内燃机的控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及控制装置，所述控制装置对以能够在至少两个空燃比之间切换在运转中使用的空燃比的方式构成的内燃机的空气量、燃料供应量以及点火正时进行统一协调控制。
【背景技术】
[0002]在日本特开平11一22609号公报中，公开了一种技术(下面称之为现有技术)，所述技术与在能够将内燃机的燃烧方式从分层燃烧向均匀燃烧或者从均匀燃烧向分层燃烧切换的内燃机中的燃烧方式的切换控制有关。由于在分层燃烧中的空燃比，比均匀燃烧中的空燃比稀，所以，在燃烧方式的切换中，伴随着空燃比的切换。作为空燃比的切换方法，以不产生转矩阶梯差的方式使空燃比逐渐变化的方法是公知的。但是，在这种公知的方法中，尽管转矩的阶梯差得到缓和，但是，不能得到所希望的转矩，并且，由于使用并非本来所打算的空燃比，所以，存在着导致排放物恶化的问题。作为对该问题的解决对策，提出了上述现有技术。
[0003]根据上述现有技术，在从分层燃烧向均匀燃烧的切换时，目标当量比和目标空气量(目标气缸吸入空气量)同时被阶跃式地切换。详细地说，与当量比阶跃式地增大同时，为了转矩成为恒定，目标空燃比被阶跃式地减小。但是，由于实际的空气量相对于目标空气量滞后，所以，由燃烧方式切换之后的目标当量比确定的燃料量，成为比为了将转矩保持恒定所需要的量过剩的量。在上述现有技术中，通过利用点火正时的滞后角修正该燃料量的过剩的部分，一面与燃烧方式的切换相对应地响应性良好地切换当量比，一面避免转矩的增大。
[0004]另外，根据上述现有技术，在从均匀燃烧向分层燃烧切换时，在阶跃式地切换目标当量比之前，只阶跃式地切换目标空气量。详细地说，只阶跃式地使目标空气量增大，预先使空气量增大，在实际的空气量达到目标空气量的正时，使目标当量比阶跃式地减小。即，在落后于目标空气量而空气量增大的期间，维持燃烧方式切换之前的目标当量比。但是，当利用燃烧方式切换之前的目标当量比确定燃料量时，燃料量成为比为了保持转矩的恒定所需要的量过剩的量。因此，在上述现有技术中，通过利用点火正时的滞后角修正该燃料量的过剩的部分，避免燃烧方式切换之前的转矩的增大。
[0005]不过，在上述现有技术中，燃烧方式的切换基于内燃机的运转状态来判断。基于运转状态切换判断的具体例子，记载在上述专利文献的段落0042中。在段落0042中，描述为“在汽油发动机等火花点火式内燃机中，在进行直接燃料喷射、切换分层燃烧和均匀燃烧的情况下，存在着像怠速或者极低负荷运转状态这样的不能使用均匀稀薄燃烧的运转区域。在这些运转区域，在发生加上空调等高负荷、从分层燃烧向均匀燃烧的切换要求的情况下，有从空燃比在30以上的超稀薄分层燃烧被切换成在理论空燃比下的均匀理论配比燃烧的必要。”另外，如段落0039中所记载的那样，根据上述现有技术，在燃烧方式切换时，目标转矩被保持恒定。并且，如段落0041中所记载的那样，通过利用点火正时的滞后角避免由于燃料过剩引起的转矩的增大，实现以转矩恒定的状态切换燃烧方式。如可以从上述公报所记载的内容可以看出的那样，上述现有技术，是一种涉及使目标转矩恒定的稳态状态下的燃烧方式的切换控制的技术。
