增压式发动机的控制装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种增压式发动机的控制装置。本发明的课题在于，在对增压式发动机的缸内吸入空气量进行预测并根据其预测值来对所述增压式发动机进行控制的控制装置中，尤其提高瞬态运行时的缸内吸入空气量的预测精度。因此，本控制装置利用增压式发动机的物理模型，并根据节气门开度的预测值来对增压的预测值进行计算，且对其补正量进行计算。在补正量的计算中，获取由增压传感器所获得的增压的计测值，并且利用增压式发动机的物理模型，并根据节气门开度的计测值来对增压的推断值进行计算。而且，对增压的计测值与推断值之间的差分进行计算，并以该差分作为增压的预测值的补正量。本控制装置根据增压的补正后的预测值和节气门开度的预测值来对缸内吸入空气量的预测值进行计算。
【专利说明】增压式发动机的控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种增压式发动机的控制装置，详细而言，涉及一种根据缸内吸入空气量的预测值而对增压式发动机进行控制的控制装置。
【背景技术】
[0002]在当今的汽车的发动机中使用了电子控制式的节气门。在具备电子控制式的节气门的发动机中，根据驾驶员的加速器操作量而决定了目标节气门开度，且根据目标节气门开度而操作节气门。此时，也可以不立即将所决定的目标节气门开度赋予到节气门，而是延迟某些时间再赋予到节气门。将这样的运算处理称为节气门延迟控制。根据节气门延迟控制，由于实际的节气门开度相对于目标节气门开度的变化而以延迟了延迟时间量的方式进行变化，因此，能够根据目标节气门开度来预测延迟时间量之后的将来的节气门开度。能够预测将来的节气门开度，在作为向进气口喷射燃料的气口喷射型发动机或兼用气口喷射和缸内直接喷射的发动机而言在提高空燃比的控制精度上是有用的。缸内吸入空气量在进气门的关闭时间点处进行确定，但是在采用实施气口喷射的发动机的情况下，燃料喷射的开始时期将在进气门的关闭时间点之前到来。因此，为了对实现目标空燃比而需要的燃料喷射量进行准确的计算，需要在燃料喷射的开始时间点处对将来确定的缸内吸入空气量进行预测。根据节气门延迟控制，由于能够根据目标节气门开度来预测将来的进气门的关闭时间点处的节气门开度，因此，能够根据该预测节气门开度来预测缸内吸入空气量。
[0003]在基于预测节气门开度而进行的缸内吸入空气量的计算中，使用了物理性地将进气通道内的空气的举动模型化的物理模型。在采用自然进气发动机的情况下，用于计算缸内吸入空气量的物理模型能够由节气门模型、进气管模型、以及进气门模型构成。节气门模型为，用于对从节气门通过的空气的流量进行计算的模型。具体而言，将以由节气门的前后的差压和节气门开度所决定的流道面积和流量系数为基础的孔口的流量式作为节气门模型而使用。进气管模型为，基于与进气管内的空气相关的守恒定律而被构建的模型。具体而言，将能量守恒定律的公式和流量守恒定律的公式作为进气管模型而使用。进气门模型为，以对进气门流量与进气管压力之间的关系进行检查的实验为基础的模型。通过利用实验而获得的经验法则，从而在进气门模型中，通过一条或多条直线而对进气门流量与进气管压力之间的关系进行了近似。
[0004]在使用了上述的物理模型的计算中，如何排除模型化误差的影响在保证缸内吸入空气量的预测精度上是比较重要的。作为提高由物理模型所获得的缸内吸入空气量的预测精度的方法的一个示例，能够举出在日本专利第3760757号公报中所公开的方法。根据在该公报中公开的方法，根据基于节气门开度而被运算出的节气门流量来计算出从当前起经过预定时间之后的第一进气管压力，并且，根据空气流量计的输出来计算出第二进气管压力。另外，通过将当前的节气门流量输入到空气流量计模型中，从而计算出包含时间延迟在内的空气流量计输出，通过该空气流量计输出，从而计算出与第二进气管压力具有相同响应的进气管压力。而且，通过从将第一进气管压力与第二进气管压力相加而得的值中减去此响应的进气管压力，从而计算出预测压力，并根据该预测压力而计算出进气门流量的推断值。通过该方法而被计算出的进气门流量的推断值与稳态运行时空气流量计的输出一致。也就是说，根据在上述公报中所公开的方法，通过对稳态运行时的模型化误差进行补偿，从而提高了缸内吸入空气量的预测精度。
