内燃机的电气控制单元及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通过多个致动器的协调控制来实现关于内燃机的各种类型的功能的需求的电子控制单元及其控制方法。
【背景技术】
[0002]如例如日本专利申请公开N0.2009-47101 (JP 2009-47101 A)和日本专利申请公开N0.2009-47102 (JP 2009-47102 A)中所公开的，已经知道包括在从较高层到较低层的单一方向上发送信号的递阶控制结构的用于内燃机的电子控制单元。在前述相应的文献中所描述的示例中，用三种物理量表达的需求值是在最高需求生成层上从关于内燃机中的基本三个功能的需求生成的。内燃机是车辆内燃机。基本三个功能是驾驶性能、排气以及燃料消耗并且三个物理量是扭矩、效率以及空燃比。
[0003]在最高需求生成层上生成的需求值的信号被发送到下部的物理量调解层。这里，前述需求值的信号被汇总到扭矩、效率以及空燃比的每个物理量。然后，根据预定规则，汇总到扭矩、效率以及空燃比中的每一个的需求值被调解为单个需求值。扭矩、效率以及空燃比中的每一个的经调解的需求值信号被发送到下部的受控变量设定层。在受控变量设定层上，每个需求值是基于相应的需求值之间的关系而调整的，并且根据经调整的需求值，确定了用于致动器的受控变量。
[0004]以这种方式，对于内燃机的需求能够用包括扭矩、效率以及空燃比的三种物理量表达并且调解。通过像上面所描述的那样调解对于内燃机的需求，应该通过控制内燃机实现的整个内燃机的操作被确定而不管致动器的特性和种类如何，使得能够实现满足关于内燃机的驾驶性能、排气以及燃料消耗的基本需求的优选控制。
【发明内容】
[0005]在内燃机的操作期间，操作状态常常与诸如故障防护、部件保护的具有高紧迫性的需求对应地改变。在这样的情况下，必须尽可能迅速地执行针对内燃机控制的处理。然而，如果致动器的受控变量是在具有高紧迫性的需求暂时用诸如扭矩、效率或空燃比的需求值代替并且调解之后设定的，则发生不利于内燃机控制的快速处理的额外的算术运算负荷。
[0006]原因如下。例如，在控制进气量以防止发动机速度的上升的情况下，油门的开度(油门致动器的受控变量)的控制是简单措施。然而，油门开度的限制值在物理量调解层上暂时被转换为扭矩并且经转换的扭矩连同其它需求一起被调解。然后，必须基于这个调解的扭矩再次计算油门开度。
[0007]此外，来自内燃机的需求有时是仅在除内燃机的常规操作条件以外的特定条件下做出的。特定条件例如包括内燃机的启动时间、内燃机的停止时间以及内燃机的板上诊断时间(OBD)。这个需求也用控制油门开度、燃料喷射的量以及点火时刻的序列简单地表达。因此，前述需求用扭矩、效率以及空燃比的组合表达并且然后调解的意义小，使得像前述故障防护一样发生额外的算术运算负荷。
[0008]此外，如果内燃机是燃料被直接喷射到汽缸里的燃烧室中的汽缸喷射内燃机，则喷射控制的自由度高。因此，如果内燃机是汽缸喷射内燃机，则可能存在对于根据需要改变喷射时刻或喷射频率以在汽缸中形成极好的燃料-空气混合物的需求。喷射时刻和喷射频率仅仅意指喷射器的操作，即，喷射器的受控变量。因此，将喷射器的受控变量直接设定为受控变量产生比用包括扭矩、效率或空燃比的物理量表达喷射器的受控变量要轻的算术运算负荷。
[0009]鉴于上面描述的问题，本发明的目的在于提供具有通过调解物理量在极好平衡下满足对于内燃机的基本需求的递阶结构的电子控制单元，其中优选地能够实现不适合于物理量的调解的需求而不增加控制的算术运算负荷。
[0010]为了实现上面描述的目的，本发明提供了对于受控变量中的每一个汇总并且调解不通过物理量调解层从需求生成层发送的信号的需求值以确定致动器受控变量的电子控制单元及其方法。