[0006]当着眼于从以理论空燃比进行的运转向以比理论空燃比稀的空燃比进行的运转的切换或者相反的切换这样的空燃比的切换控制时，这样的切换控制不仅是能够在稳态进行的控制，而且也是能够在过渡状态进行的控制。例如，在能够以比理论空燃比稀的空燃比进行的运转的内燃机的情况下，即使在高负荷区域不得不选择以理论空燃比进行的运转的情况下，在根据来自于驾驶员的减速要求使转矩减小的情况下，可以将运转模式切换成以比理论空燃比稀的空燃比进行的运转。反之，在低中负荷区域，即使在选择以比理论空燃比稀的空燃比进行的运转的情况下，在根据来自于驾驶员的加速要求使转矩增大的情况下，在有的情况下，产生将运转模式切换成以理论空燃比进行的运转的需要。
[0007]如关于上述现有技术所描述的那样，在稳态的空燃比的切换控制中，希望一面将转矩保持恒定一面响应性良好地切换空燃比。同样地，在过渡状态的空燃比的切换控制中，希望根据经由加速踏板的操作由驾驶员给出的要求转矩的增减，顺滑地使内燃机的输出转矩增减，并且响应性良好地切换空燃比。但是，将上述现有技术应用于过渡状态的空燃比的切换控制是不容易的。这是因为，上述专利文献，只对于将转矩保持恒定作为前提的空燃比(当量比)的切换方法进行了描述，对于使转矩顺滑地减小或者增大并且响应性良好地切换空燃比的方法，没有进行任何描述。
[0008]作为抑制在以理论空燃比进行的运转和以比理论空燃比稀的空燃比进行的运转之间切换运转模式时的转矩振动的技术，可以进一步列举出日本特开2008 — 038865号公报公开的技术。但是，该专利文献记载的技术，也是以一面保持转矩恒定一面响应性良好地切换空燃比作为目标，对于在过渡运转时，一面顺滑地减小或者增大转矩一面响应性良好地切换空燃比的方法没有进行任何描述。在日本特开2010 — 223122号公报中，公开了和根据要求的转矩确定各个促动器的操作量的转矩要求控制相关的技术，但是，对于空燃比的切换，完全没有触及。
[0009]现有技术文献
[0010]专利文献
[0011]专利文献1:日本特开平11 一22609号公报
[0012]专利文献2:日本特开2010 — 223122号公报
[0013]专利文献3:日本特开2008 — 038865号公报
【发明内容】
[0014]本发明是鉴于上述问题做出的，在以至少能够在两个空燃比之间切换运转用的空燃比的方式构成的内燃机中，以根据驾驶员的要求一面使转矩顺滑地变化一面响应性良好地切换空燃比作为课题。
[0015]首先，对于在本发明的创建过程中提出的上述课题的第一个解决对策进行说明。第一个解决对策，是一种和下面所述的内燃机的控制相关的技术思想，所述内燃机包括使吸入气缸内的空气的量(气缸吸入空气量，下面简单地称之为空气量)变化的第一促动器、向气缸内供应燃料的第二促动器、和将气缸内的混合气点火的第三促动器，该内燃机的控制能够选择以第一空燃比进行的运转和以比第一空燃比稀的第二空燃比进行的运转。第一个解决对策，既可以应用于控制装置的结构，也可以应用于控制方法的步骤。
[0016]根据第一个解决对策，比较要求转矩和对转矩的规定的基准值。要求转矩是驾驶员对内燃机要求的转矩，基于对加速踏板开度作出响应的信号进行计算。对于转矩的基准值，可以是固定值，但是，优选地，根据内燃机的转速或者其它条件适当地变更。在要求转矩比基准值大的期间，作为运转模式，选择进行以第一空燃比运转的第一种运转模式，在要求转矩减小、低于基准值的情况下，进行从第一种运转模式向进行以第二空燃比运转的第二种运转模式的切换。另外，在要求转矩比基准值小的期间，作为运转模式选择第二种运转模式，在要求转矩增大，超过基准值的情况下，进行从第二种运转模式向第一种运转模式的运转模式切换。