[0005]使用了物理模型的缸内吸入空气量的预测方法不仅能够应用于自然进气发动机中，还能够应用于具备涡轮增压器或机械式增压器的增压式发动机中。但是，在增压式发动机和自然进气发动机中，关于节气门上游压力的前提大不相同。在采用自然进气发动机的情况下，节气门上游压力能够被视为与大气压力相等。可是，在采用增压式发动机的情况下，节气门上游压力根据压缩机的转速或节气门开度而发生变化。在进气门流量的推断中需要进行节气门流量的计算，而在节气门流量的计算中使用了节气门上游压力。图5为表示节气门下游压力相对于节气门上游压力的压力比“Pm/Pic”与节气门流量“mt”之间的关系的图。如该图所示，节气门开度从“TA1”变化至“TA2”时的节气门流量“mt”的变化的灵敏度依存于压力比“Pm/Pic”。因此，如果用于计算的节气门上游压力的精度较低，则节气门流量的计算精度将变低，进而缸内吸入空气量的预测精度也会变低。因此，在将使用了物理模型的缸内吸入空气量的预测方法应用于增压式发动机时，需要关于节气门上游压力的精度较高的信息。
[0006]增压式发动机的节气门上游压力、即增压能够通过安装于进气通道上的增压传感器来进行计测。因此，作为一种方法，考虑到获取由增压传感器所获得的增压的计测值，并将其输入到物理模型中。但是，在该方法中，在缸内吸入空气量的预测精度、特别是发动机的瞬态运行时的预测精度这一点上存在问题。相对于通过物理模型而被计算出的缸内吸入空气量为将来的预测值这一点而言，由增压传感器所获得的增压为当前时间点处的计测值。在发动机的瞬态运行时，由于节气门或旁通阀等的作动器的动作，增压将大幅变化。因此，能够容易地产生增压在从增压的计测时间点起至缸内吸入空气量的预测时间点为止的期间内发生变化的状况。在该情况下，在缸内吸入空气量的预测值与实际值(进气门的关闭时间点处的实际值)之间，会对应于增压发生变化的量而产生误差。
[0007]另一方面，如果利用前文所述的物理模型，则能够根据预测节气门开度来对将来的增压进行预测。如果能够预测出进气门的关闭时间点处的增压，则能够根据该预测值和预测节气门开度来获得缸内吸入空气量的预测值。但是，在通过物理模型而进行的计算中，能够包含由于物理模型制作时的适当误差、发动机结构部件的制造偏差、环境变化或伴随年月经过的变化、作动器的磁滞误差等的各种各样的原因而产生的模型化误差。因此，在根据由物理模型所获得的增压的预测值来对缸内吸入空气量的预测值进行计算的情况下，有可能在缸内吸入空气量的预测值与实际值(进气门的关闭时间点处的实际值)之间产生因模型化误差所引起的误差。
[0008]如上所述，为了利用物理模型而高精度地对增压式发动机的缸内吸入空气量进行预测，需要与根据发动机的运行状态而发生变化的增压相关的信息。但是，即使仅仅输入由增压传感器所获得的增压的计测值、或者即使仅仅输入由物理模型所获得的增压的预测值，但仅此将难以高精度地预测出缸内吸入空气量，尤其是预测瞬态运行时的缸内吸入空气量。
[0009]在先技术文献[0010]专利文献
[0011]专利文献1:日本专利第3760757号公报。
【发明内容】
[0012]本发明的课题在于，在对增压式发动机的缸内吸入空气量进行预测并根据该预测值来对增压式发动机进行控制的控制装置中，尤其提高瞬态运行时的缸内吸入空气量的预测精度。作为用于实现这样的课题的研究，在本发明中，在缸内吸入空气量的预测值的计算中使用由物理模型所获得的增压的预测值，而为了对包含于该预测至中的模型化误差进行补偿，使用由增压传感器所获得的增压的计测值。也就是说，相互补充性地利用由增压传感器所获得的增压的计测值与由物理模型所获得的增压的预测值。
