附带增压器的内燃机的控制装置制造方法
【专利摘要】本发明提出了一种附带增压器的内燃机的控制装置，该控制装置与将转矩需求控制应用于附带增压器的内燃机的情况下的、主动地使增压发生变化的作动器与节气门的协调操作有关。在本发明所提供的控制装置中，分别决定节气门的操作用的目标空气量和所述作动器的操作用的目标空气量。详细而言为，将要求转矩中所包括的驾驶员要求转矩按照预定的转换规则而转换为空气量，并将通过该转换而获得的空气量作为基准目标空气量而进行计算。基准目标空气量将作为节气门操作用目标空气量而使用，此外，还将作为通常时的作动器操作用目标空气量而使用。而且，在要求转矩发生变化、且在基准目标空气量的条件下不能够实现该变化的情况下，对能够实现该变化的修正目标空气量进行计算，并将其作为节气门操作用目标空气量而使用。
【专利说明】附带增压器的内燃机的控制装置
【技术领域】
[0001]本发明为ー种使用于附带增压器的内燃机中的控制装置，详细而言为，使用于附带如下增压器的内燃机中的控制装置，所述增压器具有主动地使废气旁通阀或可变喷嘴等的增压发生变化的作动器，且本发明涉及ー种通过节气门与所述作动器的协调操作，从而对缸内吸入空气量进行控制的控制装置。
【背景技术】
[0002]作为内燃机的控制方法之一，已知有将转矩作为控制量来决定各个作动器的操作量的转矩需求控制。在日本特开2010-053705号公报中，记载了进行转矩需求控制的控制装置的ー个示例。该公报中所记载的控制装置通过由节气门进行的缸内吸入空气量的控制、与由点火装置进行的点火正时的控制，来进行转矩控制。详细而言为，在以要求转矩为基础来决定目标空气量，并根据目标空气量来决定节气门开度的同时，基于当前的节气门开度来对在最佳点火正时的条件下所实现的推断转矩进行计算，从而基于要求转矩和推断转矩之比来决定点火正吋。
[0003]在针对于内燃机的要求转矩中，包括驾驶员通过加速踏板操作而要求的要求转矩(以下，称为驾驶员要求转矩)、和ECT(Electronic controlled transmission:电子控制变速器)或TRC (Traction Control System:牵引力控制系统)等的车辆的控制设备所要求的要求转矩(以下，称为控制设备要求转矩)。驾驶员要求转矩为要求转矩的基准，井根据车辆控制上的需要而将控制设备要求转矩与其相加。这两种要求转矩在其变化速度上存在明显的差异。驾驶员要求转矩基本上为以与驾驶员的加速操作相对应的速度而进行变化的、变化速度较慢的信号，与此相对，控制设备要求转矩为使内燃机所输出的转矩瞬时性且暂时性地急剧变化的、变化速度较快的信号。
[0004]根据日本特开2010-053705号公报中所记载的这种实施转矩需求控制的控制装置，即使在包括变化速度较快的控制设备要求转矩的情况下，也能够高精度地实现要求转矩。以下，关于这一点，使用图6、图7及图8进行详细解释。
[0005]图6为表示以往提出的进行转矩需求控制的控制装置的结构的功能框图。日本特开2010-053705号公报中所记载的控制装置实质上也为图6所示的这种结构。图6所示的控制装置以节气门102和点火装置104为操作対象。而且具备:要求转矩决定部110、要求效率决定部112、空气量控制用目标转矩计算部114、目标转矩计算部116、节气门开度计算部118、燃烧保障部120、推断转矩计算部122、目标效率计算部124、燃烧保障部126以及点火正时计算部128。
[0006]在要求转矩决定部110中，决定针对于内燃机的要求转矩(TQrq)。如上文所述，在该要求转矩中包括驾驶员要求转矩和控制设备要求转矩。在要求效率决定部112中，决定针对于内燃机的要求效率(nrq)。要求转矩和要求效率被输入至空气量控制用目标转矩计算部114。在空气量控制用目标转矩计算部114中，通过用要求效率除要求转矩从而计算出空气量控制用目标转矩(TQt)。但是，就要求效率而言，通过燃烧保障部120处理后的要求效率(nrql)会被输入至空气量控制用目标转矩计算部114。在燃烧保障部120中，在空气量控制用目标转矩的计算中所使用的要求效率的最小值，通过燃烧极限保护(combustionlimit guard)而被限制。空气量控制用目标转矩被输入至目标空气量计算部116且使用转矩-空气量转换映射图从而被转换为目标空气量(KU)。目标空气量被输入至节气门开度计算部118且使用空气逆模型从而被转换为目标节气门开度(TAt)。节气门2根据该目标节气门开度而被操作。
