带涡轮增压器的内燃机的控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及统合控制构成为能够将运转所使用的空燃比在至少2个目标空燃比之间进行切换的带涡轮增压器的内燃机的空气量、燃料供给量以及点火正时的控制装置。
【背景技术】
[0002]在日本特开平11-22609号公报中，公开了涉及能够将内燃机的燃烧方式从分层燃烧向均质燃烧切换或者从均质燃烧向分层燃烧切换的内燃机的燃烧方式的切换控制的技术(以下，现有技术)。分层燃烧中的空燃比比均质燃烧中的空燃比稀，所以在燃烧方式的切换时伴随空燃比的切换。作为切换空燃比的方法，众所周知有以不产生转矩阶差的方式使空燃比逐渐变化的方法。但是，在该众所周知的方法中，虽然可缓和转矩的阶差，但无法得到所期望的转矩，另外，因为使用本来非意图的空燃比，所以存在招致排放的恶化的问题。上述现有技术作为针对该问题的解决对策而被提出。
[0003]根据上述现有技术，在从均质燃烧向分层燃烧的切换时，在阶段性地切换目标当量比前仅目标空气量被阶段性地切换。详细而言，仅使目标空气量阶段性地增大而预先使空气量增大，在实际的空气量达到目标空气量的时刻，使目标当量比阶段性地减少。即，在空气量延迟于目标空气量而增大的期间，维持燃烧方式切换前的目标当量比。但是，若以燃烧方式切换前的目标当量比决定燃料量，则燃料量相对于将转矩保持为一定所需要的量过剩。因而，在上述现有技术中，通过点火正时的延迟来修正该燃料量的过剩量，由此避免燃烧方式切换前的转矩的增大。
[0004]然而，点火正时的延迟伴随失火的可能。失火会招致驾驶性能的恶化和/或排气性能的恶化。能够通过对点火正时的延迟设置限制来防止失火，但仅限制点火正时的延迟不能避免由燃料量的过剩引起的转矩的增大。另外，在成为控制对象的内燃机为带涡轮增压器的内燃机的情况下，点火正时的延迟会增加排气的能量，有助于提高涡轮转速来使吸入空气量快速上升。因此，在仅限制了点火正时的延迟的情况下，因涡轮迟滞的影响，空气量达到目标空气量需要花费时间，存在不能快速切换空燃比的可能。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开平11-22609号公报
【发明内容】
[0008]本发明是鉴于上述问题而完成的，其课题在于，在构成为能够将运转所使用的空燃比在至少2个目标空燃比之间切换的带涡轮增压器的内燃机中，在满足了空燃比的切换条件的情况下不产生转矩的变动地响应性好地切换空燃比。
[0009]本发明能够应用于带涡轮增压器的内燃机的控制装置的结构。以下，对本发明的带涡轮增压器的内燃机的控制装置的概要进行说明。其中，由以下说明的本发明的内容可知，本发明能够应用于带涡轮增压器的内燃机的控制方法的步骤，也能够应用于由控制装置执行的程序的算法。
[0010]本发明的控制装置具有3种致动器，以构成为能够选择以第1空燃比为目标空燃比的运转和以比第1空燃比稀的第2空燃比为目标空燃比的运转的带涡轮增压器的内燃机为控制对象。3种致动器是使空气量变化的第1致动器、向缸内供给燃料的第2致动器以及对缸内的混合气体进行点火的第3致动器。第1致动器例如包括节气门、使进气门的气门正时变化的可变气门正时机构。在涡轮增压器具备使其增压特性变化的增压特性可变致动器，具体而言具备可变喷嘴和/或排气泄压阀等的情况下，它们也能够包含于第1致动器。第2致动器具体而言是喷射燃料的喷射器，例如，包括向进气口喷射燃料的端口喷射器和直接向气缸内喷射燃料的缸内喷射器。第3致动器具体而言是点火装置。本发明的控制装置通过对这3种致动器的协调操作来统合控制带涡轮增压器的内燃机的空气量、燃料供给量以及点火正时。
[0011]本发明的控制装置能够通过计算机而具现化。更详细而言，能够通过具备存储有记述了用于实现各种功能的处理的程序的存储器和从该存储器读取程序而执行的处理器的计算机来构成本发明的控制装置。本发明的控制装置所具备的功能中，作为用于决定上述3种致动器的协调操作所使用的目标空气量以及目标空燃比的功能，包括要求转矩接收功能、目标空燃比切换功能、目标空气量算出功能以及假想空燃比变更功能。
[0012]根据要求转矩接收功能，接收对内燃机的要求转矩。要求转矩基于对由驾驶员操作的加速器踏板的开度进行响应的信号而计算。在驾驶员对内燃机要求减速的情况下，得到与驾驶员释放加速器踏板的速度相应地减少的要求转矩。在驾驶员对内燃机要求加速的情况下，得到与驾驶员踩踏加速器踏板的速度相应地增大的要求转矩。
[0013]根据目标空气量算出功能，根据要求转矩倒推用于实现要求转矩的目标空气量。目标空气量的计算中，使用给出空气量向转矩的变换效率的参数。空燃比比理论空燃比稀得越多，则由相同空气量产生的转矩越低，所以与空燃比对应的参数与给出空气量向转矩的变换效率的参数相符。假想空燃比是与空燃比对应的参数，是目标空气量的计算所使用的参数之一。假想空燃比的值是可变的，通过假想空燃比变更功能而变更。根据假想空燃比变更功能，在满足从第1空燃比下的运转向第2空燃比下的运转切换运转模式的条件时，响应于此而将假想空燃比从第1空燃比变更为第2空燃比。要求转矩的值相同的情况下，假想空燃比越浓，则目标空气量越小，假想空燃比越稀，则目标空气量越大。