[0013]具体而言，根据本发明的一个方式，本控制装置获取当前时间点的预定时间后的时间点处的节气门开度的预测值。而且，利用增压式发动机的物理模型，并根据节气门开度的预测值来对增压的预测值进行计算。另外，与此并行，本控制装置获取由增压传感器所获得的增压的计测值，并且获取由节气门开度传感器所获得的节气门开度的计测值，利用所述物理模型，并根据节气门开度的计测值来对增压的推断值进行计算。由于由增压传感器所获得的增压的计测值与由物理模型所获得的增压的推断值均为相同时刻处的增压信息，因此，理论上两者应该一致。如果在两者之间产生差分，则可以说该差分是由模型化误差所引起的。本控制装置对增压的计测值与推断值之间的差分进行计算，并以该差分作为补正量而对增压的所述预测值进行补正。在计算上，被补正后的增压的预测值在稳态运行时与增压的计测值相等。这表示被包含于增压的预测值中的压力误差通过以所述补正量进行的补正而被补偿。本控制装置根据以这种方式被补正后的增压的预测值和节气门开度的预测值来对缸内吸入空气量的预测值进行计算。
[0014]在对缸内吸入空气量的预测值进行计算的过程中，能够将由流量传感器所获得的进气流量的计测值作为用于补偿模型化误差的附加的信息来使用。在该情况下，本控制装置利用构成所述物理模型的一部分的第一子模型，并根据增压的补正后的预测值和节气门开度的预测值来对进气歧管压力的预测值进行计算。另外，获取由流量传感器所获得的进气流量的计测值，且利用构成所述物理模型的一部分的第二子模型，并根据进气流量的计测值来对进气歧管压力的第一推断值进行计算。而且，本控制装置利用流量传感器的响应模型和第二子模型，并根据通过所述物理模型而计算出的预定的进气通道内流量(例如压缩机流量)的值来对进气管压力的第二推断值进行计算。流量传感器的响应模型为，将由流量传感器所获得的进气流量的计测值相对于实际值的响应延迟模型化而得的模型。因此，在流量传感器的响应模型中对通过物理模型而计算出的进气通道内流量进行了处理的值理论上应当与由流量传感器所获得的进气流量的计测值一致。而且，根据这些值而被计算出的进气管压力的第一推断值和第二推断值在理论上也应当相互一致。如果在进气管压力的第一推断值与第二推断值之间产生差分，则可以说，其原因在于因模型化误差所引起的流量误差。本控制装置对进气管压力的第一推断值与第二推断值之间的差分进行计算，并以该差分作为补正量而对进气管压力的预测值进行补正。本控制装置根据以这种方式被补正后的进气管压力的预测值来对缸内吸入空气量的预测值进行计算。
[0015]虽然通过上述的补正而对因模型化误差所引起的流量误差进行了补偿，但是，在增压的计测值与推断值之间产生了误差的状况下，进气管压力的被补正后的预测值与第一推断值在稳态运行时有可能不完全一致。如果进一步提高缸内吸入空气量的预测精度，则优选为，在上述的计算处理之外，还附加实施接下来的计算处理。根据该附加处理，本控制装置利用所述第一子模型，并根据增压的计测值和节气门开度的计测值来对进气管压力的第三推断值进行计算。而且，对进气歧管压力的第三推断值、与在对增压的推断值进行计算的过程中通过所述物理模型而计算出的进气歧管压力的第四推断值之间的差分进行计算，并以该差分作为补正量而对进气歧管压力的补正后的预测值进一步进行补正。通过该补正，从而在稳态运行时进气管压力的预测值将与第三推断值抵消，进气管压力的第二推断值将与第四推断值抵消。其结果为，在计算上，补正后的进气管压力的预测值与基于由流量传感器所获得的计测值的第一推断值相等。这表示通过补正而对因模型化误差所引起的流量误差与压力误差这两方进行了补偿。本控制装置根据以这种方式被补正后的进气管压力的预测值来对缸内吸入空气量的预测值进行计算。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为表示在本发明的实施方式的增压式发动机的控制装置中所使用的缸内吸入空气量预测模型的框图。
[0017]图2为表示在本发明的实施方式的增压式发动机的控制装置中所使用的缸内吸入空气量预测模型的框图。
[0018]图3为表示在本发明的实施方式的增压式发动机的控制装置中所使用的缸内吸入空气量预测模型的框图。
[0019]图4为表示在本发明的实施方式的增压式发动机的控制装置中所使用的缸内吸入空气量预测模型的框图。
[0020]图5为表示节气门开度的刚刚变化之后节气门流量的变化的灵敏度依存于节气门前后压力比的情况的图。
【具体实施方式】
[0021 ] 参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