[0007]在推断转矩计算部122中，进行基于当前的节气门开度(TAact)的推断转矩(TQmbt)的计算。推断转矩与通过要求转矩决定部110而被決定的要求转矩一起，被输入至目标效率计算部124。在目标效率计算部124中，要求转矩相对于推断转矩的比率作为点火正时控制用的目标效率(nsa)而被计算出。目标效率通过燃烧保障部126而被处理，并且处理后的目标效率(n sal)被输入至点火正时计算部128。在燃烧保障部126中，在点火正时的计算中所使用的目标效率的最小值通过燃烧极限保护而被限制。要求效率用的通过燃烧保障部126而设定的燃烧极限保护的值、与目标效率用的通过燃烧保障部120而设定的燃烧极限保护的值为相同的值。在点火正时计算部128中，基于目标效率而计算出目标点火正时(SAt)。点火装置4根据该目标点火正时而被操作。目标点火正时在目标效率的值为I的情况下被设定为最佳点火正时，而目标效率的值越小于I则与最佳点火正时相比越被滞后。
[0008]图7及图8为表示通过图6所示的结构的控制装置而实现的内燃机的动作的图表。首先，从图7所示的动作进行说明。
[0009]在图7的图表中，除了驾驶员要求转矩之外还输出有作为控制设备要求转矩之一的ECT要求转矩。ECT要求转矩的信号被设定为矩形信号，以使内燃机所输出的转矩暂时性且瞬时性地下降。此外，与ECT要求转矩的矩形信号相配合，在要求效率中也输出有值小于基准值、即值小于I的矩形信号。此时所输出的要求效率的信号被调节为，使得用要求效率除要求转矩而得到的空气量控制用目标转矩的值成为固定。
[0010]通过输出这种要求转矩及要求效率的信号，从而使空气量控制用目标转矩无论要求转矩的变化如何均被保持为固定。其结果为，不会使节气门开度以与ECT要求转矩的波形相对应的方式而进行变更，而使缸内吸入空气量保持为固定。另ー方面，用推断转矩除要求转矩而得到的点火正时控制用的目标效率，以与ECT要求转矩的波形相对应的方式以矩形而进行变化。通过使目标效率低于基准值、即1，从而使点火正时与MBT相比而滞后，与之相伴地，产生转矩将降低。由于转矩的变化相对于点火正时的变化的响应性较高，因此产生转矩将呈现与要求转矩相同的矩形变化。
[0011]以上所说明的控制装置的动作为，在要求效率及点火正时控制用的目标效率成为高于燃烧极限保护的值的情况下的动作。在它们成为低于燃烧极限保护的值的情况下，控制装置的动作将如图8的图表所示。以下，对图8所示的动作进行说明。
[0012]点火正时控制用的目标效率是基于要求转矩而被计算出的。因此，在要求转矩所包括的ECT要求转矩的下降量较大的情况下，目标效率从基准值的下降量也将增大，从而会使目标效率(nsa)低于燃烧极限保护。在该情况下，由于在点火正时的计算中将使用通过燃烧极限保护而被限制的目标效率(n sal)，因此点火正时将通过能够保证适当燃烧的滞后角极限而被限制。如此，在对点火正时的滞后量施加有限制的情况下，仅通过点火正时的滞后将不能高精度地实现要求转矩。
[0013]但是，在ECT要求转矩从基准值的下降量较大的情况下，以与ECT要求转矩相对应的方式所输出的要求效率的下降量也将増大。而且，由于要求效率(nrq)低于燃烧极限保护，因此在空气量控制用目标转矩的计算中将使用通过燃烧极限保护而被限制的要求效率(nrql)。因此，空气量控制用目标转矩不固定，并将呈现出与nrql和nrq之比相对应的矩形的变化。其结果为，节气门开度也以与空气量控制用目标转矩相对应的方式而被变更，从而使缸内吸入空气量暂时性地降低。由此，产生转矩将呈现出与要求转矩相同的变化。即，根据图8所示的动作，由限制点火正时的滞后角量而产生的转矩减少量的不足量，将通过向闭合方向操作节气门以减少缸内吸入空气量从而被保证。
[0014]如以上所述，根据图6所示的结构的控制装置，按照要求转矩的内容来协调操作节气门102和点火装置104。由此，即使在包含ECT要求转矩这样的变化速度较快的控制设备要求转矩的情况下，也能够高精度地实现要求转矩。
[0015]另外，上述的转矩需求控制可以应用于具备了涡轮增压器或机械式增压器的内燃机的控制中。但是，在该附带增压器的内燃机具备主动地使增压发生变化的作动器、例如废气旁通阀或可变喷嘴或者驱动压缩机的电动机等的情况下，则有必要对作动器的操作进行探讨研究。这是因为，根据这些作动器的操作方法，如下文所述，存在损害转矩的控制精度的可能性。
[0016]在上述的转矩需求控制中，通过对缸内吸入空气量和点火正时进行协调控制从而对产生转矩进行控制，并通过节气门来控制缸内吸入空气量。通过对节气门进行操作而使其开度发生变化从而使通过节气门的空气的流量发生变化，由此能够控制缸内吸入空气量。但是，由于从节气门通过的流量也依存于节气门的前后的压カ差，因此在存在废气旁通阀或可变喷嘴等的作动器的情况下，如果这些作动器的操作不适当，则不能高精度地对缸内吸入空气量进行控制。因此，在将上述的转矩需求控制应用于附带增压器内燃机的情况下，如何对主动地使增压发生变化的作动器和节气门进行协调操作就成为了ー个课题。
[0017]在先技术文献
[0018]专利文献
[0019]专利文献1:日本特开2010-053705号公报
[0020]专利文献2:日本特开2004-060479号公报
【发明内容】
[0021]本发明是鉴于上述课题而完成的发明，且提供一种如下的附帯增压器的内燃机的控制装置。