[0014]根据目标空燃比切换功能，在假想空燃比从第1空燃比变更为第2空燃比之后，将目标空燃比从第1空燃比切换成第1空燃比与第2空燃比的中间的第3空燃比，之后，从第3空燃比切换成第2空燃比。S卩，目标空燃比不是直接从第1空燃比切换成第2空燃比，而是在暂时切换成中间的第3空燃比之后，从第3空燃比切换成第2空燃比。此外，此处所说的中间的空燃比意指比第1空燃比稀且比第2空燃比浓的空燃比，不限于第1空燃比与第2空燃比的中值。
[0015]目标空燃比从第1空燃比向第3空燃比的切换具体而言在点火正时达到延迟界限的定时进行。因而，在假想空燃比从第1空燃比变更为第2空燃比之后，在点火正时达到延迟界限为止，将目标空燃比维持为第1空燃比。并且，在目标空燃比从第1空燃比变更为第3空燃比之后，在目标空气量与根据第1致动器的操作量推定的空气量之差成为阈值以下时，响应于此而将目标空燃比进一步从第3空燃比切换成第2空燃比。
[0016]本发明的控制装置基于通过上述处理决定的目标空气量和目标空燃比来协调操作3种致动器。本发明的控制装置所具备的功能中，作为用于基于目标空气量和目标空燃比而进行协调操作的功能，包括第1致动器控制功能、第2致动器控制功能以及第3致动器控制功能。
[0017]根据第1致动器控制功能，基于目标空气量来决定第1致动器的操作量。然后，按照所决定的操作量进行第1致动器的操作。通过第1致动器的操作，实际的空气量以跟随目标空气量的方式变化。
[0018]根据第2致动器控制功能，基于目标空燃比来决定燃料供给量。然后，按照所决定的燃料供给量进行第2致动器的操作。
[0019]根据第3致动器控制功能，基于根据第1致动器的操作量和目标空燃比推定的转矩和要求转矩，来决定用于实现要求转矩的点火正时。然后，按照所决定的点火正时进行第3致动器的操作。能够根据第1致动器的操作量来推定实际的空气量，能够根据推定空气量和目标空燃比来推定转矩。第3致动器的操作以通过点火正时修正推定转矩相对于要求转矩的过剩量的方式进行。
[0020]根据以上叙述的功能，将目标空气量的计算中所使用的假想空燃比从第1空燃比切换成第2空燃比，另一方面，将目标空燃比维持为第1空燃比。由此，通过目标空气量和目标空燃比所能够实现的转矩与要求转矩相比过剩，使点火正时延迟来补偿该过剩量。并且，在点火正时达到延迟界限为止，将目标空燃比维持为第1空燃比。即，本发明的控制装置使点火正时延迟到延迟界限。由此，排气的能量增大而涡轮增压器的增压效果提高，能够使空气量快速增大到目标空气量。另外，并非将目标空燃比切换成第2空燃比，而是暂时切换成比第2空燃比浓的中间空燃比即第3空燃比，由此，能够避免实际转矩相对于要求转矩不足。其后，在目标空气量与推定空气量之差成为阈值以下的时刻进行目标空燃比向第2空燃比的切换，但通过使点火正时延迟到延迟界限所带来的增压效果的提高，推定空气量收敛于目标空气量为止的期间变短。其结果，从假想空燃比切换成第2空燃比起到目标空燃比切换成第2空燃比为止的期间也变短。即，根据本发明的控制装置，在满足了从第1空燃比向比第1空燃比稀的第2空燃比的切换条件的情况下，能够不产生转矩的变动地响应性好地切换空燃比。
[0021]此外，在涡轮增压器未有效地工作的非增压区域，在空燃比的切换时无需使点火正时延迟到延迟界限。在该情况下，从燃料经济性性能的观点出发，优选尽早将目标空燃比切换成第3空燃比。具体而言，在假想空燃比从第1空燃比变更为第2空燃比之后，等待根据第1致动器的操作量推定的空气量达到在第3空燃比下能够实现要求转矩的空气量。并且，若在推定空气量的到达时刻，目标进气管压力达到增压区域，则如上述那样，在等待点火正时达到延迟界限，之后，将目标空燃比从第1空燃比切换成第3空燃比。但是，若根据目标空气量算出的目标进气管压力没有达到增压区域，则即使在点火正时达到延迟界限之前，也快速地将目标空燃比从第1空燃比切换成第3空燃比。由此，在非增压区域中能够不使燃料经济性性能恶化地响应性好地切换空燃比。
【附图说明】
[0022]图1是示出本发明的实施方式1的控制装置的逻辑的框图。
[0023]图2是示出本发明的实施方式1的控制装置的运转模式的切换的逻辑的框图。
[0024]图3是示出本发明的实施方式1的控制装置的目标空燃比的切换的逻辑的流程图。
[0025]图4是示出本发明的实施方式1的控制装置的非增压区域下的控制结果的表象(image)的时间图。
[0026]图5是示出本发明的实施方式1的控制装置的增压区域下的控制结果的表象的时间图。
[0027]图6是示出比较例的控制结果的表象的时间图。
[0028]图7是示出本发明的实施方式2的控制装置的逻辑的框图。
【具体实施方式】
[0029][实施方式1]
[0030]以下，参照附图对本发明的实施方式1进行说明。
[0031]在本实施方式中作为控制对象的内燃机(以下，发动机)是火花点火式的4冲程往复发动机，且是安装有涡轮增压器的涡轮发动机。另外，该发动机是所谓的稀燃发动机，构成为能够选择进行理论空燃比下的运转的化学当量比模式(第1运转模式)和进行比理论空燃比稀的空燃比下的运转的稀模式(第2运转模式)作为发动机的运转模式。
[0032]搭载于车辆的EQJ (Electrical control Unit