[0022]应用了本实施方式的控制装置的增压式发动机为，通过由节气门对空气量的调节而对转矩进行控制的火花点火式的四循环往复式发动机。本实施方式的增压式发动机所具备的增压器为，通过被配置于排气通道上的涡轮的旋转而对被配置于进气通道上的压缩机进行驱动的涡轮式的增压器。在涡轮上，附加设置有能够主动地对其开度进行控制的旁通阀。在压缩机与节气门之间，设置有通过压缩机的压缩而对温度上升了的空气进行冷却的内部冷却器。另外，本实施方式的增压式发动机也为向各气缸的进气口喷射燃料的气口喷射型的发动机。
[0023]本实施方式的控制装置作为对增压式发动机进行控制的E⑶(ElectronicControl Unit:电子控制单元)的功能的一部分而被实现。在E⑶中，从作为流量传感器的空气流量计、增压传感器、节气门开度传感器等的各种传感器而被输入有关于发动机的运行状态或运行条件的各种各样的信息或信号。ECU根据这些信息或信号而对节气门或者旁通阀等的各种作动器进行操作。[0024]作为控制装置的ECU具有对缸内吸入空气量进行预测的功能。在采用气口喷射型发动机的情况下，必须在进气门闭阀并确定缸内吸入空气量之前对所需要的燃料喷射量进行计算并开始进行燃料喷射。因此，在对燃料喷射量进行计算的时间点上，需要对将来确定的缸内吸入空气量进行预测。在ECU对缸内吸入空气量的预测中，使用了被程序化的缸内吸入空气量预测模型。缸内吸入空气量预测模型为物理性地对增压式发动机中的空气的动作进行模型化而得的模型，其概要内容通过图1、图2、图3以及图4的各个框图来表示。
[0025]如图1至图4所示，在本实施方式中所使用的缸内吸入空气量预测模型通过由符号2、4、6、8、10、12、14、16、18所示的八个计算组块而构成。以下，从图1起依次对各图所示的计算组块的结构和功能进行说明。
[0026]在图1中，图示了三个计算组块2、4、6。计算组块2为，用于根据节气门开度的预测值而对将来的时间点上的增压的预测值进行计算的计算组块。节气门开度的预测值在由ECU另外实施的节气门延迟控制中，从根据加速踏板操作量而决定的目标节气门开度中被预读。在本实施方式中，将与当前时间点相比在预定控制周期量之后的时间点处的节气门开度设为根据目标节气门开度而被预测出的节气门开度。
[0027]计算组块2为一个物理模型，并由多个要素模型即涡轮转速模型Ml、压缩机模型M2、内部冷却器模型M3、节气门模型M4、进气管模型M5、以及进气门模型M6构成。以下，对计算组块2所具备的这些要素模型的内容进行说明。但是，这些要素模型分别是公知的，另夕卜，由于其自身并非本发明中的特征点，因此对于数学式或映射图等的各个要素模型的详细情况省略了记载。
[0028]涡轮转速模型Ml为涡轮增压器的旋转举动的模型，其使进气门流量、旁通阀开度和涡轮转速之间成立的关系模型化。涡轮转速模型Ml由基于数学式或者实验数据的映射图构成。在涡轮转速模型Ml中，被输入有根据旁通阀的操作量而被推断出的旁通阀开度“wgv”、和后文叙述的进气门模型M6中所计算出的进气门流量“me”，并根据这些输入信息而计算出涡轮转速“Ntb”。
[0029]压缩机模型M2为涡轮增压器的压缩机的模型，其使涡轮转速、增压和压缩机流量之间成立的关系模型化。压缩机模型M2由基于数学式或者实验数据的映射图构成。在压缩机模型M2中被输入有，由涡轮转速模型Ml计算出的涡轮转速“Ntb”、和由后文叙述的内部冷却器模型M3计算出的增压“Pic (epicvlv) ”等的信息，并根据这些输入信息而计算出压缩机流量“mcp”。并且，被标记了作为表示增压的符号的“Pic”的“印icvlv”为，用于与其他在计算组块内被计算的增压进行区别的符号。在图中以及本说明书内，关于增压以外的其他的参数，也根据需要而标记这种区别用的符号、或者仅以这种区别用的符号来表示参数的内容。
[0030]内部冷却器模型M3为，基于与进气通道中的内部冷却器内的空气相关的守恒定律而被构建的物理模型。作为内部冷却器模型M3，具体而言，使用了能量守恒定律的公式和流量守恒定律的公式。在内部冷却器模型M3中被输入有，在压缩机模型M2中计算出的压缩机流量“mcp”和在后文叙述的节气门模型M4中计算出的节气门流量“mt”等的信息，并根据这些输入信息来计算出作为节气门上游压力的增压“Pic”。
