附带涡轮增压器的内燃机的控制装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种附带涡轮增压器的内燃机的控制装置，本发明的目的在于，在通过基于目标状态量与实际状态量之间的偏差而实施的反馈控制来决定对汽轮机的转速进行作用的作动器的操作量的附带涡轮增压器的内燃机的控制装置中，提高在过渡状态下的增压的控制性。为了该目的，本发明所涉及的控制装置通过基于目标吸入空气量而实施的前馈控制来决定节气门的开度，并且通过基于目标进气压与实际进气压之间的偏差而实施的反馈控制来决定作动器的操作量，其中，所述目标进气压是根据所述目标吸入空气量来决定的。
【专利说明】附带涡轮増压器的内燃机的控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种附带涡轮增压器的内燃机的控制装置，尤其涉及一种通过基于目标状态量与实际状态量之间的偏差而实施的反馈控制来决定对汽轮机的转速进行作用的作动器、即对增压进行作用的作动器的操作量的控制装置。
【背景技术】
[0002]已知一种通过作动器的操作而对附带涡轮增压器的内燃机的增压进行控制的技术。例如在下述的专利文献I所记载的技术中，在可变容量型附带涡轮增压器的内燃机中，通过利用基于目标增压与实际增压之间的偏差而实施的反馈控制来决定可变喷嘴的开度，从而获得能够达成目标增压的可变喷嘴开度。另外，还已知一种在具有排气泄压阀的附带涡轮增压器的内燃机中，通过基于目标增压与实际增压之间的偏差而实施的反馈控制来决定排气泄压阀的开度的技术。如上文所述，通过利用增压反馈控制来决定作动器操作量，从而能够将内燃机的增压维持于与运转状态对应的最佳值。
[0003]在增压反馈控制中，如可变喷嘴或排气泄压阀这种对增压进行作用的作动器将被操作。通过利用这些作动器而使汽轮机的转速发生变化从而压缩机相对于空气的压缩作用发生变化，进而增压发生变化。但是，在增压中不仅受到这些作动器的影响，还会受到节气门的影响。例如，在节气门以较快的速度关闭的情况下，由于空气的流道节流从而作为节气门上游的压力的增压将上升。此时，为了使相对于目标增压而变高的实际增压下降，从而通过增压反馈控制而向使汽轮机转速下降的方向对作动器进行操作。由此使汽轮机转速下降从而使增压下降。
[0004]但是，在向使汽轮机转速再次上升的方向对作动器进行操作的情况下，一度下降了的汽轮机转速在再次上升之前需要花费时间。因此，即使根据再次加速的要求而使节气门被再次打开，由于暂时下降了的增压并不会立即上升，因此不能获得再次加速所需的吸入空气量。也就是说，不能获得所需的加速性能。
[0005]关于这一点，在专利文献I中所记载的技术中，在内燃机的运转状态成为减速状态的情况下，为了提高再次加速时的增压而停止增压反馈控制。在下述的专利文献2中也记载有同样的技术。根据专利文献2所记载的技术，虽然在通常的低负载状态下排气泄压阀被设为全开，但是在处于车辆加速的可能性较高的状态时，无论是否处于低负载状态排气泄压阀均强制性地被关闭。
[0006]根据专利文献I所记载的技术，能够防止加速时的增压的下降且提高加速灵敏度。但是，在重新开始一度停止了的增压反馈控制的情况下，根据重新开始时的目标增压与实际增压之差或重新开始时的作动器操作量，并通过增压反馈控制的作用而有可能使增压急剧地变化。也就是说，在现有的增压反馈控制中，关于增压的控制性尚存在改善的余地。
[0007]在先技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开2004-092477号公报
[0010]专利文献2:日本特开2008-014289号公报
【发明内容】
[0011]本发明是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于，在通过基于目标状态量与实际状态量之间的偏差而实施的反馈控制来决定对增压进行作用的作动器的操作量的附带涡轮增压器的内燃机的控制装置中，提高在过渡状态下的增压的控制性。
