混合气体的稀释度(以下所示的气体燃料比)。混合气体的稀释度多用空气、EGR气体所构成的混合气体的质量和与燃料的质量之比(气体燃料比G/F)、空气与燃料的质量比(空燃比A/F)、进气气体中的EGR的比例(EGR率)来评价。通常情况下，空燃比、EGR率预先与每个车型适配，为了满足相同适配状态，操作各种致动器以实现空燃比和EGR率的适配值。适配时，根据上市车辆的机差偏差、历时变化所引起的性能变化，空燃比、EGR率的设定并非极限，而是设置一定程度的余量(设定余量)来设定。因此，与每个个体的稀释度的极限值相比，稀释度的设定变小，可能存在效率提高的潜力。
为了通过设置稀释极限的余量来榨取剩余的效率提高的潜力，在行驶中检测燃烧状态，并且基于检测出的状态来操作稀释度从而设定为每个个体的稀释度的极限值是有效的。
例如，存在日本专利特开2020-190234号公报(专利文献1)所记载的内燃机控制装置。该专利文献1提出了一种内燃机的燃烧控制的方案，推定燃烧相位，以使基于曲柄角度传感器的输出推定出的燃烧质量比例成为设定值，并操作稀释度、点火正时以使得推定出的燃烧相位成为设定相位。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2020-190234号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
专利文献中，基于燃烧相位来操作稀释度，因此，例如能实现用于实现预先作为目标值来规定的燃烧相位的稀释度。另一方面，该稀释度的目标值基本上设置余量来设定，并非稀释度的极限值。此外，能够实现的燃烧相位是平均状态，不能保证每个循环的燃烧状态的偏差足够小。
本发明的目的在于提供一种内燃机的控制装置，能在稀释度接近极限的状态下实现内燃机的运转。
用于解决技术问题的技术手段
为了达到上述目的，本发明的内燃机的控制装置具备处理器，该处理器计算表示内燃机的燃烧状态的参数的变化量，根据表示所述燃烧状态的参数的变化量与所述变化量的目标值之差，来校正调整混合气体的稀释度的致动器的操作量，并使所述变化量接近所述目标值。
发明效果
根据本发明，能在稀释度接近极限的状态下实现内燃机的运转。上述以外的技术问题、结构以及效果通过以下实施方式的说明来进一步明确。
附图说明
图1是示出内燃机的系统结构的结构图。
图2是示出适用本发明的内燃机的控制装置的结构的结构图。
图3是本发明的实施方式的控制框图。
图4A是用于说明本发明实施方式的控制块所执行的控制步骤的控制流程图。
图4B是示出EGR阀开度与流量相对值的关系的图。
图5是示出执行本发明实施方式时的燃烧状态、各种致动器的状态的时序图。
图6是用于说明本发明实施方式的控制块所执行的控制步骤的控制流程图。
图7是示出执行本发明实施方式时的燃烧状态、各种致动器的状态的时序图。
图8是用于说明本发明实施方式的控制块所执行的控制步骤的控制流程图。
图9是示出执行本发明实施方式时的燃烧状态、各种致动器的状态的时序图。
图10是本发明的实施方式的控制框图。
图11是用于说明本发明实施方式的控制块所执行的控制步骤的控制流程图。
图12是本发明的实施方式2的控制框图。
图13是本发明的实施方式2的控制框图。
图14是用于说明本发明实施方式2的控制块所执行的控制步骤的控制流程图。
具体实施方式
以下，利用附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明并不局限于以下的实施方式，本发明的技术性概念中的各种变形例、应用例也包含在其范围内。
本实施方式涉及内燃机的控制装置，特别涉及在排气再循环系统、稀薄燃烧等稀释燃料和空气的混合气体来燃烧的系统中与燃烧状态相对应的混合气体的稀释度的控制、点火装置的控制。本实施方式的目的在于提供一种内燃机的控制装置，例如能通过在行驶中推定燃烧状态的变化量并基于推定出的变化量来操作稀释度、点火装置，从而在接近可对每个机体设定的稀释度的极限的状态下实现内燃机的运转。
[实施方式1]
以下，参照附图来说明本发明的实施方式，但使用图1至图3来说明以下所示的实施方式中共通的结构。
图1示出汽车所使用的火花点火式内燃机的系统结构，具备直接向气缸内喷射汽油燃料的缸内燃烧喷射阀。
内燃机ENG是实施火花点火燃烧的汽车用的缸内喷射式内燃机。测量吸入空气量和进气温度的气流传感器1、用于对进气进行增压的增压器的压缩机4a、用于冷却进气的中冷器7、调整进气管压力的电子控制节气门2设置在进气管的各个适当位置。
这里，湿度传感器3是能检测相对湿度和绝对湿度的传感器。此外，内燃机ENG中，在每个气缸中包括向各气缸的缸体14中喷射燃料的燃烧喷射装置13(喷射器)、以及提供点火能量的点火装置(以下称为点火线圈16、火花塞17)。
此外，缸头具备对流入气缸内的混合气体、或从气缸内排出的废气进行调整的可变气门5。通过调整可变气门5来调整所有气缸的进气量和内部EGR量。
此外，虽未图示，但用于向燃烧喷射装置13提供高压燃料的高压燃料泵通过燃料配管与燃烧喷射装置13相连接，燃料配管中具备用于测量燃烧喷射压力的燃料压力传感器。此外，安装有用于检测内燃机的活塞位置的曲柄角度传感器19。曲柄角度传感器19的输出信息被发送到ECU20。
此外，用于通过排气能量向增压器的压缩机4a提供旋转力的涡轮4b、用于调整流过涡轮4b的排气流量的电子控制废气门阀11、净化排气的三元催化剂10、作为空燃比检测器的一种且在三元催化剂10的上游侧检测废气的空燃比的空燃比传感器9设置在排气管15的各个适当位置。此外，具备温度传感器18，用于测量围绕内燃机的冷却水的温度。并且，虽未图示，但具备EGR管，用于使排气从排气管的三元催化剂10的下游回流到进气管的压缩机4a的上游。此外，EGR管中，用于控制EGR流量的EGR阀(EGR机构)安装在EGR管的各个适当位置。