[0031]节气门模型M4为，用于对通过节气门的空气的流量进行计算的模型，具体而言，使用了以节气门的前后的差压、由节气门开度决定的流道面积、以及以流量系数为基础的孔口的流量式。在节气门模型M4中被输入有，通过节气门延迟控制而先被读取的节气门开度预测值“etaO”、在内部冷却器模型M3中计算出的增压“Pic”、以及在后文叙述的进气管模型M5中计算出的进气管压力“Pm(epmvlv) ”等的信息，并根据这些输入信息来计算出节气门流量“mt”。
[0032]进气管模型M5为，基于与进气管内的空气有关的守恒定律而被构建的物理模型。作为进气管模型M5，具体而言，使用了能量守恒定律的公式和流量守恒定律的公式。在进气管模型M5中被输入有，在节气门模型M4中计算出的节气门流量“mt”、以及在后文叙述的进气门模型M6中计算出的进气门流量“me”等的信息，并根据输入信息来计算出进气管压力“Pm”。
[0033]进气门模型M6为，以对进气门流量与进气管压力之间的关系进行了检查的实验为基础的模型。根据通过实验而获得的经验法则，在进气门模型M6中，通过直线而对吸入空气量与进气管压力之间关系进行了近似。该直线的方程式的系数不是常数，而是由发动机转速、旁通阀开度、进气门的配气相位正时、排气门的配气相位正时等而决定的变数。在进气门模型M6中，除了在进气管模型M5中计算出的进气管压力“Pm”之外，还被输入有发动机转速“NE”、旁通阀开度“wgv”、进气门的配气相位正时“ InVT ”、排气门的配气相位正时“ExVT”等信息，并根据这些输入信息来计算出进气门流量“me (eklvlv) ”。
[0034]E⑶在通过计算组块2而计算出的各种参数中，读取在内部冷却器模型M3中计算出的增压“epicvlv”。该增压“epicvlv”为根据节气门开度的预测值“etaO”而计算出的数值，且为预定控制周期量之后的将来的时间点处的增压的预测值。ECU将读取的增压预测值“印icvlv”输入后文所述的计算组块6。
[0035]计算组块4为用于根据由节气门开度传感器获得的节气门开度的计测值来对当前时间点处的增压的推断值进行计算的计算组块。计算组块4为与前文所述的计算组块2相同结构的物理模型，并由涡轮转速模型Ml、压缩机模型M2、内部冷却器模型M3、节气门模型M4、进气管模型M5以及进气门模型M6构成。这些要素模型Ml、M2、M3、M4、M5、M6之间的信息的输入输出与计算组块2中的输入输出是共通的。但是，在计算组块4中，由节气门开度传感器所获得的节气门开度的计测值“TA”被输入到节气门模型M4中。
[0036]E⑶在通过计算组块4而计算出的各种参数中，读取在内部冷却器模型M3中计算出的增压“印iccrt”、在进气管模型M5中计算出的进气管压力“印mcrt”、在压缩机模型M2中计算出的压缩机流量“mcpcrt”。增压“epiccrt”为根据当前时间点的节气门开度的计测值“TA”而计算出的数值，且为当前时间点处的增压的推断值。同样，进气管压力“epmcrt”为当前时间点处的进气管压力的推断值，压缩机流量“mcpcrt”为当前时间点处的压缩机流量的推断值。E⑶将读取的增压推断值“epiccrt”输入到接下来说明的计算组块6中，将进气管压力推断值“epmcrt”输入到后文叙述的计算组块14中，将压缩机流量推断值“mcpcrt”输入到后文叙述的计算组块18中。
[0037]除了在计算组块2中计算出的增压预测值“epicvlv”和在计算组块4中计算出的增压推断值“epiccrt”之外，计算组块6中还被输入有由增压传感器所获得的增压的计测值“gapic”。在计算组块6中，计算出了增压计测值“gapic”和增压推断值“epiccrt”之间的差分，该差分被相加在增压预测值“印icvlv”上。补正后的增压预测值“印icvlv2”通过如下的式(I)来表示。[0038][数学式I]
[0039]epicvlv2 = epicvlv+(gapic-epiccrt)...式(I)