[0022]本发明所提供的控制装置通过基于针对于内燃机的要求转矩的、节气门与作动器的协调操作，从而对内燃机向气缸内吸入的空气量进行控制。这里所称的作动器为主动地使增压发生变化的作动器，其中包括涡轮增压器的废气旁通阀或可变喷嘴、或者驱动压缩机的电动机等。在本控制装置中，并不是在节气门和作动器中共用ー个目标空气量，而是分别决定节气门的操作用的目标空气量和作动器的操作用的目标空气量。而且，根据节气门操作用目标空气量来决定节气门的操作量，根据作动器操作用目标空气量来决定作动器的操作量。节气门操作用目标空气量与作动器操作用目标空气量分别以如下方式来決定。[0023]在本控制装置中，基于要求转矩而对下面两个目标空气量进行计算。其中ー个目标空气量为，平时计算的基准目标空气量。将要求转矩中所包括的驾驶员要求转矩按照预定的转换规则而转换为空气量，并将通过该转换而得到的空气量作为基准目标空气量而进行计算。另ー个目标空气量为，在要求转矩发生变化、且在基准目标空气量的条件下不能实现该变化的情况下被计算出的修正目标空气量。在计算方面，将能够实现要求转矩的变化的空气量作为修正目标空气量而进行计算。
[0024]在本控制装置中，使用基准目标空气量和修正目标空气量来决定节气门操作用目标空气量及作动器操作用目标空气量。首先，对于作动器操作用目标空气量而言，其与在基准目标空气量的条件下是否能够实现要求转矩的变化无关地，将基准目标空气量决定为作动器操作用目标空气量。另ー方面，对于节气门操作用目标空气量而言，其通常将基准目标空气量决定为节气门操作用目标空气量。但是，在基准目标空气量不能够实现所述要求转矩的情况下，代替基准目标空气量而将修正目标空气量决定作为节气门操作用目标空气量。
[0025]在将废气旁通阀这样的主动地使增压发生变化的作动器与节气门进行比较的情况下，在缸内吸入空气量相对于操作的响应方面，节气门一方明显较快。这是因为，在对作动器进行操作之后到增压发生变化为止需要某种程度的时间。因此，如果是节气门，则能够以响应于要求转矩的快速变化的方式使缸内吸入空气量发生变化，但是，在作动器的情况下，将滞后于要求转矩的变化而使缸内吸入空气量发生变化。关于这一点，根据本控制装置，通过以上文所述的方式来决定节气门操作用和作动器操作用的各个目标空气量，从而专门通过节气门的动作来产生用于响应要求转矩的快速变化的、缸内吸入空气量的变化。另ー方面，由于作动器是以与相对变化速度较慢的驾驶员要求转矩相对应的速度而被连续操作的，因此作动器的动作不影响缸内吸入空气量。若换另ー种说法的话，则在要求转矩发生了急剧变化的情况下，作动器将以其动作不影响缸内吸入空气量的方式被操作。即，根据本控制装置，在要求转矩快速变化的情况下，更具体而言为，在要求转矩中包括控制设备要求转矩的情况下，能够高精度地对缸内吸入空气量进行控制，以实现那种要求转矩。
[0026]但是，内燃机的产生转矩不仅能够通过缸内吸入空气量来进行控制，还能够通过点火正时来进行控制。特别是，由点火正时进行的转矩的控制与对节气门进行操作而实施的、由缸内吸入空气量进行的转矩的控制相比，其响应性更优秀。因此，在要求转矩中包括控制设备要求转矩的情况下，可以对点火正时进行调节，以实现控制设备要求转矩的波形。因此，根据本发明的更优选方式，在要求转矩发生了变化的情况下，本控制装置将对点火正时进行调节，以通过点火正时的变更来实现该变化。但是，在点火正时中存在可以保证适当的燃烧的容许调节范围，不能超过该范围而对点火正时进行变更。因此，在容许调节范围内的点火正时的调节中，存在相对于要求转矩的变化而实现转矩的变化量不足的情況。在该情况下，在本控制装置中，将对修正目标空气量进行计算，以通过缸内吸入空气量的调节来保障所不足的转矩变化量，并将该修正目标空气量作为节气门操作用目标空气量从而进行节气门的操作。据此，可以在能够保证适当的燃烧的范围内维持点火正时的同吋，高精度地实现包括控制设备要求转矩在内的、变化较快的要求转矩。
[0027]另外，在本发明的优选方式中，作为点火正时的调节方法可以采用例如下面这样的方法。根据该方法，在本控制装置中，基于当前的节气门开度而计算出在最佳点火正时的条件下所实现的推断转矩。然后，将要求转矩相对于推断转矩之比作为目标效率而进行计算。在目标效率处于与点火正时的容许调节范围相对应的范围之内的情况下，本控制装置将根据目标效率来决定点火正时。但是，在目标效率处于与容许调节范围相对应的范围之外的情况下，本控制装置将根据与容许调节范围的极限值相对应的极限效率来决定点火正时。
[0028]在通过这种方法来对点火正时进行调节的情况下，优选通过下面这样的方法来计算出修正目标空气量。根据其中一个优选方法，在本控制装置中，用极限效率除要求转矩，并将通过该计算而获得的转矩按照上述的转换规则转换为空气量。而且，将通过该转换而获得的空气量作为修正目标空气量而进行计算。此外，根据其他优选方法，在本控制装置中，用目标效率与极限效率的比率除驾驶员要求转矩，并将通过该计算而获得的转矩按照所述的转换规则转换为空气量。而且，将通过该转换而获得的空气量作为修正目标空气量而进行计算。根据这些计算方法，能够正确地计算出必要且足够的修正目标空气量，以使缸内吸入空气量与转矩变化量的不足量相对应地发生变化，其中，转矩变化量的不足量是由点火正时的调节量的限制所造成的。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为表示本发明的实施方式一的附带增压器的内燃机的控制装置的结构的框图。