从气流传感器1、温度传感器18和空燃比传感器9得到的输出信息被发送到控制内燃机的控制单元(ECU20)。此外，从油门开度传感器12得到的输出信号被发送到ECU20。油门开度传感器12检测油门踏板的踩踏量、即油门开度。
ECU20基于油门开度传感器12的输出信息来运算请求转矩。即，油门开度传感器12作为检测针对内燃机的请求转矩的请求转矩检测传感器来使用。此外，ECU20基于曲柄角度传感器的输出信息来运算内燃机的转速。ECU20基于从上述各种传感器的输出信息得到的内燃机的运转状态，最佳地运算空气流量、燃料喷射量、点火正时、燃料压力等内燃机的主要动作量。
ECU20运算出的燃料喷射量被转换为开阀脉冲信号，并被发送到燃料喷射装置13。此外，点火信号被发送到点火线圈16，以使得在ECU20运算出的点火正时进行点火。此外，ECU20运算出的节气门开度作为节气门驱动信号被发送到电子控制节气门2。
对从进气管经由进气门流入气缸14内的空气喷射燃料，以形成混合气体。混合气体在规定的点火正时通过由火花塞17产生的火花而爆炸，利用其燃烧压力来推动活塞并成为内燃机的驱动力。此外，爆炸后的废气经由排气管15被送入三元催化剂10，排气成分在三元催化剂10内净化，并排出到外部。
在这样的内燃机系统中，接下来对本实施方式的详细情况进行说明。图2示出应用本发明的内燃机的控制装置的结构的控制框图。来自气流传感器1的空气量信息、来自油门开度传感器12的油门踩踏信息、来自曲柄角度传感器19的角度信息等输入信号被输入到作为控制单元的ECU20的输入电路21。但输入信号不仅限于此，因此适当追加说明。
所输入的各传感器的输入信号被发送到输入输出端口22内的输入端口。发送到输入端口的输入信息暂时保存在RAM23c中，由CPU23a按照规定的控制程序进行运算处理。描述运算处理的内容的控制程序被预先写入ROM23b。
按照控制程序运算出的表示针对控制内燃机的燃料喷射阀、点火线圈的动作量的输出信息暂时保存在RAM23c中，之后被发送到输入输出端口22内的输出端口，并经由各自的驱动电路被发送到燃料喷射阀、点火线圈。另外，内燃机也使用了除这些以外的致动器，但这里省略说明。
本实施方式的情况下，作为驱动电路，示出了点火控制部24和EGR率控制部25，点火控制部24控制对点火线圈的通电时期、放电能量等，EGR率控制部控制EGR阀的开度。本实施方式中，在ECU20内具备用于控制针对点火线圈的通电时间、放电能量的点火控制部24，但不限于此，点火控制部24的一部分或点火控制部24的全部可以安装在与ECU20不同的装置中。对于EGR率控制部25也相同。
然后，EUC20根据检测出的空气量、曲柄角、冷却水温、进气温度等来计算火花塞的放电能量，在恰当的定时(通电时间、点火正时)向点火线圈通电，点燃气缸内的混合气体，并向操作EGR阀的开度的电动机通电来控制EGR阀开度。
图3是示出本发明实施方式的内燃机的控制装置即ECU20内的点火控制部24、EGR率控制部25所实施的放电能量控制的概要的控制块。稳定判定部31中，基于检测出的空气流量、节气门开度、EGR阀开度等进气系统的致动器操作量、检测值来判定发动机的运转状态是否为稳定状态。判定出的结果被发送到燃烧中心变化量计算部32。
燃烧中心变化量计算部32基于曲柄角度传感器信号、特别是点火正时附近、排气阀打开正时前关于运转条件的指标(进气压力、进气温度、点火正时、可变阀定时的阀定时)、关于混合气体稀释度的指标(EGR率、空燃比、湿度)来计算燃烧中心位置的变化量。计算出的燃烧中心位置的变化量被输入到致动器操作量校正部33。致动器操作量校正部33中，基于推定出的燃烧中心位置的变化量、燃烧中心位置来设定EGR阀开度、点火正时、初级线圈通电量的操作量。
图4A示出用于实施方式1中的稀释度控制的运算处理的控制流程。步骤S401中是燃烧中心变化量计算部32所执行的处理，步骤S402是稳定判定部31所执行的处理，步骤S403至步骤S406是致动器操作量校正部所执行的处理。
【步骤S401】
步骤S401中，基于角速度、各种参数来计算燃烧中心位置的变化量。这里的详细处理另行说明。
【步骤S402】
步骤S402中，基于致动器操作量、空气量检测值来进行稳定判定。具体而言，基于致动器的操作量、空气量的检测值在各个规定期间内的变化量小于规定值来判定。在规定期间内的变化量小于规定值的情况下，将稳定判定标志设定为1，在不满足相同条件的情况下，将稳定判定标志设定为0。例如，可以将规定期间设定为500ms、将规定值设定为10％。
【步骤S403】
步骤S403中，判断是否是稳定条件，且根据EGR阀的开度来判断是否处于稀释燃烧条件。通过步骤S402中设定的稳定判定标志来判断是否是稳定条件。是否处于稀释燃烧状态通过EGR阀是否全闭来判断。如果是全闭，则判断为不是稀释条件。因此，在稳定判定标志为1、且EGR阀开度并非全闭的情况下，前进至步骤S404。在稳定判定标志为0或EGR阀开度为全闭的情况下，结束流程。
【步骤S404】
步骤S404中，判断燃烧中心位置的变化量与变化量目标值之差的绝对值是否小于规定值。该差的绝对值小于规定值表示能在接近允许的变化量的条件下运转。在该差的绝对值在规定值以上的情况下，前进至步骤S405。另一方面，在该差的绝对值比规定值要小的情况下，结束流程。