[0017]在由于要求转矩的减小运转模式被从第一种运转模式向第二种运转模式切换的情况下，对运转模式的切换作出响应，进行将目标空燃比从第一空燃比向第二空燃比的切换。但是，在从目标空燃比的第一空燃比向第二空燃比的切换之前，进行为了达到要求转矩的目标空气量的计算用的参数值的变更。这种参数是给出空气量的向转矩的转换效率的参数，利用该参数从要求转矩被反算出目标空气量。参数对运转模式的切换作出响应，向将空气量向转矩的转换效率降低的值变更。另外，作为参数的例子，可以列举出对应于空燃比的参数。在这种情况下，在运转模式被从第一种运转模式向第二种运转模式切换的时刻，进行将参数的值从对应于第一空燃比的值向对应于第二空燃比的值的切换。
[0018]作为将目标空燃比从第一空燃比向第二空燃比切换的正时，可以作为在对运转模式从第一种运转模式向第二种运转模式的切换作出响应而变更了参数的值之后经过了一定时间的时刻。另外，也可以为在对运转模式的从第一运转模式向第二运转模式的切换作出响应而使参数的值变更之后、目标空气量和推定空气量之差变成阈值以下的时间点。
[0019]另一方面，在由于要求转矩的增大，运转模式从第二种运转模式向第一种运转模式切换的情况下，对运转模式的切换作出响应，进行将目标空燃比从第二空燃比向第一空燃比的切换。在这种情况下，目标空燃比的切换和运转模式的切换同时进行，进而，也同时进行在目标空气量的计算中使用的参数值的变更。这时，参数向提高空气量向转矩的转换效率的值变更。如果参数是对应于空燃比的参数，则在运转模式从第二种运转模式向第一种运转模式切换的时间点，进行将参数的值从对应于第二空燃比的值向对应于第一空燃比的值的切换。
[0020]基于通过上述处理确定的目标空气量和目标空燃比，协调操作三种促动器。首先，基于目标空气量确定第一促动器的操作量，按照被确定的操作量进行第一促动器的操作。另外，基于目标空燃比确定燃料供应量，按照所确定的燃料供应量进行第二促动器的操作。并且，基于由第一促动器的操作量和目标空燃比推定出来的转矩和要求转矩，确定为了达到要求转矩的点火正时，按照所确定的点火正时进行第三促动器的操作。
[0021]以上是第一个解决对策的概要。根据第一个解决对策，确认可以大致完成上述课题，但是，也可以看出，在目标空燃比的切换之后，存在着实际的空燃比产生一些变动的可能性。根据第一个解决对策，在减速时，在目标空燃比的切换之前，使空气量增大到对应于第一空燃比的空气量，在加速时，和目标空燃比的切换同时使空气量减小到对应于第一空燃比的空气量，但是，这时的空气量的变化速度快是使实际空燃比产生一些变动的原因。所谓空气量的变化速度快，意味着从进气口吸入气缸内的空气的流量变化大。吸入空气流量的大的变化使附着于进气口的燃料的气化量变动，由于这种影响，在目标空燃比切换之后的实际空燃比会产生一些变动。实际空燃比的变动导致转矩的变动，存在着会有损于和驾驶员的减速要求或者加速要求相称的转矩的顺滑的减小或者增大的可能性。
[0022]对于第一个解决对策中的这种担心的研究，作为对上述课题的更合适的解决对策(第二个解决对策)所提出的方案属于本发明。
[0023]本发明可以应用于内燃机的控制装置的结构。下面，对于根据本发明的内燃机的控制装置的概要进行说明。但是，如可以从下面说明的本发明的内容看出的那样，本发明既可以适用于内燃机的控制方法的步骤，也可以适用于在控制装置中实行的程序的算法。
