增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于，提高在增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置內(nèi)發(fā)生掃氣的增壓區(qū)域內(nèi)的要求扭矩的實(shí)現(xiàn)性。為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置根據(jù)從要求扭矩算得的目標(biāo)缸內(nèi)空氣量，決定進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)裝置的操作量，并且根據(jù)目標(biāo)缸內(nèi)空氣量與在缸內(nèi)竄氣的空氣量的量相加后得到的目標(biāo)通過進(jìn)氣門的空氣量，決定節(jié)氣門的操作量。
【專利說明】増壓發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用在增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中的扭矩需求控制型的控制裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]作為內(nèi)燃機(jī)的控制方法的一種，公知將扭矩作為控制量來決定促動(dòng)器的操作量的扭矩需求控制。由扭矩需求控制操作的促動(dòng)器包括與空氣量有關(guān)的促動(dòng)器、與點(diǎn)火正時(shí)有關(guān)的促動(dòng)器、和與空燃比有關(guān)的促動(dòng)器。其中，與空氣量有關(guān)的促動(dòng)器例如包括節(jié)氣門、使進(jìn)氣門的氣門正時(shí)變更的可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)、以及使排氣門的氣門正時(shí)變更的可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)。
[0003]圖7是表示以往提出的進(jìn)行扭矩需求控制的NA發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置的結(jié)構(gòu)的功能框圖。圖7所示的控制裝置200將節(jié)氣門10、進(jìn)氣門用可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)(以下記載為IN-VVT) 20以及排氣門用可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)(以下記載為EX-VVT)30作為操作對(duì)象。并且，控制裝置200包括目標(biāo)空氣量運(yùn)算單元210、VVT控制單元220以及節(jié)氣門控制單元230。
[0004]目標(biāo)空氣量運(yùn)算單元210將為了實(shí)現(xiàn)要求扭矩而需要的空氣量算出，作為目標(biāo)空氣量。在該計(jì)算中，使用將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、點(diǎn)火正時(shí)和空燃比等各種發(fā)動(dòng)機(jī)信息作為自變量而使扭矩與空氣量相關(guān)聯(lián)的映射。
[0005]VVT控制單元220從能利用IN-VVT20的操作實(shí)現(xiàn)的進(jìn)氣門的氣門正時(shí)和能利用EX-VVT30的操作實(shí)現(xiàn)的排氣門的氣門正時(shí)的組合中，選擇油耗最佳的組合。該種組合作為基礎(chǔ)氣門正時(shí)而被預(yù)先存儲(chǔ)起來。VVT控制單元220按照基礎(chǔ)氣門正時(shí)，分別決定對(duì)IN-VVT20的指示值(IN - VVT指示值)和對(duì)EX-VVT30的指示值(EX - VVT指示值)。
[0006]另外，VVT控制單元220將在氣門重疊量與進(jìn)氣壓與空氣量之間成立的關(guān)系形成為映射而存儲(chǔ)起來。在圖7中表示VVT控制單元220的框內(nèi)用曲線圖來表示映射的圖像。在該映射中與氣門重疊量及進(jìn)氣壓相關(guān)聯(lián)的空氣量，嚴(yán)密地說是經(jīng)過進(jìn)氣門而進(jìn)入到了缸內(nèi)的空氣的量。另一方面，根據(jù)要求扭矩計(jì)算的目標(biāo)空氣量嚴(yán)密地說是供于燃燒的空氣量，即，缸內(nèi)空氣量的目標(biāo)值。但是，見后述，至少在NA發(fā)動(dòng)機(jī)中，通過進(jìn)氣門的空氣量與缸內(nèi)空氣量是一致的，所以使目標(biāo)空氣量適用于上述的映射是沒有問題的。VVT控制單元220從能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)空氣量的進(jìn)氣壓與氣門重疊量的組合中，選擇與基礎(chǔ)氣門正時(shí)的氣門重疊量相對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣壓，將選出的進(jìn)氣壓決定為目標(biāo)進(jìn)氣壓。
[0007]節(jié)氣門控制單元230根據(jù)目標(biāo)進(jìn)氣壓和目標(biāo)空氣量計(jì)算節(jié)氣門開度。在節(jié)氣門開度的計(jì)算中使用空氣模型的反模型?？諝饽Ｐ褪菍⑦M(jìn)氣通路內(nèi)的壓力、流量相對(duì)于節(jié)氣門動(dòng)作的動(dòng)態(tài)特性模型化的物理模型。節(jié)氣門控制單元230將算出的節(jié)氣門開度作為操作量而操作節(jié)氣門10。
[0008]采用這樣構(gòu)成的控制裝置，能夠利用節(jié)氣門10與IN-VVT20與EX-VVT30的協(xié)調(diào)操作，將發(fā)動(dòng)機(jī)的缸內(nèi)空氣量控制為為了實(shí)現(xiàn)要求扭矩而不存在過與不足的空氣量。
[0009]另外，考慮將上述的扭矩需求控制應(yīng)用在具有渦輪增壓器、機(jī)械式增壓器的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的控制中。作為增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩需求控制所需的控制裝置的結(jié)構(gòu)，在直接利用圖7所示的NA發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩需求控制用的結(jié)構(gòu)時(shí)，例如能夠采用圖8所示的結(jié)構(gòu)。圖8所示的控制裝置201除了節(jié)氣門10、IN-VVT20和EX-VVT30以外，也將廢氣旁通閥(以下記為WGV) 40作為操作對(duì)象。并且，控制裝置201除了包括目標(biāo)空氣量運(yùn)算單元210、VVT控制單元220和節(jié)氣門控制單元230以外，還包括目標(biāo)增壓運(yùn)算單元240和WGV控制單元250。