【步骤S405】
步骤S405中，计算基于燃烧状态的变化量目标与燃烧状态的变化量之差的EGR流量增减目标。在变化量比变化量目标要小的情况下(变化量目标与变化量之差为正的情况下)，向增加EGR流量的方向操作，在变化量比变化量目标要大的情况下(变化量目标与变化量之差为负的情况下)，向使EGR流量减少的方向操作。例如，通过下式来计算即可。
EGR流量增减率目标值＝C×空气流量×(变化量目标-变化量)
这里，C是适配系数，基于实验来决定参数即可。由此，基于燃烧状态的变化量目标与燃烧状态的变化量之差来决定EGR流量增减目标，从而能根据燃烧状态的变化量与变化量目标之间的差异来使EGR流量增减率变化，能缩短到最佳条件为止的时间。例如，将达到发动机的输出变动率的允许值的条件下的燃烧状态的变化量设为燃烧状态的变化量目标值即可。
【步骤S406】
步骤S406中，基于步骤S405中所决定的EGR流量增减率目标值来计算EGR阀操作量。以下示出事例。图4B示出EGR阀开度与流量之间的关系。图4B中，将阀开度全开时的流量的值设为1、全闭时的值设为0，并将流量归一化为0～1来表示。EGR阀开度与归一化后的流量的变化量通过发动机试验、仿真来预先测量，并作为以EGR阀开度为轴的流量的映射保持在ECU中，从而能用于控制。以下说明中，阀开度与归一化后的流量的关系表现如下。
相对流量值＝F(EGR阀开度)
将步骤S405中计算出的EGR流量增减率目标值设为ΔRegr，将当前时刻的EGR阀开度设为θ。该情况下，EGR流量的目标值用以下关系来表示。
EGR流量的目标值＝F(θC)×(1+ΔRegr)
首先，作为事例之一，说明EGR阀的操作能离散地进行的情况。这里，图4B中的黑色圆点表示能离散地设定的EGR阀开度与流量的关系。本事例中，假设能设定的开度与流量的关系作为映射被保持。也就是说，图4B中的黑色圆点是能设定的EGR阀开度条件，并且表示映射上所保持的值。在EGR阀的操作能离散地进行的情况下，在使EGR阀的开度变化的情况下，在不超过本目标值的范围内设定EGR阀的开度十分重要。
例如，在图4B所示的事例的情况下，EGR流量的目标值F(θC)×(1+ΔRegr)比阀开度θC+1的流量F(θC+1)要大，因此，为了防止目标值以上的EGR流量流过而使燃烧状态不稳定，需要将EGR阀开度的目标值设为θC+1。因此，本事例的情况下，EGR阀开度的目标值能设为θC+1。通过这样设定EGR阀的开度，从而能在所实现的EGR流量不超过目标值的范围内设定EGR阀开度，能抑制EGR阀操作时的燃烧状态的不稳定。
接着，说明能连续设定EGR阀的操作量的情况。该情况下，能更细致地设定EGR阀的开度。以下说明中，图4B中的黑色圆点表示映射上所保持的值。EGR流量的目标值位于映射上的F(θC+2)与F(θC+1)之间，因此，使用这些值与θC+2和θC+1，EGR阀开度的目标值θ’能通过以下关系来给出。
目标值θ’＝A×(EGR流量的目标值－F(θC+1))+θC+1
A＝(θC+2－θC+1)÷(F(θC+2)－F(θC+1))
通过这样设定EGR阀开度的目标值，从而能使所实现的EGR流量接近步骤S405中所假设的目标值。其结果是，可在能抑制燃烧不稳定的范围内使EGR流量增加，能进一步提高效率。
另外，以上，记载了假设EGR阀开度与EGR流量的关系通过映射来给出的情况的处理，但同样的想法也能应用于两者的关系通过公式来给出的情况。
通过以上处理，能进行与燃烧状态的变化量相对应的稀释度的操作，能根据可以按每个个体设定的稀释度范围来进行稀释度的设定，能在板上进行最佳的稀释度的设定。此外，基于燃烧状态的变化量目标与燃烧状态的变化量之差来决定流量增减目标，从而能根据燃烧状态的变化量与变化量目标之间的差异来使EGR流量增减率变化，能缩短到最佳条件为止的时间。
图5中示出以上所示的处理的结果例。从上起示出节气门开度、空气量(检测值)、燃烧中心的变化量、稳定判定标志、EGR阀开度、EGR率。图5中，随着时间的经过，产生了各种操作，即在时刻t1节气门开度变化，在时刻t2进行稳定判定，在时刻t3基于燃烧中心的变化量开始EGR增加操作，在时刻t4进行操作后的稳定判定，在时刻t5开始基于燃烧中心的变化量的EGR减少操作。
在时刻t1节气门开度的变化后节气门开度、EGR阀、空气量没有各种变化，因此在时刻t2判定为稳定，稳定标志成为ON(＝1)。这里，由于EGR阀打开，因此判断为执行稀释燃烧，并且燃烧中心变化量比虚线所示的目标值要小，因此从时刻t3起打开EGR阀，并开始增大稀释度的操作。
若在时刻t4再次进行稳定判定，则判断为燃烧中心的变化量与目标值之差的绝对值超过规定的范围，从时刻t5起进行稀释度减小的动作。时刻t3的EGR阀开度的变化(ΔST3)与时刻t5的EGR阀开度的变化(ΔST5)基于燃烧中心的变化量与目标值之差来操作，因此，时刻t3的EGR阀开度的变化(ΔST3)与时刻t5的EGR阀开度的变化(ΔST5)不一定一致。
图6示出用于实施方式1中的稀释度、点火正时、点火能量控制的运算处理的控制流程。步骤S601是燃烧中心变化量计算部32所执行的处理，步骤S602是稳定判定部31所执行的处理，步骤S603至步骤S612是致动器操作量校正部33所执行的处理。
【步骤S601】
步骤S601是与图4A的步骤S401相同的处理。
【步骤S602】
步骤S602是与图4A的步骤S402相同的处理。
【步骤S603】
步骤S603是与图4A的步骤S403相同的处理。
【步骤S604】