[0011 ] 根据本发明的第一方面，提供了用于内燃机的电子控制单元，所述电子控制单元被配置成通过关于内燃机的操作的多个致动器的协调控制来实现关于内燃机的各种类型的功能的需求。所述电子控制单元具有包括需求生成层、物理量调解层、受控变量设定层以及受控变量调解层的递阶控制结构。需求生成层生成并且输出关于内燃机的功能的需求值。物理量调解层被设置在需求生成层的直接下级，并且物理量调解层汇总并且调解用需求值的预定物理量表达的需求值。受控变量设定层被设置在物理量调解层的直接下级，并且受控变量设定层基于经调解的需求值来设定致动器的受控变量。受控变量调解层被设置在受控变量设定层的直接下级。从需求生成层输出的需求值中的用致动器的受控变量表达的需求值不通过物理量调解层发送到受控变量调解层。并且受控变量调解层针对受控变量中的每一个汇总并且调解用在受控变量设定层上设定的致动器的受控变量表达的需求值以及不通过物理量调解层发送到受控变量调解层的需求值中的致动器的用受控变量表达的需求值。在从需求生成层输出的需求值之中，用致动器的受控变量表达的需求值不通过物理量调解层发送到受控变量调解层。从需求生成层输出的需求值按需求生成层、物理量调解层以及受控变量设定层的顺序在从较高层到较低层的单一方向上进行发送。
[0012]在该电子控制单元中，从作为递阶控制结构的最高级的需求生成层输出的需求按下部的物理量调解层、然后更下部的受控变量设定层以及更进一步下部的受控变量调解层的顺序在单一方向上发送。因此，不发生在较高层与较低层之间交换信号，从而减少控制的算术运算负荷。
[0013]关于内燃机的各种类型的功能的需求值用预定物理量(例如，扭矩、效率、空燃比)表达并且用物理量表达的需求被调解。因为每个致动器的受控变量是基于这个调解的需求值而设定的，所以通过多个致动器的协调控制在极好平衡下满足了内燃机的基本功能需求(例如，驾驶性能、排气以及燃料消耗)。
[0014]另外，例如，故障防护需求、启动需求或关于喷射器的操作的需求用致动器的受控变量表达并且不通过物理量调解层或受控变量设定层从需求生成层发送到下部的受控变量调解层。然后，因为需求值是针对受控变量中的每一个来汇总和调解的，所以不适合于物理量调解的关于故障防护或喷射器的操作的需求被反映在内燃机的控制上。
[0015]也就是说，关于内燃机的各种类型的功能的需求被分类为物理量调解和致动器受控变量调解中的适当的一个并且得以处理。结果，能够实现反映了所有需求的优选控制，而不增加控制算术运算负荷。
[0016]另外，如果添加了用于向受控变量调解层直接发送需求的功能，则不必要改变物理量调解层或受控变量设定层的控制处理。结果，存在应该在控制程序中改变的部分很少从而有助于工时的减少的这样的有利效果。因此，能够容易地满足对于控制规范的修改的需求。
[0017]这里，在受控变量调解层上，不通过物理量调解层从需求生成层向受控变量调解层发送的需求(信号)的优先级可能高于例如与在如上面所描述的内燃机的操作期间在极好平衡下满足所需要的基本需求不同的基本需求(通过物理量调解层发送的需求)的优先级。另外，不通过物理量调解层从需求生成层向受控变量调解层发送的需求(信号)可以是与用物理量相比更易于用致动器受控变量表达的需求。
[0018]例如，对于故障防护或部件保护的需求具有紧迫性。因此，如果发生这样的需求，则这个需求的优先级高于在车辆的正常驾驶期间对于驾驶性能、排气或燃料消耗的需求的优先级。因此，通过用致动器的受控变量表达这些需求值而不暂时为了调解用物理量代替并且将它们直接发送到受控变量调解层，能够防止额外的算术运算负荷的发生，从而使处理加速。