[0040]由增压传感器所获得的增压计测值“gapic”和在计算组块4中计算出的增压推断值“印iccrt”均表示了相同时刻处的增压。因此，理论上二者应该一致，但是，在构成计算组块4的物理模型具有模型化误差的情况下，在增压计测值“gapic”与增压推断值“印iccrt”之间会产生差分。该差分无论稳态或瞬态，都能够作为对于模型化误差的补正量来利用。在式(I)中，将该差分作为补正量而对增压预测值“印icvlv”进行了补正。在稳态运行时，由于节气门开度的计测值“TA”与预测值“etaO”相等，因此，增压预测值“epicvlv”与增压推断值“印iccrt”一致。其结果为，由式(I)可知，在稳态运行时，能够使补正后的增压预测值“epicvlv”与增压计测值“gapic” 一致。由此，即使在瞬态运行时，也能够防止增压预测值大幅偏差于实际值的情况，从而提高了缸内吸入空气量预测中的对于模型化误差的鲁棒性。
[0041]E⑶读取在计算组块6中计算出的补正后的增压预测值“epiCVlV2”，并输入到图2所示的计算组块8中。
[0042]在图2中，表示了四个计算组块8、10、12、14。计算组块8为用于根据补正后的增压预测值和节气门开度的预测值来对进气管压力的预测值进行计算的计算组块。计算组块8为构成计算组块2的物理模型的一部分的子模型(第一子模型)，并由节气门模型M4、进气管模型M5、以及进气门模型M6构成。这些要素模型M4、M5、M6之间的信息的输入输出与计算组块2中的信息的输入输出是共通的。但是，在计算组块8中，补正后的增压预测值“epicvlv2”和节气门开度预测值“etaO”被输入到节气门模型M4中。
[0043]ECU在通过计算组块8而计算出的各种参数中，读取在进气管模型M5中计算出的进气管压力“印mvlv2”。该进气管压力“印mvlv2”为根据节气门开度的预测值“etaO”和增压的预测值“epicvlv”而计算出的数值，且为预定控制周期量之后的将来的时间点处的进气管压力的预测值。ECU将所读取的进气管压力预测值“epmvlv2”输入到后文叙述的计算组块10中。
[0044]除了在计算组块8中计算出的进气管压力预测值“印mvlv2”之外，在计算组块10中还被输入有，在后文叙述的计算组块16中计算出的进气管压力推断值“印mafm”和在后文叙述的计算组块18中计算出的进气管压力推断值“epmcrtsm”。在计算组块10中，计算出作为第一推断值的进气管压力推断值“印mafm”和作为第二推断值的进气管压力推断值“印mcrtsm”之间的差分，并将该差分相加在进气管压力预测值“印mvlv2”上。
[0045]在此，通过图3而图示了计算组块16的结构。计算组块16为，用于根据由空气流量计所获得的进气流量的计测值来对进气管压力的推断值进行计算的计算组块。计算组块16为构成计算组块2的物理模型的一部分的子模型(第二子模型)，并由内部冷却器模型M3、节气门模型M4、进气管模型M5、以及进气门模型M6构成。这些要素模型M3、M4、M5、M6之间的信息的输入输出与计算组块2中的信息的输入输出是共通的。但是，在计算组块16中，由空气流量计所获得的进气流量的计测值“egaafm”被输入到内部冷却器模型M3中。而且，根据进气流量计测值“egaafm”而计算出当前时间点处的进气管压力推断值“印mafm”。
[0046]图4图示了计算组块18的结构。计算组块18为，根据由物理模型推断出的空气流量计的输出值来对进气管压力的推断值进行计算的计算组块。计算组块18除了包括前文所述的计算组块16所具备的内部冷却器模型M3、节气门模型M4、进气管模型M5以及进气门模型M6之外，还包括空气流量计模型M7。空气流量计具有基于固有的响应特性的响应延迟。空气流量计模型M7为模拟空气流量计的响应特性的模型，且对于被输入的进气通道内流量实施了与空气流量计的响应延迟量相对应的延迟处理。在计算组块18的空气流量计模型M7中，被输入有在计算组块4的压缩机模型M2中计算出的压缩机流量“mcpcrt”。在空气流量计模型M7中被延迟处理后的压缩机流量“mcpcrtsm”被输入到内部冷却器模型M3中。在计算组块18中，根据延迟处理后的压缩机流量“mcpcrtsm”而计算出当前时间点处的进气管压力推断值“epmcrtsm”。