步骤S604中，判断燃烧中心位置的变化量与变化量目标值之差的绝对值是否小于规定值。该差的绝对值小于规定值表示能在接近允许的变化量的条件下运转。在该差的绝对值在规定值以上的情况下，前进至步骤S605。另一方面，在该差的绝对值比规定值要小的情况下，结束流程。
【步骤S605】
步骤S605中，判断变化量是否比变化量目标要大。步骤S605是判断燃烧状态的不稳定、稳定的功能块。在变化量比变化量目标要大的情况下，前进至步骤S606，进行点火系统的控制。在变化量为变化量目标以下的情况下，前进至步骤S611，并前进到对稀释度的控制。
【步骤S606】
步骤S606中，判断点火正时讨论完毕标志是否为0。点火正时讨论完毕标志是表示在处于燃烧状态的变化量较大的状态时，通过点火正时的提前化，在当前运转条件下是否评价为该变化量是否变小的标志。点火正时讨论完毕标志＝0表示未设定点火正时提前而进行运转，该标志为1表示点火正时提前并已评估燃烧状态的变化量是否发生变化。在点火正时讨论完毕标志＝1的情况下前进至步骤S607，在点火正时讨论完毕标志＝0的情况下前进至步骤S613。
【步骤S607】
判断对点火正时进行提前控制是否导致了燃烧状态的变化量减少。例如，在点火正时提前前后，在燃烧状态的变化量比规定值要大的情况下(燃烧状态的变化量显著减少的情况下)，判断为有改善，并前进至步骤S609。在点火正时提前前后，在燃烧状态的变化量比规定值要小的情况下，判断为无改善，并前进至步骤S608。
【步骤S608】
步骤S608中，在点火正时提前前后燃烧状态没有变化，所以判断为没有点火正时提前的效果，使点火正时返回到提前之前的状态(基准点火正时)。接着，前进至步骤S609。
【步骤S609】
步骤S609中，判断是否达到点火线圈所能产生的能量的上限。该判定中，根据线圈的通电量的增加，来判断线圈所能产生的能量是否能够增加。例如，如果是通常的线圈，则判定初级线圈通电量的设定是否为初级线圈通电量的上限。线圈通电量被线圈的发热、线圈的磁饱和所限制。
对每个运转条件下允许的线圈的通电量的上限进行映射化，并根据该映射、当前时刻的转速和节气门开度来进行判断。由此，基于运转条件，根据线圈的通电量的上限，能判断是否达到点火线圈所能产生的能量的上限。此外，如果是线圈通电中能辅助电流的系统，则将该辅助量也包含在内来判断所能设定的上限。在没有达到上限的情况下，为了进行点火能量增加，前进至步骤S610。在达到上限的情况下，为了进行稀释度的控制，前进至步骤S611。
【步骤S611】
步骤S611是与图4的步骤S405相同的处理。
【步骤S612】
步骤S612是与图4的步骤S406相同的处理。
【步骤S613】
步骤S613中，将点火正时校正为提前预先决定的规定值，设为点火正时讨论完毕标志＝1。点火提前量的规定值按每个运转条件预先映射化。例如，能在2deg.至5deg.左右的范围内进行设定。
通过以上处理，能进行与燃烧状态的变化量相对应的稀释度的操作，能根据可以按每个个体设定的稀释度范围来进行稀释度的设定，能在板上进行最佳的稀释度的设定。此外，在燃烧状态的变化量较大的条件下，能进行点火正时、点火能量的操作，从而能利用响应性较快的致动器来进行应对。此外，在该控制的基础上，能设定适当的稀释度，能根据个体差异来实现每个个体的效率提高。
图7中示出以上所示的处理的结果例。从上起示出节气门开度、空气量(检测值)、燃烧状态之一即燃烧中心的变化量、稳定判定标志、EGR阀开度、EGR率。图7中，随着时间的经过，在时刻t 1开始点火提前操作，在时刻t2基于燃烧中心的变化量进行EGR增加操作。在时刻t4判断为没有点火正时提前效果，进行点火正时的修正、点火能量(初级线圈通电期间)的增加操作，并在时刻t5基于燃烧中心的变化量进行EGR减少操作。
由于从时刻t1开始的点火正时的操作导致燃烧中心位置的变化量减少，因此，判断为点火正时提前有效果。点火正时提前引起燃烧中心位置的变化量降低，因此，燃烧中心变化量与虚线所示的目标值之差变大，所以在时刻t2开始基于该差的EGR增加操作。由此，通过进行基于燃烧状态的变化量的操作，从而有可能将稀释度的状态设定为较高的状态，并能实现效率提高。
在时刻t4判断为点火正时提前引起的燃烧状态的变化量较小，为了进行点火能量的增加，开始初级线圈通电期间的增加。燃烧状态的变化量因该通电期间的增加而减少，但并未达到虚线所示的目标值，因此从时刻t5开始稀释度的操作。此时将初级线圈通电时间的设定复原，但也可以在不变更的情况下维持点火能量。
通过这样设定，能够按照响应性的先后顺序实施用于减小燃烧状态的变化量的手段，能更快地避免燃烧状态的变化量较大的状态。此外，在仅靠点火系统无法解决的情况下，通过进行稀释度的操作，从而也能在点火系统的性能的基础上将各种操作量设定为最佳状态。
图8是用于实施方式1中的稀释度、点火正时、点火能量控制的运算处理的控制流程，但根据燃烧状态的平均值而非燃烧状态的变化量来判断部分判定。步骤S801是燃烧中心变化量计算部32所执行的处理，步骤S802是稳定判定部31所执行的处理，步骤S803至步骤S810是致动器操作量校正部33所执行的处理。
【步骤S801】
步骤S801是与图4A的步骤S401相同的处理。
【步骤S802】
步骤S802是与图4A的步骤S402相同的处理。
【步骤S803】
步骤S603是与图4A的步骤S403相同的处理。
【步骤S804】
步骤S804中，进行与图6的步骤S604相同的判定。在燃烧中心位置的变化量与变化量目标值之差的绝对值在规定值以上的情况下，前进至步骤S805。另一方面，在该差的绝对值比规定值要小的情况下，判断为状态为最佳，并结束流程。