[0030]图2为表示相对于图1所示的结构的控制装置的、比较控制装置的结构的框图。
[0031]图3为表示通过图1所示的结构的控制装置而实现的附帯增压器的内燃机的动作的图表。
[0032]图4为表示通过图2所示的结构的控制装置而实现的附帯增压器的内燃机的动作的图表。
[0033]图5为表示本发明的实施方式ニ的附带增压器的内燃机的控制装置的结构的框图。
[0034]图6为表示实施以往提出的进行转矩需求控制的控制装置的结构的功能框图。
[0035]图7为表示通过图6所示的结构的控制装置而实现的内燃机的动作的图表。
[0036]图8为表示通过图6所示的结构的控制装置而实现的内燃机的动作的图表。
【具体实施方式】
[0037]实施方式一
[0038]參照附图对本发明的实施方式一进行说明。
[0039]在本发明的各个实施方式中，被作为控制对象的附带增压器的内燃机(以下，称为发动机)为，能够通过由节气门进行空气量的调节从而对转矩进行控制的四循环往复式发动机。被设置于发动机上的增压器为，附设有废气旁通阀(以下，称为WGV)的涡轮增压器。此处所使用的WGV能够通过E-VRV (Electronic Vacuum Regulating Valve:电子真空调节阀)而主动地且向任意的开度进行运动。控制装置通过对该WGV和节气门以及点火装置进行协调操作，从而对发动机所输出的转矩进行控制。作为发动机的控制量将使用转矩及效率。此处所说的转矩更严格地说是图示转矩的意思。本说明书中的效率是指发动机实际输出的转矩相对于能够潜在输出的转矩的比例的含义。
[0040]在图1的功能框图中，图示了本实施方式的控制装置的结构。关于图1中构成控制装置的各个要素，仅仅是对本实施方式的控制装置所具有的各种功能要素之中的、关系到节气门2、点火装置4以及WGV6的各个操作的要素特别进行了图示。因此，图1并不意味着控制装置仅由这些要素构成。另外，各个要素既可以分别通过专用的硬件构成，也可以硬件共享而通过软件虚拟地构成。以下，以图1所示的各个要素的功能为中心对本实施方式的控制装置的结构进行说明。
[0041]在本实施方式的控制装置中，输入有通过加速踏板的操作量或操作速度而表示的、来自驾驶员的转矩要求。此外，还从ECT或TRC等的车辆的控制装置输入有用于车辆控制的转矩要求。在以下说明中，为了易于理解本发明的特征，而设定为仅将来自驾驶员的转矩要求和来自ECT的转矩要求输入至控制装置。被输入至控制装置的各个转矩要求的信号在要求转矩决定部10中被处理。要求转矩决定部10基于各个转矩要求来决定针对于发动机的要求转矩(TQrq)。在要求转矩中，包含基于来自驾驶员的转矩要求而决定的驾驶员要求转矩、和基于来自ECT的转矩要求而决定的ECT要求转矩。在以下说明中，为了易于理解本发明的特征，而设定驾驶员要求转矩的信号为无变化的平坦的信号，并且将ECT要求转矩的信号设定为矩形信号，以使发动机所输出的转矩暂时性且瞬时性地下降。
[0042]另ー个控制量、即效率的要求值将通过要求效率决定部12来决定。要求效率决定部12以与通过要求转矩决定部10決定的要求转矩联动的方式来决定要求效率(nrq)的值。即，在要求转矩中仅包含驾驶员要求转矩的情况下，要求效率决定部12将要求效率决定为其最大值、即I。但是，在要求转矩中包括ECT要求转矩的情况下，要求效率决定部12以与ECT要求转矩的矩形信号相对应的方式使要求效率的值变化为与基准值、即I相比而较小的值。更详细而言为，以使得用要求效率除要求转矩后的值在ECT要求转矩的变化的前后成为固定的方式，使要求效率的值进行变化。
[0043]本实施方式的控制装置中，作为用于决定节气门2的操作量的要素而具备目标转矩计算部14、目标空气量计算部16、节气门开度计算部18以及燃烧保障部20。另ー方面，作为用于决定WGV6的操作量的要素而具备目标转矩计算部30、目标空气量计算部32以及WGV开度计算部34。这两者之间的特征性的不同点为，有无由燃烧保障部20进行的要求效率的保护处理。燃烧保障部20将能够保证适当燃烧的效率的下限值作为燃烧极限保护值而进行设定。在从要求效率决定部12输入的要求效率(nrq)与燃烧极限保护值相比而较大的情况下，燃烧保障部20将所输入的要求效率(nrq)直接作为保障燃烧的要求效率(nrql)而输出。但是，在要求效率(nrq)为燃烧极限保护值以下的情况下，则将要求效率的下限值、即燃烧极限保护值作为保障燃烧的要求效率(nrql)而输出。在节气门操作用的目标转矩计算部14中，输入有通过燃烧保障部20而被实施了燃烧补偿的要求效率(nrql)。另ー方面，在WGV操作用的目标转矩计算部30中，直接输入有通过要求效率决定部12而被决定了的要求效率(nrq)。