[0024]根据本发明的控制装置，将具有三种促动器、能够选择以第一空燃比运转和以比第一空燃比稀的第二空燃比运转地构成的内燃机作为控制对象。所谓三种促动器是使空气量变化的第一促动器、向气缸内供应燃料的第二促动器、以及将气缸内的混合气点火的第三促动器。在第一促动器中例如包含有节气门和使进气门的气门正时变化的可变气门正时机构，进而，如果内燃机是增压发动机的话，在第一促动器中，包括使增压器的增压特性变化的增压特性可变促动器，具体地说，包括可变喷嘴或废气旁通阀等。第二促动器，具体地说，是喷射燃料的喷射器，例如，包含有向进气口喷射燃料的进气口喷射器和向气缸内直接喷射燃料的气缸内喷射器。第三促动器，具体地说，是点火装置。根据本发明的控制装置，通过这三种促动器的协调操作，统一协调控制内燃机的空气量、燃料供应量以及点火正时。
[0025]根据本发明的控制装置，可以利用计算机加以实现。更详细地说，可以利用配备有存储描述为了实现各种功能的处理的程序的存储器、和从该存储器中读出程序并加以实行的处理器的计算机，构成根据本发明的控制装置。在根据本发明的控制装置中所具备的功能中，作为确定在上述三种促动器的协调操作中使用的目标空气量及目标空燃比用的功能，包括要求转矩接收功能、基准值计算功能、目标空燃比切换功能、目标空气量计算功能以及参数值变更功能。
[0026]借助要求转矩接收功能，接收对内燃机的要求转矩。基于对由驾驶员操作的加速踏板的开度作出响应的信号，计算出要求转矩。在驾驶员对内燃机的减速要求的情况下，获得根据驾驶员关闭加速踏板的速度减小的要求转矩。在驾驶员对内燃机要求加速的情况下，获得根据驾驶员打开加速踏板的速度增大的要求转矩。
[0027]借助基准值计算功能，首先，由内燃机的转速计算出对于转矩的第一基准值。其次，计算出在第二空燃比的基础上能够达到第一基准值的空气量，由该空气量和第一空燃比计算出对转矩的第二基准值。即，在第二空燃比的基础上能够达到第一基准值的空气量中，如果将空燃比调整成第一空燃比的话，得到的转矩的值是第二基准值。第一基准值及第二基准值是在运转模式的切换中使用的基准值，根据本发明的控制装置对根据驾驶员的减速要求减小的要求转矩与这些基准值进行比较，基于这种比较实行运转模式的切换。
[0028]借助目标空燃比切换功能，对要求转矩比第一基准值大作出响应，将目标空燃比设定成第一空燃比。另外，对要求转矩向第一基准值以下减小作出响应，将目标空燃比从第一空燃比向第二空燃比切换。即，在根据驾驶员的减速要求而要求转矩减小的情况下，在要求转矩比第一基准值大的期间，目标空燃比被保持在第一空燃比，要求转矩在减小到第一基准值以下时，目标空燃比被向第二空燃比切换。在根据本发明的控制装置中，要求转矩低于第一基准值，被用作从进行以第一空燃比运转的第一种运转模式向进行以第二空燃比运转的第二种运转模式切换运转模式的触发器。第一基准值，在与内燃机的转速的关系中，从油耗性能及排气性能的观点出发，被设定成最佳的值。
[0029]借助目标空气量计算功能，从要求转矩反算出用于达到要求转矩的目标空气量。在目标空气量的计算中，使用给出空气量向转矩的转换效率的参值。参数的值是可变的，通过参数值变更功能来进行变更。借助参数值变更功能，对要求转矩向第二基准值以下的减小作出响应，开始使参数的值向降低转换效率的方向变化。并且，与要求转矩从第二基准值向第一基准值进一步减小的相一致地，参数的值向降低转换效率的方向逐渐变化。