【步骤S805】
步骤S805中，判断燃烧状态的平均值即燃烧中心位置的平均值是否位于规定范围。可以认为燃烧中心位置从上止点后起位于大致10deg.ATDC的范围内对于提高热效率是必要的。例如，作为规定范围，可以设定为从上止点后起10deg.。此外，设定范围(规定范围)不限于该数值，可以根据发动机、稀释度程度恰当地设定。在燃烧中心位置的平均值在规定范围内的情况下，判断为点火定时设定为恰当的状态，前进至步骤S806，在燃烧中心位置的平均值脱离规定的范围的情况下，前进至步骤S811并进行点火正时的校正。
【步骤S806】
步骤S806中，进行与图6的步骤S605相同的判定。在变化量比变化量目标要大的情况下，前进至步骤S807，进行点火系统的控制。在变化量为变化量目标以下的情况下，前进至步骤S809，并前进到对稀释度的控制。
【步骤S807】
步骤S807中，进行与图6的步骤S609相同的判定。在点火能量的设定没有达到上限的情况下，为了进行点火能量增加，前进至步骤S807。在到达上限的情况下，为了进行稀释度的控制，前进至步骤S809。
【步骤S808】
步骤S808是与图6的步骤S610相同的处理。
【步骤S809】
步骤S809是与图4的步骤S405相同的处理。
【步骤S810】
步骤S810是与图4的步骤S406相同的处理。
【步骤S811】
步骤S811是由于燃烧中心位置处于不恰当的状态，因此根据点火正时来进行燃烧中心位置的控制的处理。例如，如果燃烧中心位置在上止点之前来到，则使点火正时延迟，如果燃烧中心位置比上止点后10deg.ATDC要晚，则使点火正时提前。例如，可以通过下式来决定点火正时的校正量。
点火正时校正量＝燃烧中心位置的平均值-目标燃烧中心位置
点火正时校正量的正值表示使点火正时延迟，负值表示使点火正时提前。目标燃烧中心位置例如可以设为5deg.。目标燃烧中心位置可以不是恒定值，可以根据每个发动机改变，也可以根据每个运转条件改变。通过这样设定，可以根据燃烧状态简单地进行恰当的点火正时的操作。
通过以上处理，能进行与燃烧状态的变化量相对应的稀释度的操作，能根据可以按每个个体设定的稀释度范围来进行稀释度的设定，能在板上进行最佳的稀释度的设定。此外，在燃烧状态的变化量较大的条件下，点火正时的操作通过燃烧中心位置的平均值来进行，从而能定量地设定点火正时。此外，通过点火能量的操作，能利用响应性较快的致动器来应对。此外，在该控制的基础上，能设定适当的稀释度，能根据个体差异来实现每个个体的效率提高。
图9中示出以上所示的处理的结果例。从上起示出节气门开度、空气量(检测值)、燃烧状态之一的燃烧中心位置、燃烧状态之一的燃烧中心的变化量、稳定判定标志、EGR阀开度、EGR率。图9中，随着时间的经过，在时刻t1开始点火提前操作，在时刻t2基于燃烧中心的变化量进行EGR增加操作。在时刻t4燃烧中心位置位于虚线所包围的规定的范围内，但燃烧中心的变化量比目标值要大，因此点火能量的增加(初级线圈的通电时间变长)开始。并且，在时刻t5基于燃烧中心的变化量来进行EGR减少操作。
通过从时刻t1开始的点火正时的操作，燃烧中心位置落入规定值。此外，燃烧中心位置的变化量减少，燃烧中心变化量与虚线所示的目标值之差变大，因此在时刻t2开始基于该差的EGR增加操作。由此，通过进行基于燃烧状态的变化量的操作，从而在点火正时被设定为恰当状态的结果稳定状态后，也可能将稀释度的状态设定为较高状态，能实现效率提高。
在时刻t4燃烧中心位置位于规定的范围内，但燃烧状态的变化量比规定值要大，因此为了进行点火能量的增加，开始初级线圈通电期间的增加。由于该通电期间的增加，点火线圈的通电所引起的燃烧状态的变化量减少，但并未达到虚线所示的目标值，因此从时刻t5开始稀释度的操作。此时，维持点火能量来实施，而不变更初级线圈通电时间的设定。
通过这样设定，能进一步基于定量的指标将点火正时设定为恰当的状态，能基于燃烧状态的变化量来操作点火能量、稀释度，能迅速地选择恰当的手段，并且能迅速转移到效率较高的状态。
图10示出执行图3的燃烧中心变化量计算部32中的处理的功能块。在混合气体状态推定部1001中，基于进气压力、EGR率、空燃比、湿度、进气温度、阀定时(可变阀定时机构(可变阀5))的各种输入来推定混合气体的状态。缸内压力历史推定部1002中，基于混合气体状态推定部推定出的结果和曲柄角度的角速度的信息来推定缸内压力的历史或多个曲柄角度的缸内压力。
燃烧中心推定部1003中，基于缸内压力历史推定部推定出的缸内压力的信息和燃烧模型式来推定燃烧中心位置。并且，在燃烧中心位置变动计算部1004中，基于多个循环的燃烧中心位置的推定值来计算燃烧中心位置的变化量。以上说明中所出现的燃烧状态的变化量表示燃烧中心位置的变化量。
图11是示出图10的各功能块所执行的处理的流程图。步骤S1101由混合气体状态推定部执行，步骤S1102、S1103由缸内压力历史推定部1002执行，步骤S1104由燃烧中心推定部1003执行，步骤S1105由燃烧中心位置变动计算部1004执行。
【步骤S1101】
步骤S1101中，使用下式，根据进气压力等信息来推定作为混合气体的状态而投入的燃料量(投入能量)。
[数学式1]
这里，投入能量为QR、input[][J]，pint[Pa]为进气压力，V(θIVC)[m3]为进气阀关闭时期的容积[m3]，V(θTDC)为上止点处的容积[m3]，R为气体常数[J/kg/K]，Tint为进气温度[K]，AFR为空燃比[-]，rEGR为EGR率[-]，HL为燃料的低位发热量[J]。