[0044]节气门操作用的目标转矩计算部14通过用调整后的要求效率(nrql)除要求转矩(TQrq)从而计算出节气门操作用的目标转矩(TQta)。节气门操作用目标转矩被输入至目标空气量计算部16。目标空气量计算部16使用转矩-空气量转换映射图，从而将节气门操作用目标转矩转换为空气量。转矩-空气量转换映射图是以点火正时处于最佳点火正时(MBT和轻度爆震(trace knock)点火正时中的、靠滞后侧的点火正吋)为前提，使转矩和空气量以包括发动机转速以及空燃比在内的各种发动机状态量为关键点的方式而建立关联的映射图。通过该转换而得到的空气量在要求效率(nrq)与燃烧极限保护值相比而较大的情况下，成为与驾驶员要求转矩相对应的“基准目标空气量”，在要求效率(nrq)为燃烧极限保护值以下的情况下，成为用于实现要求转矩的变化的“修正目标空气量”。目标空气量计算部16将通过该转换而得到的空气量决定为节气门操作用的目标空气量(KLta)。节气门操作用目标空气量被输入至节气门开度计算部18。节气门开度计算部18使用空气逆模型来对用于达成节气门操作用目标空气量的目标节气门开度(TAt)进行计算。空气逆模型为，将缸内吸入空气量相对于节气门2的动作的响应特性进行模型化后的物理模型的逆模型。控制装置将以此方式而获得的目标节气门开度(TAt)作为操作量来对节气门2进行操作。
[0045]另ー方面，WGV操作用的目标转矩计算部30通过用未被调节的原来的要求效率(nrq)除要求转矩(TQrq)，从而计算出WGV操作用的目标转矩(TQwgv)。WGV操作用目标转矩被输入至目标空气量计算部32。目标空气量计算部32使用上文所述的转矩-空气量转换映射图而将WGV操作用目标转矩转换为空气量。通过该转换而得到的空气量为与驾驶员要求转矩相对应的“基准目标空气量”，并且被决定为WGV操作用的目标空气量(KLwgv)。WGV操作用目标空气量被输入至WGV开度计算部34。WGV开度计算部34使用将增压与空气量建立关联的映射图而将WGV操作用目标空气量转换为目标增压。而且，使用涡轮增压器的逆模型来计算用于达成目标增压的目标WGV开度(WGVt)。控制装置将以此方式获得的目标WGV开度(WGVt)作为操作量来对WGV6进行操作。
[0046]控制装置以与上文的处理并行的方式执行用于决定点火装置4的操作量的处理。推断转矩计算部22、目标效率计算部24、燃烧保障部26以及点火正时计算部28为，用于决定点火装置4的操作量、即点火正时的要素。其中的目标效率用的燃烧保障部26与要求效率用的燃烧保障部20相同，也是用于在能够保证适当燃烧的范围内对发动机的效率进行调节的要素。目标效率用的燃烧保障部26具有与要求效率用的燃烧保障部20相同值的燃烧极限保护值。
[0047]推断转矩计算部22基于当前的节气门开度(TAact)而对缸内吸入空气量进行推断，并基于该推断缸内吸入空气量而对最佳点火正时条件下的推断转矩(TQmbt)进行计算。目标效率计算部24将通过要求转矩决定部10決定的要求转矩(nrq)的、相对于推断转矩的比率作为点火正时控制用的目标效率(nsa)而进行计算。目标效率(nsa)被输入至燃烧保障部26，通过燃烧保障部26而被调节后的目标效率(n sal)被输入至点火正时计算部28。此时，在目标效率(nsa)与燃烧极限保护值相比而较大的情况下，燃烧保障部26将所输入的目标效率(nsa)直接作为保障燃烧的目标效率(nsal)而输出。但是，在目标效率(nsa)为燃烧极限保护值以下的情况下，燃烧保障部26则将目标效率的下限值、即燃烧极限保护值作为保障燃烧的目标效率(nsal)而输出。点火正时计算部28基于保障燃烧的目标效率而计算出目标点火正时(SAt)。在目标效率的值为I的情况下，目标点火正时被设定为最佳点火正时，并且，目标效率的值与I相比越小，则目标点火正时与最佳点火正时相比越被滞后。控制装置将以此方式获得的目标点火正时(SAt)作为操作量来对点火装置4进行操作。[0048]根据以上述方式而构成的本实施方式的控制装置，能够在增压发动机的转矩控制中取得现有技术中所没有的效果。在下文中，通过与比较控制装置进行对比，来明确通过本实施方式的控制装置而获得的转矩控制上的效果。
[0049]在图2的功能框图中，图示了相对于本实施方式的控制装置的比较控制装置的结构。图2所示的比较控制装置的结构可以认为是，在意欲将图6所示的结构的现有的控制装置应用于附帯WGV的增压发动机的控制装置的情况下，本领域技术人员比较容易想到的结构。在图2所示的结构中，对于具有与图1所示的要素共同的功能的要素，标记与图1所示的要素相同的符号。通过对图1和图2进行比较可以明显看出，本实施方式的控制装置与比较控制装置的不同点在于，在WGV开度计算部34中用于目标WGV开度(WGVt)的计算的目标空气量。在比较控制装置中，在目标节气门开度的计算用和目标WGV开度的计算用中，使用了共同的目标空气量(KLt)。由于节气门2和WGV6都是对缸内吸入空气量进行控制的作动器，因此可以说像比较控制装置这样在节气门2和WGV6中使用共同的目标空气量的方式，对于本领域技术人员而言是理所当然的选择。但是，在本实施方式的控制装置中，并不是在节气门2和WGV6中共用ー个目标空气量，而是如上文所述，分别决定目标节气门开度的计算用的目标空气量(KLta)和目标WGV开度的计算用的目标空气量(KLwgv)。