[0012]为了达成上述的目的，本发明所涉及的控制装置通过基于目标吸入空气量而实施的前馈控制来决定节气门的开度，并且通过基于目标进气压与实际进气压之间的偏差而实施的反馈控制、即进气压反馈控制来决定对增压进行作用的作动器的操作量，其中，所述目标进气压是根据该目标吸入空气量来决定的。在进气压反馈控制中所使用的实际进气压可以为使用进气压传感器所计测出的计测值，也可以为使用物理模型而推断出的推断值。
[0013]由于进气压相对于节气门的开度的变化的响应性较高，因此实际进气压追随着目标进气压而变化。因此，即使处于节气门的开度急剧变化的过渡状态但目标进气压与实际进气压的背离也会较小。由此，通过利用进气压反馈控制来决定作动器操作量，从而能够防止由于节气门的开度的急剧变化的影响而使作动器操作量发生变动的情况，进而能够抑制发生增压的不足或过剩的情况。
[0014]在本发明所涉及的控制装置的优选方式中，本发明所涉及的控制装置在并非过渡状态的恒定状态下，通过基于目标增压与实际增压之间的偏差而实施的反馈控制、即增压反馈控制来决定作动器的操作量，其中所述目标增压是根据目标进气压来决定的。在增压反馈控制中所使用的实际增压可以为使用增压传感器而计测出的计测值，也可以为使用物理模型而推断出的推断值。而且，在增压较大程度地变动的过渡状态下，代替增压反馈控制而选择进气压反馈控制，并通过进气压反馈控制来决定作动器的操作量。由此，能够在较高地维持通常状态下的增压的控制性的同时提高在过渡状态下的增压的控制性。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为表示本发明的实施方式I所涉及的控制装置的结构的功能框图。
[0016]图2为表示由图2所示的控制装置实施的进气压反馈控制的控制结果的图像的时序图。
[0017]图3为表示现有的增压反馈控制的控制结果的图像的时序图。
[0018]图4为表示本发明的实施方式2所涉及的控制装置的结构的功能框图。
[0019]图5为表示由图4所示的控制装置实施的反馈控制方法的选择的判断的流程图。
[0020]图6为表示本发明的实施方式3所涉及的控制装置的结构的功能框图。
[0021]图7为表示本发明的实施方式4所涉及的控制装置的结构的功能框图。
【具体实施方式】
[0022]实施方式I
[0023]以下，参照附图对本发明的实施方式I进行说明。
[0024]本实施方式所涉及的控制装置应用于具备涡轮增压器的火花点火式的四循环往复式发动机中。在该内燃机的进气通道上安装有电子控制式的节气门，在排气通道上安装有排气泄压阀。另外，在进气通道上的节气门的下游处安装有用于对进气压进行计测的进气压传感器。
[0025]内燃机的运转被车载EQJ(Electronic Control Unit:电子控制单元)所控制。ECU具备车辆控制、发动机控制、变速器控制等的各种功能。本实施方式所涉及的控制装置作为ECU所具备的功能的一部分而被实现。ECU中从包括进气压传感器在内的各种传感器被输入有与内燃机的运转状态和运转条件相关的各种信息。在ECU作为本实施方式所涉及的控制装置而发挥功能的情况下，ECU依照被存储于存储器中的控制程序而对节气门进行操作，并对排气泄压阀进行操作。通过对排气泄压阀进行操作从而对增压器的汽轮机的转速进行控制，由此能够对增压进行控制。而且，通过对节气门进行操作从而对进气压进行控制，由此能够对被吸入至缸内的空气量进行控制。
[0026]图1为表示依照控制程序而ECUlO发挥功能从而实现的控制装置的结构的功能框图。本实施方式所涉及的控制装置具备:用于决定节气门2的操作量的节气门控制单元110、用于决定排气泄压阀4的操作量的排气泄压阀控制单元120。两个控制单元110、120分别由多个运算元件构成。一部分的运算元件在两个控制单元110、120之间被共享。
[0027]节气门控制单元110由运算元件101、104、105、106以及107构成。运算元件101将目标吸入空气量转换为目标进气压。在目标吸入空气量向目标进气压的转换中使用映射图或函数式。另外，在图中将吸入空气量标记为KL，并将进气压标记为PM。