【步骤S1103】
步骤S1103中，根据角速度与缸内压力的关系式来计算曲柄角度(后述的(ii))、缸内压力最大值(后述的(iii))。
(i).缸内压力达到最大的缸内容积V(θpmax)
[数学式2]
这里，ω(θk)为角速度[rad/s]，t(θk)为曲柄角度θk下的时间[s]，p(θk)为曲柄角度θk下的缸内压力[Pa]，patm为大气压力[Pa]，γ为未燃气体的比热比[-]，γb为已燃气体的比热比[-]。未燃气体的比热比、已燃气体的比热比根据气体的状态而变化，但大致能设定为1.2～1.4左右的值。p(θk)能使用推定式来对值进行推定。例如，存在以下推定式。
[数学式3]
[数学式4]
这里，Cint是模型常数，ηE是排气热相对于投入能量的比例[-]。这些值能通过发动机试验、仿真来预先确定。
(ii).缸内压力为最大的曲柄角度
[数学式5]
将(i)的缸内压力达到最大的缸内容积V(θpmax)代入V(θ)，并通过求解非线性方程式来计算θpmax。
(iii).缸内压力最大值
[数学式6]
将(i)的缸内压力达到最大的缸内容积V(θpmax)代入V(θ)来计算Pmax。
【步骤S1104】
使用步骤S1103中计算出的(i)～(iii)来计算燃烧中心位置。
(iv).压力最大时的燃烧比例的公式
[数学式7]
这里，ηIE是输出和排气热相对于投入能量的比例[-]，Cpmax是模型常数[-]。这些值能通过发动机试验、仿真来预先确定。
将步骤S1103中计算出的(i)～(iii)代入来计算最大压力时的燃烧比例。
(v).基于压力最大时的燃烧比例的燃烧期间的公式
[数学式8]
这里，a、m为常数。这些值能通过发动机试验、仿真来预先确定。
将(iv)计算出的燃烧比例、(ii)计算出的曲柄角代入来计算燃烧期间。
(vi).中心位置的公式
[数学式9]
将(v)计算出的燃烧期间代入来计算燃烧中心位置。
【步骤S1105】
根据燃烧中心位置的累积信息来计算燃烧状态的变化量。作为燃烧状态的变化量，例如能使用燃烧中心位置的标准偏差。该标准偏差与发动机转矩的标准偏差或变化量相关性较强，适合作为燃烧状态的变化量的指标。
通过如上述那样计算燃烧中心位置，能高精度地计算燃烧中心位置及其变化量，而不使用缸内压力传感器或与之对应的检测装置。以上的重点是在点火正时前后、上止点之后这2点基于曲柄角传感器来检测角速度。由于在该2个条件之间产生燃烧，曲柄角速度发生较大变化，燃烧所引起的变化作为信息包含在内，因此使用该2个条件的曲柄角速度是合适的。
本实施方式的主要特征也能总结如下。
内燃机的控制装置的处理器(CPU23a，图2)计算表示内燃机的燃烧状态的参数(例如，燃烧中心位置)的变化量(燃烧中心变化量计算部32，图3)。处理器(CPU23a)根据表示燃烧状态的参数的变化量与变化量的目标值之差，对调整混合气体的稀释度的致动器(例如，EGR阀)的操作量进行校正，并使变化量接近目标值(致动器操作量校正部33，图3)。
由此，稀释度得以调整，表示燃烧状态的参数(例如，燃烧中心位置)的变化量(燃烧状态的偏差)接近目标值(燃烧状态的偏差的上限值)。因此，能在稀释度接近极限的状态下实现内燃机的运转。其结果是，能减少内燃机的燃料消耗量。
致动器例如是EGR阀。在表示燃烧状态的参数(例如，燃烧中心位置)的变化量比目标值要小的情况下，处理器(CPU23a)随着变化量与目标值之差的变大使EGR阀的开度增大(时刻t3，图5)。另一方面，在表示燃烧状态的参数的变化量比目标值要大的情况下，随着变化量与目标值之差变大，使EGR阀的开度减小(时刻t5，图5)。
由此，能调整EGR阀的开度，并使表示燃烧状态的参数的变化量接近目标值。
另外，本实施方式的EGR为外部EGR，但也可以是内部EGR，该内部EGR通过可变阀定时机构(可变阀5)使关闭排气阀的定时延迟，使排气返回燃烧室。该情况下，调整混合气体的稀释度的致动器是可变阀定时结构，但也可以说排气阀兼具EGR阀的功能。
处理器(CPU23a)在表示燃烧状态的参数的变化量比目标值要大的情况下，使点火正时提前(时刻t1，图7)。由此，能使表示燃烧状态的参数的变化量更快地变小，以接近目标值。
在点火正时提前后变化量没有减少的情况下，处理器(CPU23a)使点火装置所产生的放电能量增加(时刻t4，图7)。由此，燃烧状态得以稳定化，能使表示燃烧状态的参数的变化量减小。此外，仅在没有提前效果的情况下使放电能量增加，因此，能抑制火花塞的电极的磨损。
表示燃烧状态的参数例如是燃烧中心位置的平均值。在燃烧中心位置的平均值在规定范围外的情况下，处理器(CPU23a)使点火正时提前(时刻t1，图9)。由此，能根据燃烧中心位置的平均值使点火正时提前。
在燃烧中心位置的平均值在规定范围内、且表示燃烧状态的参数的变化量比目标值要大的情况下，处理器使点火装置所产生的放电能量增加(时刻t4，图9)。由此，能根据燃烧中心位置的平均值与表示燃烧状态的参数的变化量来使点火正时提前。
本实施方式中，表示燃烧状态的参数是混合气体的燃烧比例为规定值(0.5)的曲柄角度(燃烧中心位置)，但也可以是与混合气体的燃烧比例具有相关性的指标、缸内压力的最大值或缸内压力为最大的曲柄角度。由此，能在稀释度接近极限值的状态下实现内燃机的运转。
具体而言，表示燃烧状态的参数是燃烧中心位置。处理器(CPU23a)基于点火正时后的第1定时下的曲柄角速度(ω1)、排气阀打开前的第2定时下的曲柄角速度(ω2)来推定内燃机的缸内压力，并使用推定出的缸内压力来推定燃烧中心位置(图11)。由此，能推定燃烧中心位置，而不使用缸内传感器(压力传感器)。此外，由于不使用缸内传感器，因此能减少制造成本。