[0047]在计算组块18中计算出的延迟处理后的压缩机流量“mcpcrtsm”理论上应当与由空气流量计所获得的进气流量的计测值“egaafm” 一致。但是，实际上，在延迟处理后的压缩机流量“mcpcrtsm”与进气流量计测值“egaafm”之间，存在因模型化误差而引起的流量误差。因此，在计算组块16中计算出的进气管压力推断值“印mafm”、与在计算组块18中计算出的进气管压力推断值“印mcrtsm”之间会产生差分。该差分能够被视为，将延迟处理后的压缩机流量“mcpcrtsm”相对于进气流量计测值“egaafm”所具有的流量误差换算成进气管压力的误差所得到的值。在图2所示的计算组块10中，将上述的差分作为补正量而相加在进气管压力预测值“印mvlv2”上。补正后的进气管压力预测值“印mfwd”通过下式(2)来表示。
[0048][数学式2]
[0049]epmfwd = epmvlv2+(epmafm-epmcrtsm)...式(2)
[0050]E⑶将在计算组块10中计算出的补正后的进气管压力预测值“印mfwd”输入到计算组块14中。
[0051]在计算组块14中，除了在计算组块10中计算出的补正后的进气管压力预测值“epmfwd”之外，还被输入有在后文叙述的计算组块12中计算出的进气管压力推断值“epmcrt2”、和在计算组块4的进气管模型M5中计算出的进气管压力推断值“epmcrt”。在计算组块14中，计算出作为第三推断值的进气管压力推断值“epmCrt2”和作为第四推断值的进气管压力推断值“印mcrt”之间的差分，且该差分从补正后的进气管压力预测值“epmfwd”中被减去。
[0052]计算组块12为，用于根据由增压传感器所获得的增压的计测值和由节气门开度传感器所获得的节气门开度的计测值来对进气管压力的推断值进行计算的计算组块。计算组块12为与前文所述的计算组块8相同结构的子模型，且由节气门模型M4、进气管模型M5、以及进气门模型M6构成。这些要素模型M4、M5、M6之间的信息的输入输出与计算组块8中的信息的输入输出是共通的。但是，在计算组块12中，增压计测值“gapic”和节气门开度计测值“TA”被输入到节气门模型M4中。而且，根据这些信息，计算出当前时间点处的进气管压力推断值“印mcrt2”。
[0053] 在由增压传感器所获得的增压计测值“gapic”与在计算组块4中计算出的增压推断值“epiccrt”之间产生了误差的状况下，在被输入计算组块14中的进气管压力推断值“ epmcrt2 ”与进气管压力推断值“ ^mcrt ”之间也将产生差分。该差分能够被视为，将增压推断值“印iccrt”相对于增压计测值“gapic”而具有的误差换算成进气管压力的误差所得到的值。在计算组块14中，将上述差分作为补正量而从进气管压力预测值“印mfwd”中减去。再次补正后的进气管压力预测值“印mfVd2”通过下式(3)来表示。
[0054][数学式3]
[0055]epmfwd2 = epmvlv2+(epmafm-epmcrtsm)-(epmcrt2-epmcrt) …式(3)
[0056]由于在稳态运行时，节气门开度的计测值“TA”与预测值“etaO”相等，此外，增压预测值“epicvlv”与增压计测值“gapic”相等，因此，利用相同结构的模型而被计算出的进气管压力预测值“印mvlv2”与作为第三推断值的进气管压力推断值“印mcrt2” 一致。另外，由于在稳态运行时，在计算组块18中计算出的增压推断值“epiccrtsm”与在计算组块4中计算出的增压推断值“epiccrt”相等，因此，作为第二推断值的进气管压力推断值“印mcrtsm”与作为第四推断值的进气管压力推断值“印mcrt”一致。其结果为，由式(3)可知，在稳态运行时，能够使再次补正后的进气管压力预测值“epmfVd2”与基于由空气流量计所获得的计测值的进气管压力推断值“印mafm” 一致。由此，即使在瞬态运行时，也能够防止进气管压力预测值大幅偏离实际值的情况，从而进一步提高了缸内吸入空气量预测对于模型化误差的鲁棒性。