[0028]目标吸入空气量是根据针对内燃机的要求转矩而被决定的。在要求转矩中包括根据加速踏板开度来决定的驾驶员要求转矩和由多个车载系统所要求的系统要求转矩。在系统要求转矩中包括用于牵引控制的转矩、用于侧滑防止控制的转矩、用于电子控制式自动变速器的变速控制的转矩等各种转矩。作为系统要求转矩，存在要求以脉冲状而变化的转矩的情况。例如在电子控制式自动变速器的升档时要求向转矩减小的方向以脉冲状而变化的转矩。在要求转矩的波形中包含脉冲成分的情况下，该波形被反映到根据要求转矩而被决定的目标吸入空气量的波形上。
[0029]运算元件104对大气压与目标进气压的差压进行计算。作为在计算中所使用的大气压，优选为使用大气压传感器而被计测出的实际大气压。但是，在不具备大气压传感器的情况下，也可以将标准大气压作为既定值而存储于存储器中，并在计算中使用标准大气压。由运算元件104计算出的大气压与目标进气压的差压被输入至运算元件105。运算元件105在所输入的差压的值为零以上时就此输出该差压的值，而在差压的值小于零时则代替差压的值而输出零。运算元件105的输出值被输入至运算元件106。运算元件105在运算元件106的输出值上加上储备压，并将该总计值作为目标差压而输出。目标差压为增压与进气压的差压的目标值，储备压为增压相对于进气压的最低限度的余量。此外，虽然储备压可以为固定值，但是也能够如后文所述那样以与目标进气压连动的方式能动性地变化。
[0030]由运算元件106计算出的目标差压与目标吸入空气量一起被输入至运算元件107。运算元件107以目标差压作为前提而对用于实现目标吸入空气量的节气门开度进行计算。在节气门开度的计算中使用空气模型的反模型。空气模型为，将相对于节气门的动作的、进气通道内的压力和流量的流动特性模型化了的物理模型。节气门控制单元110将由运算元件107计算出的节气门开度作为操作量而对节气门2进行操作。此外，在图中将节气门开度标记为TA。
[0031]排气泄压阀控制单元120由运算元件101、102以及103构成。运算元件101在与节气门控制单元110之间被共用。在排气泄压阀控制单元120中，由运算元件101计算出的目标进气压被输入至运算元件102。运算元件102对目标进气压与实际进气压的偏差进行计算。实际进气压为使用进气压传感器而被计测出的进气压的计测值。
[0032]由运算元件102计算出的进气压偏差被输入至运算元件103。运算元件103为PID控制器，通过基于所输入的进气压偏差的PID控制而对排气泄压阀开度进行计算。排气泄压阀控制单元120以由运算元件103计算出的排气泄压阀开度作为操作量而对排气泄压阀4进行操作。此外，在图中将排气泄压阀开度标记为WGV。
[0033]接下来，使用图2以及图3对通过本实施方式所涉及的控制装置而获得的控制上的效果进行说明。
[0034]图2表示在刚刚紧急减速之后要求紧急加速的情况下由本实施方式所涉及的控制装置所获得的控制结果。在连续要求紧急减速和紧急加速的情况下，目标吸入空气量在以阶梯状被减少之后，立即以阶梯状被增大。对目标吸入空气量进行转化所获得的目标进气压成为与目标吸入空气量同样的波形。
[0035]在本实施方式所涉及的控制装置中，通过在大气压与目标进气压的差压上加上储备压来决定目标差压。在图2所示的示例中，储备压以与目标进气压的减少相匹配的方式增大，并以与目标进气压的增大相匹配的方式而减少。由此，在目标进气压暂时性地减少的期间，目标差压将被较大程度地增大。将该目标差压作为前提，来计算出用于实现目标吸入空气量的节气门开度。由此，节气门以较快的速度较大程度地被关闭，并紧接着以较快的速度较大程度地被打开。
[0036]通过节气门开度以较快的速度被变化，从而进气压也以较快的速度变化。由此，实际进气压追随目标进气压的变化，从而在目标进气压与实际进气压之间不会产生较大的偏差。尤其不会出现实际进气压相对于目标进气压变得过大的情况。因此，通过进气压反馈控制来决定的排气泄压阀开度不会向打开侧发生变化，而排气泄压阀开度会维持于目前的开度。由此，能够将减速之后的加速时的增压维持为较高的值，并使实际吸入空气量按照目标吸入空气量而增大从而获得所需的加速性能。