另外，如实施方式2中所说明的那样，可以使用传感器所检测出的缸内压力来推定燃烧中心位置(图13)。由此，例如，能减少处理器的负荷。
本实施方式中，在进气系统状态为稳定状态时，处理器(CPU23a)校正致动器的操作量(图4A)，但也可以在行驶状态为恒定速度状态、或行驶状态为恒定加速状态时校正。由此，能在致动器的操作量(校正对象)尽可能不变动的状态下校正致动器的操作量。
另外，本实施方式中，作为变化量使用了标准偏差，但变化量是表示与基准值之间的差的偏差即可。基准值可以是不是平均值，而是设为表示上一个燃烧循环中的燃烧状态的参数(例如，燃烧中心位置)的值。即，变化量可以是表示每个燃烧循环的变化量的循环变化量。由此，对于每个燃烧循环，稀释度得以调整，表示燃烧状态的参数的变化量(燃烧状态的偏差)接近目标值(燃烧状态的偏差的上限值)。因此，能在稀释度接近极限的状态下实现内燃机的运转。
[实施方式2]
图12是示出本发明实施方式的内燃机的控制装置即ECU20内的点火控制部24、EGR率控制部25所实施的放电能量控制的概要的控制块，为实施方式2。与图3的实施方式的差异在于，在燃烧中心变化量的计算中使用缸内压力的检测值。图3和图12中的稳定判定部、致动器操作量校正部相同。不同点在于燃烧中心变化量计算部的输入的一部分从曲柄角度传感器的值变化为缸内压力的部分。
图13示出本发明实施方式2的燃烧中心变化量计算部1202中的块结构。混合气体状态推定部1301与图10的混合气体状态推定部1001相同。此外，燃烧中心位置变动计算部1303与图10的燃烧中心位置变动计算部1004相同。与图3的差异在于缸内压力的检测值处于能输入的状态，因此，由于没有缸内压力历史推定部并且输入了缸内压力的检测值燃烧中心推定部的处理不同。
使用图14来说明实施方式2中的燃烧中心推定部1302的处理。
【步骤S1401】
(vii).缸内压力检测时期θM中的燃烧比例的公式
[数学式10]
输入排气阀开前的缸内压力和点火正时的缸内压力，计算缸内压力检测时期的燃烧比例。
【步骤S1402】
(viii).基于缸内压力检测时期的燃烧比例的燃烧期间的公式
[数学式11]
将(vii)计算出的缸内压力检测时期的燃烧比例代入来计算燃烧期间。
【步骤S1403】
(ix).燃烧中心位置的公式
[数学式12]
将(viii)计算出的燃烧期间代入来计算燃烧中心位置。
通过如上述那样计算燃烧中心位置，在使用缸内压力传感器或与之对应的检测装置时，能以较少的信息来高精度地计算燃烧中心位置及其变化量。以上的重点在点火正时前后、上止点之后这2点进行缸内压力的检测。上止点之后的点具有在规定定时下燃烧进展的状态，尽量选择燃烧途中的状态较为合适。另外，缸内压力可以使用缸内压力传感器来进行检测，此外，也可以从与缸内压力具有相关性的指标(例如，点火线圈的次级电压等)的信息间接地进行检测。
本发明并不局限于上述实施方式，也包含各种变形例。例如，上述的实施方式是为了便于理解地说明本发明而进行的详细说明，本发明不必限定于要包括所说明的所有结构。另外，可将某个实施方式的结构的一部分替换成其他实施方式的结构，另外，也可将其他实施方式的结构加入某个实施方式的结构。另外，也可以对各实施方式的一部分结构添加、删除、替换其他结构。
此外，上述的各结构、功能等也可以将它们的一部分或者全部例如通过集成电路来进行设计等从而以硬件来实现。另外，上述的各结构、功能等也可以通过处理器(微机)解释并执行实现各自功能的程序而用软件来实现。实现各功能的程序、表格、文件等信息能够置于存储器、硬盘、SSD(Sol id State Drive：固态硬盘)等记录装置，或者IC卡、SD卡、DVD等记录介质。
另外，本发明的实施方式也可以是以下方式。
(1).一种内燃机的控制装置，其特征在于，具备推定内燃机中的燃烧状态的燃烧状态推定部，并具备基于燃烧状态的变化量来操作稀释度的操作量校正部。
(2).(1)的控制装置的特征在于，所述燃烧状态是与发动机内的混合气体的燃烧比例具有相关性的指标。
(3).(1)或(2)的控制装置的特征在于，所述燃烧状态是发动机内的混合气体的燃烧比例为规定的值的曲柄角度。
(4).(1)或(2)的控制装置的特征在于，所述燃烧状态是缸内压力的最大值或缸内压力成为最大的曲柄角度。
(5).(基于2点的曲柄角度传感器输入的燃烧状态推定)
(1)至(4)的任一个的控制装置的特征在于，所述燃烧状态推定部是基于曲柄角传感器信息来推定所述燃烧状态的燃烧状态推定部，构成为包括：基于点火正时后的规定时期的曲柄角速度和排气阀打开前的规定定时下的曲柄角速度来推定内燃机的缸内历史的缸内压力历史推定部；以及基于推定出的缸内压力历史来推定燃烧状态的燃烧中心推定部。
(6).(基于2点的缸内压力检测值或推定值的燃烧状态推定)
(1)至(4)的任一个的控制装置的特征在于，所述燃烧状态推定部是基于缸内压力的推定值或检测值来推定所述燃烧状态的燃烧状态推定部，构成为包括：基于点火正时后的规定时期的缸内压力的推定值或检测值和排气阀打开前的规定定时下的缸内压力的推定值或检测值，来推定内燃机的缸内历史的缸内压力历史推定部；以及基于推定出的缸内压力历史来推定燃烧状态的燃烧中心推定部。
(7).(将稀释度的操作与变动目标和变动量之差成比例的情况具体化)
(1)至(6)的任一个的控制装置的特征在于，所述操作量校正部使所述燃烧状态的变化量和所述燃烧状态的变化量的目标值之差与稀释度的操作量具有正的相关性。