[0050]根据本实施方式的控制装置，在要求转矩中包括ETC要求转矩的情况下，控制对象即增压发动机将以图3的图表所示的方式进行动作。另ー方面，根据比较控制装置，控制对象即增压发动机将以图4的图表所示的方式而进行动作。首先，对通过比较控制装置而实现的增压发动机的动作进行解释，接下来，在与其进行比较的同时对通过本实施方式的控制装置而实现的增压发动机的动作进行解释。另外，作为在比较控制装置和本实施方式的控制装置中共同的事项而设定为，从要求效率决定部12以与ECT要求转矩相对应的方式而输出有低于燃烧极限保护值的要求效率(nrq)。在此情况下，由于基于要求转矩而计算出的点火正时控制用的目标效率(nsa)也低于燃烧极限保护值，因此在点火正时的计算中将使用保障燃烧的目标效率(nsal)。其结果为，比较控制装置和本实施方式的控制装置均以滞后极限而被限制了点火正时，所述滞后极限能够保证适当的燃烧。
[0051]在采用比较控制装置的情况下，将使用被燃烧极限保护值所限制的要求效率(nrql)来计算出空气量控制用的目标转矩。空气量控制用目标转矩呈现出与原来的要求效率(nrq)和保障燃烧的要求效率(nrql)之比相对应的矩形的变化。而且，该空气量控制用目标转矩将被转换为空气量，并将其作为共同的目标空气量来计算出目标节气门开度和目标WGV开度。其结果为，节气门将被操作为，节气门开度对应于空气量控制用目标转矩的波形而呈现矩形的变化。同样地，WGV将被操作为，WGV开度对应于空气量控制用目标转矩的波形而呈现出矩形的变化。通过如此操作节气门和WGV，从而将使缸内吸入空气量暂时性地下降。
[0052]但是，如图4的图表所示，实际的缸内吸入空气量并不像空气量控制用目标转矩那样进行变化。这是由于增压相对于WGV的操作存在响应延迟、即涡轮迟滞(Turbo lag)而引起的。虽然缸内吸入空气量由通过节气门的空气的流量所決定，但决定该节气门通过流量的參数是节气门开度和增压。虽然存在ー些响应延迟，但是通过缩小节气门开度将可以实现使通过节气门的流量发生变化从而使缸内吸入空气量急剧减少。但是，在由于涡轮迟滞而使得增压处于不足的状况下，将不能实现使通过节气门的流量发生变化从而使缸内吸入空气量増大的状況。因此，如图4的图表所示，在缸内吸入空气量临时下降之后的上升沿处，所述缸内吸入空气量相对于空气量控制用目标转矩的上升而产生了明显的响应延迟。由于增压发动机的最終的产生转矩是由缸内吸入空气量和点火正时所決定的，因此在缸内吸入空气量的上升中产生延迟的结果为，在产生转矩的上升中也将产生延迟。即，在比较控制装置的结构中，很难在产生转矩中实现要求转矩中所包括的ECT要求转矩的波形。
[0053]在本实施方式的控制装置的情况下，在使用被燃烧极限保护值限制的要求效率(nrql)来计算出节气门操作用的目标转矩的同时，使用未被限制的要求效率(nrq)来计算出WGV操作用的目标转矩。节气门操作用目标转矩呈现出与原来的要求效率(nrql)和保障燃烧的要求效率(nrq)之比相对应的矩形的变化。而且，该节气门操作用目标转矩将被转换为空气量，并将其作为目标空气量来计算出目标节气门开度。另ー方面，由于WGV操作用目标转矩是通过与要求转矩相对应的要求效率(nrq)除要求转矩而得到的，因此将成为与要求转矩中所包括的驾驶员要求转矩相对应的平坦的信号。而且，该WGV操作用目标转矩将被转换为空气量，并将其作为目标空气量来计算出目标WGV开度。其结果为，节气门将被操作为，使节气门开度对应于节气门操作用目标转矩的波形而呈现出矩形的变化。但是，WGV将被操作为，对应于WGV操作用目标转矩的平坦的信号而成为固定的WGV开度。
[0054]在图3的图表中，用实线图示了通过本实施方式的控制装置而实现的空气量和产生转矩的变化，用虚线图示了通过比较控制装置而实现的空气量和产生转矩的变化。根据本实施方式的控制装置，由于WGV被維持在与驾驶员要求转矩相对应的开度上，因此即使在ECT要求转矩变化成了矩形形状的情况下，增压也将被保持在较高的状态。因此，在对应于ECT要求转矩的上升沿而实施节气门的打开操作吋，由于没有发生增压的不足，因此缸内吸入空气量将响应于节气门的打开操作从而迅速上升。即，通过与比较控制装置进行对比可知，根据本实施方式的控制装置，能够对应于要求转矩的快速变化而高精度地对缸内吸入空气量进行控制。由此，根据本实施方式的控制装置，不会产生转矩不足的情况，井能够将要求转矩中所包括的ECT要求转矩的波形在产生转矩中大致正确地实现。