[0037]另一方面，图3所示的控制结果为由现有的增压反馈控制而得到的结果，且为相对于由本实施方式涉及的控制装置而获得的控制结果的比较例。通过目标吸入空气量以及目标进气压的阶梯状的减少从而使节气门急速地关闭，结果会通过空气的流道节流从而使作为节气门上游的压力的增压上升。此时，如果根据现有的增压反馈控制，则以使相对于目标增压而成为过大的实际增压下降的方式使排气泄压阀向打开侧被操作。通过打开排气泄压阀，从而汽轮机转速将下降，随之增压将下降。但是，汽轮机转速下降的结果，在减速之后的加速时无法使增压快速地上升，进而无法使实际吸入空气量依照目标吸入空气量而增大。也就是说，无法获得所需的加速性能。
[0038]根据与现有的增压反馈控制之间的比较也可以看出，根据本实施方式所涉及的控制装置，通过采用利用进气压反馈控制来决定排气泄压阀开度的方法，从而能够抑制节气门的动作对排气泄压阀开度的决定造成的影响。由此，能够提高节气门开度急剧变化的过渡状态下的增压的控制性。
[0039]实施方式2
[0040]接下来，使用附图对本发明的实施方式2进行说明。
[0041]图4为表示本发明的实施方式2所涉及的控制装置的结构的框图。在图4中对于与实施方式I所涉及的控制装置共同的元件标注相同的符号。本实施方式所涉及的控制装置与实施方式I所涉及的控制装置同样地作为ECUlO的功能的一部分而被实现，并与实施方式I所涉及的控制装置同样地具备节气门控制单元110和排气泄压阀控制单元120。
[0042]本实施方式所涉及的控制装置的特征在于，还具备第二排气泄压阀控制单元130和选择单元140。排气泄压阀控制单元120以通过进气压反馈控制来决定排气泄压阀开度的方式而被程序化，相对于此，第二排气泄压阀控制单元130以通过增压反馈控制来决定排气泄压阀开度的方式而被程序化。增压反馈控制的方法与目前采用着的方法相同。在目标进气压上加上储备压所得的值被设为目标增压，并通过基于目标增压与实际增压之间的偏差而实施的反馈控制来决定排气泄压阀开度。
[0043]两个排气泄压阀控制单元120、130中的任意一方被选择单元140所选择，并依照由所选择的单元来决定的排气泄压阀开度而实施排气泄压阀4的操作。由选择单元140实施的选择的判断沿着图5所示的流程图而被实施。在步骤S2中，选择单元140对当前的内燃机的状态是否为过渡状态进行判断。此处所说的过渡状态是指，由于节气门2的急剧动作的影响而使增压较大程度地变动的状态、或者增压可能较大程度地变动的状态。是否为过渡状态既可以根据目标吸入空气量的变化来进行判断，也可以根据要求转矩的变化来进行判断。还能够根据由节气门控制单元110计算出的节气门开度的变化来进行判断。在内燃机具备增压传感器的情况下，还能够根据由增压传感器所计测出的增压的变化来对是否为过渡状态进行判断。
[0044]在步骤S2的判断结果为肯定的情况下，选择步骤S4。在步骤S4中，通过选择单元140来选择排气泄压阀控制单元120，并与实施方式I同样地通过进气压反馈控制来决定排气泄压阀开度。另一方面，在步骤S2的判断结果为否定的情况下，选择步骤S6。在步骤S6中，通过选择单元140来选择第二排气泄压阀控制单元130，并与现有技术同样地，通过增压反馈控制来决定排气泄压阀开度。此外，在反馈控制方法的选择的切换时，实施反馈补正量的平滑处理和渐变处理等用于防止伴随着切换而产生的排气泄压阀开度的急剧变化的处理。
[0045]根据本实施方式所涉及的控制装置，在并非过渡状态的通常状态下，通过利用与现有技术相同的增压反馈控制来决定排气泄压阀开度，从而能够将内燃机的增压维持于对应于运转状态的最佳值。而且，在节气门开度急剧变化的过渡状态下，通过利用进气压反馈控制来决定排气泄压阀开度，从而能够防止由节气门的动作对反馈控制造成影响而引起的增压的控制性的恶化。
[0046]实施方式3
[0047]接下来，使用附图对本发明的实施方式3进行说明。
[0048]本发明的实施方式3所涉及的控制装置以除了进气压传感器以外还具有增压传感器的附带涡轮增压器的内燃机作为控制对象。图6为表示本发明的实施方式3所涉及的控制装置的结构的框图。在图6中对于与实施方式I所涉及的控制装置共同的元件标注相同的符号。本实施方式所涉及的控制装置与实施方式I所涉及的控制装置同样地具备节气门控制单元110和排气泄压阀控制单元120。
