带增压器的内燃机的控制装置专利检索- 发动机控制的输入参数专利检索查询-专利查询网

带增压器的内燃机的控制装置
申请号	CN201180066552.7	申请日	2011-02-02	公开(公告)号	CN103339360A	公开(公告)日	2013-10-02
申请人	丰田自动车株式会社;			发明人	高桥清德;
摘要	本发明的目的是在带增压器的内燃机中，防止节气门上游压力和节气门下游压力大致相等的区域中的节气门的摆动。为实现该目的，本发明提供的带增压器的内燃机的控制装置在节气门上游压力和节气门下游压力之比为接近1的值的情况下，对使用节流公式计算出的节气门开度的信号进行处理并使节气门开度的变化速度缓和，将缓和了变化速度的节气门开度作为目标节气门开度来控制节气门的动作。
权利要求	1.一种带增压器的内燃机的控制装置，该内燃机具有：进气通路，所述进气通路将从外部取入的空气导入气缸内；压缩机，所述压缩机被配置于所述进气通路；节气门，所述节气门在所述压缩机的下游被配置在所述进气通路内；进气门，所述进气门被配置在所述进气通路与所述气缸的连接部，所述带增压器的内燃机的控制装置的特征在于，具有：节气门通过流量计算构件，所述节气门通过流量计算构件计算实现目标吸入空气量所需的节气门通过流量；节气门上游压力取得构件，所述节气门上游压力取得构件取得进气通路内的从所述压缩机到所述节气门的空气的压力即节气门上游压力；节气门下游压力取得构件，所述节气门下游压力取得构件取得进气通路内的从所述节气门到所述进气门的空气的压力即节气门下游压力；节气门开度计算构件，所述节气门开度计算构件使用将所述节气门上游压力与所述节气门下游压力之比作为参数的节流公式，计算实现所述节气门通过流量所需的节气门开度；变化速度缓和构件，所述变化速度缓和构件对由所述节气门开度计算构件算出的节气门开度的信号进行处理并使节气门开度的变化速度缓和；目标节气门开度确定构件，在规定的缓和条件全部被满足的情况下，所述目标节气门开度确定构件将通过所述变化速度缓和构件缓和了变化速度的节气门开度确定为目标节气门开度，在未满足所述缓和条件的情况下，所述目标节气门开度确定构件将由所述节气门开度计算构件算出的节气门开度确定为目标节气门开度；以及节气门控制构件，所述节气门控制构件根据所述目标节气门开度控制所述节气门的动作，所述缓和条件包括所述压力比的值相对于1的偏差的大小为规定值以下。 2.如权利要求1所述的带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，所述缓和条件还包括所述目标吸入空气量的每规定时间的变化量为规定值以下。 3.如权利要求1或2所述的带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，所述变化速度缓和构件通过低通滤波器对由所述节气门开度计算构件算出的节气门开度的信号进行处理，所述目标吸入空气量的每规定时间的变化量越大，所述变化速度缓和构件使所述低通滤波器的时间常数越小。
说明书全文	带增压器的内燃机的控制装置技术领域 [0001] 本发明涉及带增压器的内燃机的控制装置，该控制装置通过使用了表示在进气通路内流动的空气的变动情况的物理模型来计算用于实现目标吸入空气量的目标节气门开度。背景技术 [0002] 通常，内燃机的吸入空气量能够通过进气管压力进行调节。进气管压力由通过节气门的空气的流量来确定。而且，节气门通过流量由节气门的上游压力和下游压力的差压、以及节气门的开度（即开口面积）来确定。从这样的关系导出的物理模型是下述的式（1）。式（1）是表示节气门通过流量mt与节气门开度TA、节气门上游压力Pac和节气门下游压力Pm之间的关系的节流公式。式（1）中的K是包含流量系数的系数，B是节气门开度为TA时的开口面积，Φ是压力比Pm/Pac的函数（压力比项）。 [0003] [式1] [0004] …式(1) [0005] 通过对上述的节流公式进行变形，能够得到下述的式（2）。根据该式（2），能够从节气门通过流量mt和压力比Pm/Pac算出作为目标的节气门开度TA。通过使用了这样的物理模型的计算来算出目标节气门开度的方法是例如如日本特开2007-205194号公报记载的那样以往广泛公知的方法。 [0006] [式2] [0007] …式(2) [0008] 使用了式（2）的目标节气门开度的计算方法也能够适用于带增压器的内燃机。