[0055]实施方式ニ
[0056]接下来，參照附图对本发明的实施方式ニ进行说明。
[0057]图5为表示本实施方式的控制装置的结构的功能框图。在图5所示的结构中，对于具有与图1所示的实施方式一的控制装置的要素共同的功能的要素，标记与图1所示的要素相同的符号。以下，以与实施方式一的控制装置的不同点为中心对本实施方式的控制装置的结构进行说明。
[0058]本实施方式的控制装置与实施方式一的控制装置的不同点在于，仅使用转矩作为发动机的控制量。即，没有像实施方式一的控制装置那样使用要求效率。但是，虽然在实施方式一的控制装置中，将驾驶员要求转矩与ECT要求转矩合并在一起作为要求转矩而输出，但在本实施方式的控制装置中，驾驶员要求转矩与ECT要求转矩未被合并而是分别被输出。根据图5所示的结构，驾驶员要求转矩(TQrgl)从驾驶员要求转矩决定部50被输出，ECT要求转矩(TQrgh)从ECT要求转矩决定部52被输出。
[0059]在本实施方式的控制装置中，将ECT要求转矩(TQrgh)用于点火装置4的操作量的决定，而将驾驶员要求转矩(TQrgl)用于节气门2以及WGV6的各个操作量的決定。首先，对在本实施方式的控制装置中所实施的用于决定点火装置4的操作量、即点火正时的处理进行说明。根据图5所示的结构，ECT要求转矩(TQrgh)与通过推断转矩计算部22而计算出的推断转矩(TQmbt) —起被输入至目标效率计算部24。目标效率计算部24将ECT要求转矩的相对于推断转矩的比率作为点火正时控制用的目标效率(nsa)而进行计算。目标效率(nsa)被输入至燃烧保障部26，在燃烧保障部26中将保障燃烧的目标效率(nsal)输入至点火正时计算部28。点火正时计算部28基于保障燃烧的目标效率而计算出目标点火正时(SAt)。控制装置将以此方式获得的目标点火正时(SAt)作为操作量来对点火装置4进行操作。
[0060]在本实施方式的控制装置中，使用驾驶员要求转矩(TQrgl)来决定节气门2及WGV6的各操作量。但是，与实施方式一的控制装置相同，本实施方式的控制装置也是分别决定目标节气门开度的计算用的目标空气量(KLta)和目标WGV开度的计算用的目标空气量(KLwgv)。
[0061]WGV操作用的目标空气量(KLwgv)的决定在目标空气量计算部32中进行。在目标空气量计算部32中，直接被输入有通过驾驶员要求转矩决定部50而决定的驾驶员要求转矩(TQrgl)。该驾驶员要求转矩与实施方式一在WGV操作用目标空气量的计算中所使用的WGV操作用目标转矩是实质相同的转矩。目标空气量计算部32使用转矩-空气量转换映射图从而将驾驶员要求转矩转换为WGV操作用的目标空气量(KLwgv)。WGV操作用的目标空气量被输入至WGV开度计算部34。WGV开度计算部34基于WGV操作用的目标空气量而计算出目标WGV开度(WGVt)。控制装置将以此方式获得的目标WGV开度(WGVt)作为操作量来对WGV6进行操作。
[0062]节气门操作用的目标空气量(KLta)的决定在目标空气量计算部16中进行。在目标空气量计算部16中，从燃烧保障部54输入有节气门操作用目标转矩(TQta)。如下文所述，燃烧保障部54根据驾驶员要求转矩(TQrgl)生成节气门操作用目标转矩(TQta)。目标空气量计算部16使用转矩-空气量转换映射图从而将节气门操作用目标转矩转换为节气门操作用的目标空气量(KLta)。节气门操作用的目标空气量(KLta)被输入至节气门开度计算部18。节气门开度计算部18使用空气逆模型并根据节气门操作用目标空气量而计算出目标节气门开度(TAt)。控制装置将以此方式获得的目标节气门开度(TAt)作为操作量来对节气门2进行操作。
[0063]燃烧保障部54中的节气门操作用目标转矩的生成以如下方式进行。首先，在燃烧保障部54中，作为信息而被供给有从目标效率计算部24输出的目标效率(n sa)和燃烧保障部26的燃烧极限保护值。在燃烧保障部54中，对所供给的目标效率和燃烧极限保护值进行比较。而且，在目标效率与燃烧极限保护值相比而较大的情况下，即，在燃烧保障部26中未对目标效率施加有限制的情况下，将驾驶员要求转矩(TQrgl)直接作为节气门操作用目标转矩(TQta)而输出。但是，在目标效率为燃烧极限保护值以下的情况下，即，在燃烧保障部26中通过燃烧极限保护值而限制了目标效率的情况下，用目标效率和燃烧极限保护值的比率除驾驶员要求转矩(TQrgl)，并将通过该计算而获得的转矩作为节气门操作用目标转矩(TQta)而输出。以此方式计算而得的节气门操作用目标转矩与在实施方式一中计算出的节气门操作用目标转矩实质相同。
[0064]根据以上方式所构成的本实施方式的控制装置，对于作为控制对象的增压发动机，能够实现与在实施方式一的控制装置中所实现的动作实质上相同的动作。即，根据本实施方式的控制装置，能够在增压发动机的转矩控制中，获得与在实施方式一的控制装置中获得的效果相同的效果。