(8).(将燃烧不稳定时基于点火能量的增加进行的应对具体化)
(1)至(7)的任一个的控制装置的特征在于，所述操作量校正部具备如下单元：在所述燃烧状态的变化量比所述燃烧状态的变化量的允许上限值要大的情况下，进行操作以使得所述内燃机所具备的点火装置所产生的放电能量增加。
(9).(1)至(8)的任一个的控制装置的特征在于，所述操作量校正部在所述燃烧状态的变化量比所述燃烧状态的变化量的允许上限值要大的情况下，对所述内燃机所具备的点火装置产生放电能量的定时进行提前操作。
(10).(1)至(8)的任一个的控制装置的特征在于，所述操作量校正部在所述燃烧状态的平均值未收敛在规定范围内的情况下，对所述内燃机所具备的点火装置产生放电能量的定时进行操作。
(11).一种内燃机的控制装置，其特征在于，是(1)至(9)的任一个的控制装置，具备判断进气系统状态处于稳定状态的稳定状态判定部，在由所述稳定状态判定部判断为稳定时，实施各种致动器的操作。
(12).一种内燃机的控制装置，其特征在于，是(1)至(9)的任一个的控制装置，具备判断行驶状态处于恒定速度状态的行驶状态判定部，在判定为所述行驶状态处于恒定状态时，实施各种致动器的操作。
(13).一种内燃机的控制装置，其特征在于，是(1)至(9)的任一个的控制装置，具备判断行驶状态处于恒定加速状态的行驶状态判定部，在判定为所述状态处于恒定加速状态时，实施各种致动器的操作。
根据(1)-(13)，能基于内燃机的燃烧状态的变化量来进行稀释度的操作，因此，能考虑与稀释度相对应的燃烧状态的变化，在所允许的燃烧状态的变化的范围内将稀释度设定为上限。由于能在所允许的燃烧状态的变化的范围内将稀释度设定为上限，可以根据每个机体的偏差在每个个体中进行不同的稀释度的设定，对于每个机体能实现实际行驶时的效率提高。
标号说明
1 空气流量传感器
2 电子控制节气门
4 增压器
4a 压缩机
4b 涡轮
5 可变阀
6 进气歧管
7 中冷器
9 空燃比传感器
10 三元催化剂
11 电子控制废气门阀
12 油门开度传感器
13 燃料喷射装置
14 气缸
15 排气管
16 点火线圈
17 火花塞
18 温度传感器
19 曲柄角度传感器
20ECU
21 输入电路
22 输入输出端口
23a CPU
23b ROM
23c RAM
24 点火控制部
25 EGR率控制部。

Claims (10)

1.一种内燃机的控制装置，其特征在于，
具备处理器，该处理器计算表示内燃机的燃烧状态的参数的变化量，根据表示所述燃烧状态的参数的变化量与所述变化量的目标值之差，来校正调整混合气体的稀释度的致动器的操作量，并使所述变化量接近所述目标值。
2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述致动器是EGR阀，
所述处理器在表示所述燃烧状态的参数的变化量比所述目标值要小的情况下，随着所述差的变大而使所述EGR阀的开度变大，
在表示所述燃烧状态的参数的变化量比所述目标值要大的情况下，随着所述差的变大而使所述EGR阀的开度变小。
3.如权利要求2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述处理器在表示所述燃烧状态的参数的变化量比所述目标值要大的情况下，使点火正时提前。
4.如权利要求3所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述处理器在点火正时提前后所述变化量不减少的情况下，使点火装置产生的放电能量增加。
5.如权利要求2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
表示所述燃烧状态的参数是燃烧中心位置的平均值，
所述处理器在所述燃烧中心位置的平均值在规定范围外的情况下，使点火正时提前。
6.如权利要求5所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述处理器在所述燃烧中心位置的平均值在规定范围内、且表示所述燃烧状态的参数的变化量比所述目标值要大的情况下，使点火装置所产生的放电能量增加。
7.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
表示所述燃烧状态的参数是与混合气体的燃烧比例具有相关性的指标、所述混合气体的燃烧比例成为规定值的曲柄角度、缸内压力的最大值或缸内压力成为最大的曲柄角度。
8.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
表示所述燃烧状态的参数是燃烧中心位置，
所述处理器基于点火正时后的第1定时下的曲柄角速度和排气阀打开前的第2定时下的曲柄角速度来推定所述内燃机的缸内压力，并使用推定出的所述缸内压力来推定所述燃烧中心位置，或者使用传感器所检测出的缸内压力来推定所述燃烧中心位置。
9.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述处理器在进气系统状态为稳定状态、行驶状态为恒定速度状态或行驶状态为恒定加速状态时，对所述致动器的操作量进行校正。
10.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述变化量是表示与基准值之间的差的偏差，
所述基准值是表示上一个燃烧循环中的所述燃烧状态的参数的值。
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