在该情况下，作为参数之一的压力比Pm/Pac依赖于由压缩机的转速确定的节气门上游压力Pac即增压压力。在增压压力的设定方法中，存在几种方法，但若最优先考虑油耗，则节气门尽可能打开到接近全开，增压压力和节气门下游压力即进气管压力优选设定成大致相等。 [0009] 然而，在节气门的上游压力和下游压力之差小的状况下，在由增压器进行增压的增压状态变化了的情况下，节气门有时产生摆动。这是因为，在式（2）的压力比项Φ和压力比Pm/Pac之间，图4所示的关系成立。如该图所示，在节气门的上游压力和下游压力之间的差压小的区域中、即在压力比Pm/Pac的值接近1的区域中，相对于压力比Pm/Pac的微小变化，压力比项Φ的值大幅变化。其结果是，节气门开度的计算值振荡地变化，导致产生节气门的摆动。这样的节气门的摆动也可能在没有使节气门打开到接近全开的情况下产生。这是因为：由于增压压力的变化存在滞后，所以存在节气门的上游压力和下游压力过渡性地变得相等的情况。 [0010] 现有技术文献 [0011] 专利文献1：日本特开2007-205194号公报 [0012] 专利文献2：日本特开2006-274993号公报 [0013] 专利文献3：日本特开2005-188355号公报发明内容 [0014] 本发明的课题是在带增压器的内燃机中，防止节气门上游压力和节气门下游压力大致相等的区域中的节气门的摆动。而且，为实现这样的课题，本发明提供如下的带增压器的内燃机的控制装置。 [0015] 本发明提供的内燃机的控制装置计算实现目标吸入空气量所需的节气门通过流量，还使用节流公式计算实现节气门通过流量所需的节气门开度。为进行该计算，分别取得进气通路内的从压缩机到节气门的空气的压力即节气门上游压力、和进气通路内的从节气门到进气门的空气的压力即节气门下游压力。本控制装置将取得的节气门上游压力与节气门下游压力之比作为参数，利用节流公式进行节气门开度的计算。 [0016] 本控制装置基于使用节流公式计算出的节气门开度来确定目标节气门开度，根据目标节气门开度控制节气门的动作。但是，在规定的缓和条件全部被满足的情况下，对使用节流公式计算出的节气门开度的信号进行处理并使节气门开度的变化速度缓和，将缓和了变化速度的节气门开度确定为目标节气门开度。该缓和条件包括所取得的节气门上游压力和节气门下游压力之比的值接近1，详细来说，压力比的值相对于“1”的偏差的大小为规定值以下。也就是说，在相对于压力比的微小变化，节流公式的压力比项的值大幅变化的区域中，本控制装置意图抑制节气门开度的变化。由此，节气门上游压力和节气门下游压力大致相等的区域中的节气门的摆动被防范于未然。另一方面，在未满足缓和条件的情况下，使用节流公式计算出的节气门开度直接被确定为目标节气门开度。也就是说，在节气门的摆动难以产生的区域中，不进行意图抑制节气门开度的变化的处理。由此，能够通过节气门开度的准确的控制，较高地确保实现目标吸入空气量的精度。 [0017] 前述的缓和条件还可以包括目标吸入空气量的每规定时间的变化量为规定值以下。也就是说，即使在前述的压力比的值接近1的情况下，若目标吸入空气量大幅变化，也可以将使用节流公式计算出的节气门开度直接确定为目标节气门开度。若目标吸入空气量大幅变化，则与其相匹配地，目标节气门开度也向一方向大幅变化。因此，在该情况下，即使不缓和节气门开度的变化速度，也难以产生节气门的摆动。另外，不缓和节气门开度的变化速度，借此也能够精度良好地实现大幅变化的目标吸入空气量。 [0018] 作为缓和节气门开度的变化速度的构件，能够使用低通滤波器。通过利用低通滤波器对使用节流公式算出的节气门开度的信号进行处理，从而能够使节气门开度的变化速度缓和。另外，通过调节低通滤波器的时间常数，能够改变节气门开度的变化速度的缓和程度。因此，若以兼顾防止节气门的摆动和实现目标吸入空气量的精度为目的，则目标吸入空气量的每规定时间的变化量越大，使低通滤波器的时间常数越小即可。附图说明 [0019] 图1是表示本发明的实施方式的控制装置所使用的节气门开度计算模型的功能模块图。 [0020] 图2是用于说明本发明的实施方式的节气门开度计算模型中的低通滤波器的时间常数的确定方法的图。 [0021] 图3是用于说明本发明的实施方式的控制装置的效果的图。 [0022] 图4是表示节流公式中的压力比项Φ和压力比Pm/Pac之间成立的关系的图。具体实施方式 [0023] 参照附图说明本发明的实施方式。 [0024] 本实施方式的控制装置被适用于带增压器的内燃机。作为本控制装置的适用对象的内燃机是能够通过节气门对空气量的调节来控制转矩的四冲程往复式发动机。在本实施方式中，设置于内燃机的增压器是通过配置在排气通路中的涡轮的旋转来驱动配置在进气通路中的压缩机的涡轮增压器。 [0025] 本控制装置作为内燃机所具有的ECU的一个功能来实现。详细来说，由CPU执行存储在存储器中的程序，由此，ECU作为控制装置起作用。在ECU作为控制装置起作用的情况下，ECU使用被编程的计算模型来计算用于实现目标吸入空气量的目标节气门开度，根据目标节气门开度来控制节气门的动作。 [0026] 图1是表示本实施方式所使用的节气门开度的计算模型的功能模块图。该节气门开度计算模型包含子模型即进气门逆模型M1、进气管逆模型M2、节气门逆模型M3及进气系统模型M4。另外，该节气门开度计算模型包含低通滤波器LPF和开关SW。以下，对本实施方式的节气门开度计算模型所包含的各要素的内容进行说明。此外，由于关于各要素中的子模型M1、M2、M3、M4的内容是公知的，所以在此仅示出其概要。 [0027] 进气门逆模型M1是对吸入空气量和进气管压力之间的关系进行了调查的基于实验的模型。通过由实验得到的经验法则，在进气门逆模型M1中，吸入空气量和进气管压力之间的关系以直线近似。通过向进气门逆模型M1输入目标吸入空气量KLT，算出用于实现该目标吸入空气量KLT的进气管压力PmtT。 [0028] 进气管逆模型M2是基于与进气管内的空气相关的守恒定律，具体来说，基于能量守恒定律和流量守恒定律构建的物理模型。在进气管逆模型M2中，用数学式表示通过节气门的空气的流量和进气管压力之间的关系。通过向进气管逆模型M2输入作为目标的进气管压力PmtT和当前的推定进气管压力PmA之间的差压ΔPmT，算出用于实现它的节气门通过流量mtT。 [0029] 节气门逆模型M3是用数学式表示节气门通过流量和节气门开度之间的关系的计算模型。具体来说，前述的式（2）、即节流公式作为节气门逆模型M3使用。式（2）的参数之一即压力比Pm/Pac是节气门上游压力即增压压力Pac与节气门下游压力即进气管压力Pm之比。该压力比Pm/Pac的计算所使用的增压压力Pac及进气管压力Pm分别可以是实测值，也可以是使用了模型的计算值。通过向节气门逆模型M3输入作为目标的节气门通过流量mtT，并且输入参数即压力比Pm/Pac的值，算出用于实现目标节气门通过流量mtT的节气门开度TA。 [0030] 进气系统模型M4是综合前述的进气管逆模型M2及节气门逆模型M3的各正演模型而得到的计算模型。通过向进气系统模型M4输入作为目标的节气门开度TAT，算出由此实现的进气管压力PmA的推定值。利用进气系统模型M4算出的推定进气管压力PmA被用于与利用进气门逆模型M1算出的进气管压力PmtT之间的差压ΔPmT的计算。 [0031] 低通滤波器LPF及开关SW用于确定目标节气门开度TAT。从节气门逆模型M3输出的节气门开度TA的信号被复制成两个，一个节气门开度TA的信号通过低通滤波器LPF之后被输入开关SW。另一个节气门开度TA的信号直接被输入开关SW。低通滤波器LPF是例如一阶滞后滤波器，用于缓和节气门开度TA的变化速度而设置。开关SW选择被输入的节气门开度TA的信号中的任一方、即缓和了变化速度的节气门开度TA和原来的节气门开度TA中的任一方。而且，由开关SW选择的节气门开度TA被确定为最终的目标节气门开度TAT。 [0032] 开关SW构成为基于前述的压力比Pm/Pac的值来进行信号的切换。在本实施方式中，根据压力比Pm/Pac的值相对于“1”的偏差的大小是否是规定值（例如0.05）以下，来判断是否是式（2）的压力比项Φ的值相对于压力比Pm/Pac的微小变化大幅变化的区域。在压力比Pm/Pac的值相对于“1”的偏差的大小为规定值以下的情况下，开关SW选择利用低通滤波器LPF进行了处理的节气门开度TA，并将确定为最终的目标节气门开度TAT。相反地，在压力比Pm/Pac的值相对于“1”的偏差的大小超过规定值的情况下，开关SW选择从节气门逆模型M3输出的原来的节气门开度TA，并将其确定为最终的目标节气门开度TAT。 [0033] 低通滤波器LPF构成为能够变更其时间常数。图2是用于说明低通滤波器LPF的时间常数的确定方法的图。如该图所示，时间常数与目标吸入空气量KLT的每规定时间（例如，控制装置的时间步骤）的变化量相应地变更。详细来说，目标吸入空气量KLT的每规定时间的变化量越大，低通滤波器LPF的时间常数越小。节气门开度TA的信号通过低通滤波器LPF，借此缓和其变化速度，但其缓和程度根据时间常数的大小来确定。若低通滤波器LPF的时间常数大，则节气门开度TA的变化速度被大幅缓和。相反地，若低通滤波器LPF的时间常数小，则节气门开度TA的变化速度稍被缓和。此外，虽然图2未示出，但在目标吸入空气量KLT的每规定时间的变化量超过某阈值的范围内，时间常数的值被固定为零。也就是说，若目标吸入空气量KLT以某程度大幅变化，则不缓和节气门开度TA的变化速度。 [0034] 根据如上所述构成的本实施方式的控制装置，能够得到图3的流程图所示的控制结果。在图3的最上段的流程图中，示出了目标吸入空气量KLT和实际的吸入空气量KLA的各时间变化。在第二段的流程图中，示出了节气门上游压即增压压力Pac的时间变化。在第三段的流程图中，示出了目标进气管压力PmtT和推定进气管压力PmA的各时间变化。而且，在最下段的流程图中，示出了利用节气门逆模型M3算出的节气门开度TA和最终的目标节气门开度TAT的各时间变化。如该图所示，节气门打开，增压压力Pac上升时，利用节气门逆模型M3算出的节气门开度TA的值成为振荡性的值。这是因为，相对于传感器噪声等的影响对压力比Pm/Pac带来的微小变化，式（2）的压力比项Φ的值大幅变化。但是，根据本实施方式的控制装置，在这样的区域中，开关SW被切换，利用低通滤波器LPF缓和了变化速度的节气门开度TA被用作目标节气门开度TAT。由此，能够意图抑制节气门开度的变化，并能够将摆动的产生防范于未然。 [0035] 另一方面，在相对于压力比Pm/Pac的微小变化，压力比项Φ的值的变化不大的区域中，未利用低通滤波器LPF进行处理的原来的节气门开度TA直接被用作目标节气门开度TAT。也就是说，在难以产生节气门的摆动的区域中，不进行意图抑制节气门开度的变化的处理。由此，通过节气门开度的准确的控制，能够精度良好地实现目标吸入空气量KLT。 [0036] 而且，根据本实施方式的控制装置，目标吸入空气量KLT的每规定时间的变化量越大，低通滤波器LPF的时间常数越小。由此，即使在压力比Pm/Pac的值接近1的情况下，若目标吸入空气量KLT大幅变化，也能够缩小节气门开度TA的变化速度的缓和程度。若目标吸入空气量KLT大幅变化，则与其相匹配地，节气门开度TA也向一方向大幅变化。因此，即便不缓和节气门开度TA的变化速度，也难以产生节气门的摆动。另外，不缓和节气门开度TA的变化速度，借此也能够精度良好地实现大幅变化的目标吸入空气量KLT。也就是说，通过与目标吸入空气量KLT的每规定时间的变化量相应地确定低通滤波器LPF的时间常数，能够兼顾防止节气门的摆动和实现目标吸入空气量KLT的精度。 [0037] 以上是关于本发明的实施方式的说明。但是，本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变形。例如，在上述实施方式中，作为缓和节气门开度TA的变化速度的构件使用了低通滤波器，但也可以使用所谓的缓和处理。作为缓和处理的一例，可以列举加权平均。 [0038] 另外，通过在利用节气门逆模型M3算出的节气门开度TA的变化量上乘以一定的增益，也可以使节气门开度TA的变化速度缓和。该情况下的增益的大小优选与目标吸入空气量KLT的每规定时间的变化量相应地变化。具体来说，优选目标吸入空气量KLT的每规定时间的变化量越大，增益的值越接近1。另外，在目标吸入空气量KLT的每规定时间的变化量超过某阈值的范围内，增益的值也可以固定为1。 [0039] 另外，本发明的控制装置所适用的带增压器的内燃机也可以是具有如下的机械式增压器的内燃机，该增压器通过从内燃机的输出轴输出的驱动力驱动被配置在进气通路中的压缩机。 [0040] 附图标记说明 [0041] M1进气门逆模型 [0042] M2进气管逆模型 [0043] M3节气门逆模型 [0044] M4进气系统模型 [0045] SW开关 [0046] LPF低通滤波器

意见反馈