[0065]其他
[0066]以上，虽然对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，其能够在不脱离本发明的主g的范围内实施各种改变。虽然在上述实施方式中，将本发明应用在了具备附带WGV的涡轮增压器的发动机中，但WGV只是使增压发生变化的作动器的ー个示例。只要是具有主动地使增压发生变化的作动器的增压发动机，如具备附带可变喷嘴的涡轮增压器的发动机、或具备附带驱动压缩机或者辅助压缩机旋转的电动机的增压器的发动机等，均能够应用本发明所提供的控制装置。
[0067]符号说明
[0068]2 节气门
[0069]4 点火装置
[0070]6 废气旁通阀
[0071]10要求转矩决定部
[0072]12要求效率决定部
[0073]14节气门操作用目标转矩计算部
[0074]16节气门操作用目标空气量计算部
[0075]18节气门开度计算部
[0076]20要求效率用燃烧保障部
[0077]22推断转矩计算部
[0078]24点火正时控制用目标效率计算部
[0079]26目标效率用燃烧保障部
[0080]28点火正时计算部
[0081]30 WGV操作用目标转矩计算部
[0082]32 WGV操作用目标空气量计算部
[0083]34 WGV开度计算部
[0084]50驾驶员要求转矩决定部
[0085]52 ECT要求转矩决定部
[0086]54要求转矩用燃烧保障部
【权利要求】
1.一种附带增压器的内燃机的控制装置，其为使用于附带增压器的内燃机中的控制装置，所述增压器具有主动地使增压发生变化的作动器，所述控制装置通过基于对所述内燃机的要求转矩而实施的节气门与所述作动器的协调操作，而对所述内燃机向气缸内吸入的空气量进行控制， 所述附带增压器的内燃机的控制装置的特征在于，具备: 目标空气量决定单元，其分别决定所述节气门的操作用的目标空气量和所述作动器的操作用的目标空气量； 节气门操作量决定单元，其根据所述节气门操作用目标空气量来决定所述节气门的操作量； 作动器操作量决定单元，其根据所述作动器操作用目标空气量来决定所述作动器的操作量， 所述目标空气量决定单元具备: 基准目标空气量计算单元，其将所述要求转矩中所包括的驾驶员要求转矩按照预定的转换规则而转换为空气量，并将通过该转换而得到的空气量作为成为基准的目标空气量而进行计算； 修正目标空气量计算单元，其在所述要求转矩发生变化、且在所述基准目标空气量条件下不能够实现该变化的情况下，对能够实现该变化的修正目标空气量进行计算； 作动器操作用目标空气 量决定单元，其将所述基准目标空气量决定为所述作动器操作用目标空气量； 节气门操作用目标空气量决定单元，其通常将所述基准目标空气量决定为所述节气门操作用目标空气量，而在通过所述基准目标空气量不能够实现所述要求转矩的情况下，将所述修正目标空气量决定为所述节气门操作用目标空气量。
2.如权利要求1所述的附带增压器的内燃机的控制装置，其特征在干， 所述控制装置还具备点火正时调节単元，所述点火正时调节単元在所述要求转矩发生了变化的情况下，在容许调节范围内对点火正时进行调节，以通过点火正时的变更来实现该变化， 当在所述容许调节范围内的点火正时的调节中，相对于所述要求转矩的变化而言实现转矩的变化量不足时，所述修正目标空气量计算单元对所述修正目标空气量进行计算，以通过缸内进气量的调节而对不足的转矩变化量进行补偿。
3.如权利要求2所述的附带增压器的内燃机的控制装置，其特征在干， 所述点火正时调节单元具备: 推断转矩计算单元，其基于当前的节气门开度而对在最佳点火正时的条件下所实现的推断转矩进行计算； 目标效率计算单元，其将所述要求转矩与所述推断转矩之比作为目标效率而进行计算； 点火正时决定单元，其在所述目标效率处于与所述容许调节范围相对应的范围之内的情况下，根据所述目标效率来决定点火正时，而在所述目标效率处干与所述容许调节范围相对应的范围之外的情况下，根据与所述容许调节范围的极限值相对应的极限效率来决定点火正吋。
4.如权利要求3所述的附带增压器的内燃机的控制装置，其特征在干， 所述修正目标空气量计算单元将用所述极限效率除所述要求转矩而获得的转矩按照所述转换规则而转换为空气量，并将通过该转换而得到的空气量作为所述修正目标空气量而进行计算。
5.如权利要求3所述的附带增压器的内燃机的控制装置，其特征在干， 所述修正目标空气量计算单元将用所述目标效率与所述极限效率的比率除所述驾驶员要求转矩而获得的转矩按照所述转换规则而转换为空气量，并将通过该转换而得到的空气量作为所述修正目标空气量`而进行计算。
【文档编号】F02D41/12GK103608571SQ201180071477
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2011年6月8日 优先权日:2011年6月8日
【发明者】高桥清德, 副岛慎一 申请人:丰田自动车株式会社