[0019]另外，诸如启动需求、ODB需求的仅在特定情形下的需求具有高优先级，并且常常它们与用物理量相比更易于用致动器控制序列表达。因此，这些需求值可以用致动器的受控变量表达而不用暂时为了调解用物理量代替并且被直接发送到受控变量调解层。
[0020]另外，汽缸喷射型内燃机中的燃料的喷射时刻和喷射频率可以照原样用喷射器的受控变量表达，并且被直接发送到受控变量调解层。结果，能够防止过度的算术运算负荷。
[0021]然后，可以按不通过物理量调解层从需求生成层向受控变量调解层发送的需求值的需求将优先级的顺序预先地设定给每个需求(信号)，并且可以通过在受控变量调解层上考虑这样的优先级的顺序来调解那些需求。结果，在充分地在控制上反映了具有高优先级的需求的同时，还能够适当地反映具有低优先级的需求。
[0022]根据本发明的第一方面，需求生成层可以包括第一需求输出部和第二需求输出部。第一需求输出部用物理量表达关于内燃机的功能的需求值并且输出所表达的需求值。并且第二需求输出部用致动器的受控变量表达关于内燃机的功能的需求值并且输出所表达的需求值，第一需求输出部和第二需求输出部是为功能中的每一个而提供的。物理量调解层可以针对物理量中的每一个包括物理量调解部，为每个物理量而存在的每个物理量调解部被配置成汇总物理量的需求值，其中物理量调解部负责从需求输出部输出的需求值和对单个需求值的调解。受控变量设定层可以调整由物理量调解部基于由物理量调解部所调解的相应需求值之间的关系而调解的每个需求值并且为多个致动器中的每一个设定受控变量。
[0023]内燃机的各种类型的功能包括作为应该在内燃机的操作期间在极好平衡下满足的基本需求的驾驶性能功能、排气功能以及燃料消耗功能。另一方面，作为内燃机的输出，能够涉及扭矩、热和排气，并且能够将用于控制这些输出的参数汇总到三种物理量，诸如扭矩、效率以及空燃比。因此，关于内燃机的功能的需求可以用三个物理量(诸如扭矩、效率以及空燃比)表达。
[0024]同时，关于驾驶性能的需求能够用例如扭矩或效率表达。例如，关于排气的需求能够用效率或空燃比表达。例如，关于燃料消耗的需求能够用效率或空燃比表达。
[0025]另一方面，作为内燃机在火花点火型内燃机情况下具有的多个致动器，例如，能够提到用于调整进气量的油门阀、用于调整点火时刻的点火器、用于调整燃料喷射量的喷射器以及用于将燃料供应给这个喷射器的燃料栗。原因是能够通过控制进气量、点火时刻以及燃料喷射量容易地实现关于内燃机的每个功能的需求。
[0026]尽管那些致动器的受控变量基本上是针对每个致动器而汇总和调解的，但是受控变量调解层可以包括通过使它们彼此相关联整体地调解两个或更多个致动器的受控变量的集成调解部。为了整体地调解多个致动器，例如，可以在控制程序的同一处理步骤中调解它们。结果，能够确保两个或更多个致动器的受控变量的调解的同时性。
[0027]例如，如果用于将燃料喷射到内燃机中的喷射器和用于将燃料供应给这个喷射器的燃料栗被包括在多个致动器中，则集成调解部可以是通过使受控变量彼此相关联来调解喷射器的受控变量和燃料栗的受控变量的喷射功能调解部。结果，能够确保在大大地影响燃料-空气混合物在燃烧室中的形成和可燃性的喷射量、喷射时刻以及燃料压力的控制方面的同时性，以便安全地实现极好的燃料-空气混合物的形成。
[0028]例如，当调解喷射器的受控变量以停止喷射器的操作时，喷射功能调解部可以通过涉及调解喷射器的受控变量以停止喷射器的操作来调解燃料栗的受控变量以停止燃料栗的操作。结果，当随着车辆的停止而自动地停止内燃机的操作时，例如，在当停止了燃料喷射时的同时停止燃料栗的操作。因此，能够减少栗的驱动损失从而改进燃料消耗性能。
[0029]另外，根据本发明的第一方面，如果喷射