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用于运转的空燃比在至少2个空燃比之间进行切换的内燃机的空气量、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。根据现有技术，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成为过剩。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。
[0003]但是，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。为了不产生失火而应该对点火正时的延迟设置限制，但若这样做，则不能避免由燃料量的过剩引起的转矩的增大。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开平11-22609号公报
【发明内容】
[0007]本发明是鉴于上述问题而完成的，其课题在于，在构成为能够将用于运转的空燃比在至少2个空燃比之间切换的内燃机中，不产生转矩的变动地切换空燃比。
[0008]本发明能够应用于内燃机的控制装置的构成。以下，对本发明的内燃机的控制装置的概要进行说明。但是，由以下所说明的本发明的内容可知，本发明能够应用于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。
[0009]本发明的控制装置具有3种致动器，以构成为能够选择第I空燃比下的运转和比第I空燃比稀的第2空燃比下的运转的内燃机为控制对象。3种致动器是使空气量变化的第I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I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，并且，若内燃机是增压发动机，则使增压器的增压特性变化的增压特性可变致动器、具体而言可变喷嘴和/或排气泄压阀等也包含于第I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这3种致动器的协调操作来统合控制内燃机的空气量、燃料供给量以及点火正时。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]根据目标空气量算出功能，根据要求转矩倒推用于达成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I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I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。
[0013]根据目标空燃比切换功能，在假想空燃比从第I空燃比向第2空燃比变更后，将目标空燃比从第I空燃比切换成第2空燃比。在目标空燃比从第I空燃比切换成第2空燃比的过程中，进行空燃比效率的计算，目标空燃比在至少一部分的期间与空燃比效率相应地变化。空燃比效率被定义为要求转矩相对于在理论空燃比和最佳点火正时下能够由推定空气量实现的转矩的比例。推定空气量是实际的空气量的推定值，根据第I致动器的操作量来推定。
[0014]能够在假想空燃比从第I空燃比向第2空燃比变更时，响应于此而立即开始根据空燃比效率使目标空燃比变化。但是，考虑到排气性能与空燃比的关系，则优选在从假想空燃比从第I空燃比变更为第2空燃比起、到点火正时达到延迟界限为止，将目标空燃比维持为第I空燃比。并且，在点火正时达到延迟界限时，响应于此而将目标空燃比从第I空燃比切换成与空燃比效率相应的空燃比即可。若这样切换目标空燃比，点火正时不会与延迟界限抵触，能够越过排气性能恶化的区域而使空燃比变化。
[0015]进一步优选，在根据空燃比效率而使目标空燃比变化的中途，将目标空燃比暂时固定在第I空燃比与第2空燃比的中间的第3空燃比。然后，将目标空燃比从第3空燃比阶段性地向作为最终的目标值的第2空燃比切换。将目标空燃比固定为第3空燃比的具体定时优选是在根据第I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的时刻。将目标空燃比从第3空燃比向第2空燃比切换的具体定时优选是在目标空气量与推定空气量的差成为阈值以下的时刻。此外，此处所说的中间的空燃比意指比第I空燃比稀且比第2空燃比浓的空燃比，第3空燃比不限定于第I空燃比与第2空燃比的中值。
[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I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I致动器控制功能，基于目标空气量来决定第I致动器的操作量。然后，按照所决定的操作量进行第I致动器的操作。通过第I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I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I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]根据本发明的控制装置，通过具备上述功能，能够不产生转矩的变动地将内燃机的运转模式从第I空燃比下的运转向比第I空燃比稀的第2空燃比下的运转进行切换。
【附图说明】
[0021]图1是示出本发明的实施方式I的控制装置的逻辑的框图。
[0022]图2是示出本发明的实施方式I的控制装置的运转模式的切换的逻辑的框图。
[0023]图3是示出运转区域的设定的图。
[0024]图4是示出为了根据空燃比效率决定目标空燃比而使用的映射的表象(image)的图。
[0025]图5是示出本发明的实施方式I的控制装置的控制结果的表象的时间图。
[0026]图6是示出比较例的控制结果的表象的时间图。
[0027]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】
[0028][实施方式I]
[0029]以下，参照附图对本发明的实施方式I进行说明。
[0030]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。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模式(第I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。
[0031]搭载于车辆的EQJ (Electrical control Unit:电子控制单元)通过操作发动机所具备的各种致动器来控制发动机的运转。由ECU操作的致动器中，包括作为使空气量变化的第I致动器的节气门和可变气门正时机构(以下，VVT)，作为向缸内供给燃料的第2致动器的喷射器，作为对缸内的混合气体进行点火的第3致动器的点火装置。VVT针对进气门设置，喷射器设置于进气口。ECU操作这些致动器来控制发动机的运转。由ECU进行的发动机的控制中，包括从化学当量模式向稀模式或者从稀模式向化学当量模式的运转模式的切换。
[0032]在图1中，以框图示出本实施方式的E⑶的逻辑。E⑶包括发动机控制器100和动力传动系统管理器200。发动机控制器100是直接控制发动机的控制装置，相当于本发明的控制装置。动力传动系统管理器200是统合控制包括发动机和/或电子控制式自动变速器、还有VSC和/或TRC等车辆控制设备的驱动系统整体的控制装置。发动机控制器100构成为基于从动力传动系统管理器200接受的信号来控制发动机的运转。发动机控制器100和动力传动系统管理器200均由软件实现。详细而言，通过读出存储于存储器的程序，并由处理器执行，从而在ECU中实现发动机控制器100和动力传动系统管理器200各自的功能。此外，在ECU具备多核处理器的情况下，能够将发动机控制器100和动力传动系统管理器200分别分给不同的核或者核组。
[0033]在图1中表示动力传动系统管理器200的框内，由框示出动力传动系统管理器200所具备的各种功能中与发动机的控制相关的功能的一部分。对这些框的各个分配有运算单元。在E⑶中准备与各框对应的程序，通过处理器执行这些程序，由此在E⑶中实现各运算单元的功能。此外，在ECU具备多核处理器的情况下，能够将构成动力传动系统管理器200的运算单元分散地分配给多个核。
[0034]运算单元202计算要求第I转矩并将其发送给发动机控制器100。在图中，要求第I转矩记作“TQlr”。第I转矩是对发动机所要求的响应性不高、可以不立即实现而只要在不远的将来实现即可的种类的转矩。要求第I转矩是动力传动系统管理器200对发动机要求的第I转矩的要求值，相当于本发明中的要求转矩。从未图示的加速器位置传感器向运算单元202输入对加速器踏板的开度响应而输出的信号。基于该信号而计算要求第I转矩。此外，要求第I转矩是轴转矩。
[0035]运算单元204计算要求第2转矩并将其发送给发动机控制器100。在图中，要求第2转矩记作“TQ2r”。第2转矩是比第I转矩紧急性或者优先级高、对发动机要求高响应性的种类的转矩，即，是要求立即实现的种类的转矩。此处所说的响应性意指使转矩暂时降低时的响应性。要求第2转矩是动力传动系统管理器200对发动机要求的第2转矩的要求值。由运算单元204算出的要求第2转矩包括进行电子控制式自动变速器的变速控制而要求的转矩、进行牵引控制所要求的转矩、进行横滑防止控制所要求的转矩等从车辆控制系统要求的转矩。第I转矩是始终或者长期对发动机