[0057]E⑶将在计算组块14中计算出的再次补正后的进气管压力预测值“印mfwd2”输入到进气门模型M6中。在进气门模型M6中，根据再次补正后的进气管压力预测值“印mfwd2”而计算出进气门流量“eklfwd2”。该进气门流量“eklfwd2”为，预定控制周期量之后的将来的时间点处的进气门流量的预测值。ECU在燃料喷射量的计算正时到来时，根据进气门流量预测值“eklfwd2”而计算出在进气门的闭阀时间点处被预测出的缸内吸入空气量。而且，利用缸内吸入空 气量的预测值和目标空燃比而对所需的燃料喷射量进行计算。
[0058]其他.[0059]本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种各样的改变而实施。例如，在上述的实施方式中所使用的要素模型也可以将其中的几个模型整合起来设为一个模型。另外，本发明不仅能够应用于气口喷射型发动机中，还能够应用于可兼用气口喷射和缸内直接喷射这两种情况的发动机中。另外，不仅可以将本发明应用于具备涡轮增压器的增压式发动机中，还能够将本发明应用于具备机械式增压器的增压式发动机中。
[0060]符号说明
[0061]2、4、6、8、10、12、14、16、18 计算组块
[0062]Ml涡轮转速模型
[0063]M2压缩机模型
[0064]M3内部冷却器模型
[0065]M4节气门模型
[0066]M5进气歧管模型
[0067]M6进气门模型
[0068]M7空气流量计模型
【权利要求】
1.一种增压式发动机的控制装置，其对增压式发动机的缸内吸入空气量进行预测，并根据其预测值来对所述增压式发动机进行控制，所述增压式发动机的控制装置的特征在于， 具备: 获取当前时间点的预定时间后的时间点处的节气门开度的预测值的单元； 利用所述增压式发动机的物理模型，并根据节气门开度的所述预测值来对增压的预测值进行计算的单元； 获取由增压传感器所获得的增压的计测值的单元； 获取由节气门开度传感器所获得的节气门开度的计测值的单元； 利用所述物理模型，并根据节气门开度的所述计测值来对增压的推断值进行计算的单元; 对增压的所述计测值与所述推断值之间的差分进行计算，并以该差分作为补正量而对增压的所述预测值进行补正的单元； 根据增压的所述补正后的预测值和节气门开度的所述预测值来对缸内吸入空气量的所述预测值进行计算的单元。
2.如权利要求1所述的增压式发动机的控制装置，其特征在于， 所述对缸内吸入空气量的预测值进行计算的单元具备: 利用构成所述物理模型的一部分的第一子模型，并根据增压的所述补正后的预测值和节气门开度的所述预测值来对进气歧管压力的预测值进行计算的单元； 获取由流量传感器所获得的进气流量的计测值的单元； 利用构成所述物理模型的一部分的第二子模型，并根据进气流量的所述计测值来对进气歧管压力的第一推断值进行计算的单元； 利用所述流量传感器的响应模型和所述第二子模型，并根据在对增压的所述推断值进行计算的过程中通过所述物理模型而计算出的预定的进气通路内流量的值来对进气歧管压力的第二推断值进行计算的单元； 对进气歧管压力的所述第一推断值与所述第二推断值之间的差分进行计算，并以该差分作为补正量而对进气歧管压力的所述预测值进行补正的单元， 所述对缸内吸入空气量的预测值进行计算的单元被构成为，根据进气歧管压力的所述补正后的预测值来对缸内吸入空气量的所述预测值进行计算。
3.如权利要求2所述的增压式发动机的控制装置，其特征在于， 所述对缸内吸入空气量的预测值进行计算的单元还具备: 利用所述第一子模型，并根据增压的所述计测值和节气门开度的所述计测值来对进气歧管压力的第三推断值进行计算的单元； 对进气歧管压力的所述第三推断值、与在对增压的所述推断值进行计算的过程中通过所述物理模型而计算出的进气歧管压力的第四推断值之间的差分进行计算，并以该差分作为补正量而对进气歧管压力的所述补正后的预测值进一步进行补正的单元， 所述对缸内吸入空气量的预测值进行计算的单元被构成为，根据进气歧管压力的所述进一步补正后的预测值来对缸内吸入空气量的所述预测值进行计算。
【文档编号】F02D41/18GK103987947SQ201180075370
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2011年12月7日 优先权日:2011年12月7日
【发明者】胜俣真知子, 森口龙太郎 申请人:丰田自动车株式会社