[0030]在使空气量向转矩的转换效率恒定的情况下，如果要求转矩减小的话，目标空气量也与之相应地减小。但是，利用根据本发明的控制装置，通过以上述方式变更给出转换效率的参数的值，抑制要求转矩从第二基准值减小到第一基准值为止的期间内的目标空气量的减小。在要求转矩低于第一基准值、运转模式被切换到第二种运转模式的情况下，在以切换后的第二空燃比进行的运转中，比在以第一空燃比进行的运转中所需的空气量多的空气量成为必要的。利用根据本发明的控制装置，由于直到切换的时间点为止的目标空气量的减小被抑制，所以，在变成切换的时刻，没有必要使目标空气量进行大的增大。而且，由于使参数的值向降低转换效率的方向逐渐变化，所以，直到要求转矩减小到第一基准值为止的期间的目标空气量的大的变化得到抑制。
[0031]作为在目标空气量的计算中使用的参数的例子，可以列举出对应于空燃比的参数。由于空燃比越比理论空燃比稀，则由同一空气量产生的转矩越低，所以，对应于空燃比的参数，适合于作为给出空气量向转矩的转换效率的参数。在将对应于空燃比的参数用于目标空气量的计算的情况下，对要求转矩比第二基准值大作出响应，参数的值被设定为对应于第一空燃比的值。即，在要求转矩比第二基准值大的期间，以空燃比是第一空燃比作为前提，由要求转矩计算出目标空燃比。另外，对要求转矩向第二基准值以下的减小作出响应，使参数的值开始向对应于第一空燃比的值变化。并且，与要求转矩从第二基准值减小到第一基准值相一致地，使参数的值从对应于第一空燃比的值逐渐向对应于第二空燃比的值变化。即，在要求转矩减小到第二基准值以下的情况下，在目标空燃比从第一空燃比被切换到第二空燃比之前，将用于目标空气量的计算的空燃比从第一空燃比逐渐变更到第二空燃比。
[0032]作为用于目标空气量的计算的参数的例子，可以列举出对应于点火正时的参数。由于点火正时越比最佳点火正时滞后，由同一空气量产生的转矩越降低，所以，对应于点火正时的参数，适合于作为给出空气量向转矩的转换效率的参数。在将对应于点火正时的参数用于目标空气量的计算的情况下，对要求转矩比第二基准值大作出响应，参数的值被设定成为对应于最佳点火正时的值。即，在要求转矩比第二基准值大的期间，以点火正时为最佳点火正时作为前提，从要求转矩计算出目标空燃比。另外，对要求转矩向第二基准值以下减小作出响应，开始使参数的值从对应于最佳点火正时的值变化。并且，直到要求转矩从第二基准值减小到第一基准值为止，和要求转矩相对于第二基准值的比例相一致地，使参数的值逐渐向对应于更滞后的点火正时的值变化。即，在要求转矩减小到第二基准值以下的情况下，在目标空燃比从第一空燃比被切换到第二空燃比之前，成为目标空气量的计算的前提的点火正时从最佳点火正时被逐渐滞后。另外，在这种情况下，对于成为目标空气量的计算的前提的空燃比，可以使用目标空燃比。
[0033]优选地，对应于点火正时的参数，被表示为要求转矩所除以的系数。如果参数被利用这样的系数表示的话，对要求转矩比第二基准值大作出响应，参数的值被设定为1。另外，对要求转矩向第二基准值以下的减小作出响应，使参数的值从1开始减小，直到要求转矩从第二基准值减小为第一基准值为止，作为参数值计算出要求转矩相对于第二基准值的比例。在参数的值是要求转矩相对于第二基准值的比例的情况下，使要求转矩除以参数获得的值与第二基准值相一致。因而，在利用参数作为系数使用的目标空气量的计算中，在要求转矩从第二基准值一直减小到第一基准值为止的期间代替要求转矩，作为目标空气量，计算出将第二基准值转换成空气量的值。
[0034]根据本发明的控制装置，基于通过上述处理确定的目标空气量和目标空燃比，协调操作三种促动器。在根据本发明的控制