[0049]本实施方式所涉及的控制装置的特征在于节气门控制单元110的结构。在本实施方式中，节气门控制单元I1由运算元件101、107以及108构成。运算元件108为代替实施方式I的运算元件104、105以及106的元件，其被输入有目标进气压、实际增压和储备压。实际增压为使用增压传感器而计测出的增压的计测值。运算元件108在实际增压与目标进气压的差压上加上储备压，并将该总计值作为目标差压而输出。根据以这种方式构成的节气门控制单元110，能够获得与实施方式I同等的控制性能。
[0050]实施方式4
[0051 ] 接下来，使用附图对本发明的实施方式4进行说明。
[0052]本发明的实施方式4所涉及的控制装置以不具有进气压传感器而仅具有增压传感器的附带涡轮增压器的内燃机作为控制对象。图7为表示本发明的实施方式4所涉及的控制装置的结构的框图。在图7中对于与实施方式3所涉及的控制装置共同的元件标注相同的符号。本实施方式所涉及的控制装置与实施方式3所涉及的控制装置同样地具备节气门控制单元110和排气泄压阀控制单元120。
[0053]本实施方式所涉及的控制装置的特征在于排气泄压阀控制单元120的结构。节气门控制单元I1的结构与实施方式3的结构共同。在本实施方式中，排气泄压阀控制单元120由运算元件101、102、103以及109构成。运算元件109根据实际节气门开度与实际空气流量而对作为实际进气压的推断值的推断进气压进行计算。在推断进气压的计算中使用上述的空气模型。实际空气流量为使用空气流量计而计测出的空气流量的计测值。实际节气门开度为使用节气门开度传感器而计测出的节气门开度的计测值。此外，在图中将实际节气门开度标记为TAact。由运算元件109计算出的推断进气压被输入至运算元件102，在运算元件102中对目标进气压与推断进气压的差压进行计算。根据以这种方式构成的排气泄压阀控制单元120，能够获得与实施方式I或实施方式2同等的控制性能。
[0054]其他
[0055]本发明并不限定于上述的实施方式，能够在不脱离本发明的宗旨的范围内进行各种变更实施。例如，虽然在上述的实施方式中将本发明应用于具备排气泄压阀的附带涡轮增压器的内燃机中，但是也能够将本发明应用于具备可变喷嘴的附带涡轮增压器的内燃机中。
[0056]符号说明
[0057]2…节气门；
[0058]4…排气泄压阀；
[0059]10…控制装置；
[0060]110…节气门控制单元；
[0061]120…排气泄压阀控制单元；
[0062]130…第二排气泄压阀控制单元；
[0063]140…选择单元。
【权利要求】
1.一种附带涡轮增压器的内燃机的控制装置，所述附带涡轮增压器的内燃机具备节气门、和对增压进行作用的作动器， 所述附带涡轮增压器的内燃机的控制装置的特征在于，具备: 第一控制单元，其通过基于目标吸入空气量而实施的前馈控制来决定所述节气门的开度； 第二控制单元，其通过基于目标进气压与实际进气压之间的偏差而实施的反馈控制来决定所述作动器的操作量，其中，所述目标进气压是根据所述目标吸入空气量来决定的。
2.如权利要求1所述的附带涡轮增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，具备: 第三控制单元，其通过基于目标增压与实际增压之间的偏差而实施的反馈控制来决定所述作动器的操作量，其中，所述目标增压是根据所述目标进气压来决定的； 选择单元，其在并非过渡状态的恒定状态下选择所述第三控制单元、而在过渡状态下选择所述第二控制单元，来作为决定所述作动器的操作量的单元。
【文档编号】F02B37/12GK104471205SQ201280074676
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2012年7月12日 优先权日:2012年7月12日
【发明者】坂柳佳宏, 永乐玲, 田中聪, 斋藤佑辅, 副岛慎一 申请人:丰田自动车株式会社