[0010]在增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，在利用增壓器進(jìn)行增壓的增壓區(qū)域內(nèi)，有時(shí)因使節(jié)氣門10打開至全開而使進(jìn)氣壓達(dá)到上限。在該情況下，VVT控制單元220使用上述的映射特定能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)空氣量的進(jìn)氣壓與氣門重疊量的組合，從這些組合中選擇與進(jìn)氣壓的上限值相對(duì)應(yīng)的氣門重疊量。但需要注意的是，選出的能實(shí)現(xiàn)氣門重疊量的進(jìn)氣門與排氣門的各氣門正時(shí)的組合存在許多個(gè)，所以不能一概決定對(duì)各可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)20、30的指示值。作為一例，可以選擇最接近基礎(chǔ)氣門正時(shí)的組合，按照該選擇決定對(duì)各可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)20、30的指示值。另外，在進(jìn)氣壓未達(dá)到上限的情況下，與NA發(fā)動(dòng)機(jī)的情況相同，作為進(jìn)氣門與排氣門的各氣門正時(shí)的組合，選擇基礎(chǔ)氣門正時(shí)，決定與基礎(chǔ)氣門正時(shí)的氣門重疊量相對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣壓，作為目標(biāo)進(jìn)氣壓。
[0011]目標(biāo)增壓運(yùn)算單元240算出目標(biāo)進(jìn)氣壓與規(guī)定的儲(chǔ)備壓相加后得到的值，作為目標(biāo)增壓。WGV控制單元250基于目標(biāo)增壓來決定對(duì)驅(qū)動(dòng)WGV40的螺線管施加的能率(日文:〒、一亍八)值。作為能率值的決定方法的例子，可以舉出如下方法，即，準(zhǔn)備使能率值與增壓壓力相關(guān)聯(lián)的映射，而根據(jù)該映射算出與目標(biāo)增壓相對(duì)應(yīng)的能率值的方法。另外，也可以舉出如下方法，即，計(jì)量或推測(cè)實(shí)際的增壓壓力，對(duì)能率值進(jìn)行反饋控制，以使實(shí)際的增壓壓力成為目標(biāo)增壓的方法。
[0012]采用這樣構(gòu)成的控制裝置，在未利用渦輪增壓器進(jìn)行增壓的NA區(qū)域中，能夠利用相對(duì)于NA發(fā)動(dòng)機(jī)的情況沒有變化的控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出正如要求那樣的扭矩。
[0013]但是，在利用渦輪增壓器進(jìn)行增壓的增壓區(qū)域內(nèi)，關(guān)于要求扭矩的實(shí)現(xiàn)精度，出現(xiàn)如下這樣的問題。
[0014]圖9表示由圖8所示的結(jié)構(gòu)的控制裝置進(jìn)行的增壓區(qū)域內(nèi)的控制結(jié)果的圖像。采用圖8的控制裝置，根據(jù)要求扭矩算出目標(biāo)空氣量，為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)空氣量而對(duì)節(jié)氣門10、IN-VVT20、EX-VVT30及WGV40進(jìn)行協(xié)調(diào)操作。但是，實(shí)際利用圖8的控制裝置實(shí)現(xiàn)的空氣量比目標(biāo)空氣量少。
[0015]出現(xiàn)這種空氣量的不足的原因是，使NA發(fā)動(dòng)機(jī)用的控制方法直接響應(yīng)于增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。在NA發(fā)動(dòng)機(jī)中，排氣壓力比進(jìn)氣壓力高，所以在進(jìn)氣門的打開期間與排氣門的打開期間重疊的情況下，與該重疊量相對(duì)應(yīng)地發(fā)生在缸內(nèi)殘留有燃燒氣體的所謂的內(nèi)部EGR。在該情況下，通過進(jìn)氣門進(jìn)入到了缸內(nèi)的空氣(新空氣)直接殘留在缸內(nèi)，通過進(jìn)氣門的空氣量與由內(nèi)部EGR產(chǎn)生的殘留燃燒氣體的量的和成為缸內(nèi)的氣體總量。因此，在NA發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，與重疊的有無無關(guān)，通過進(jìn)氣門的空氣量與實(shí)際供于燃燒的缸內(nèi)空氣量一致。
[0016]另一方面，在增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，在增壓區(qū)域，進(jìn)氣壓力比排氣壓力高。因此，在進(jìn)氣門的打開期間與排氣門的打開期間重疊的情況下，在增壓區(qū)域，發(fā)生空氣從進(jìn)氣管向排氣管竄氣的掃氣。在發(fā)生了掃氣的情況下，通過進(jìn)氣門進(jìn)入到缸內(nèi)的空氣中的一部分流到排氣管內(nèi)，所以實(shí)際供于燃燒的缸內(nèi)空氣量比通過進(jìn)氣門的空氣量少掃氣的量。結(jié)果，如圖9所示，實(shí)際得到實(shí)現(xiàn)的缸內(nèi)空氣量變得不足目標(biāo)空氣量，發(fā)生實(shí)現(xiàn)扭矩相對(duì)于要求扭矩的實(shí)現(xiàn)扭矩不足。
[0017]根據(jù)以上的說明可知，當(dāng)在增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中應(yīng)用扭矩需求控制的情況下，不適合直接利用NA發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩需求控制用的結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)行增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩需求控制，需要一種即使在發(fā)生了掃氣的增壓區(qū)域也能高精度地實(shí)現(xiàn)要求扭矩的控制裝置。
[0018]另外，以下列舉的文獻(xiàn)是體現(xiàn)本申請(qǐng)的【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)水準(zhǔn)的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)。
[0019]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0020]專利文獻(xiàn)
[0021 ] 專利文獻(xiàn)1:日本特開2009 - 068403號(hào)公報(bào)
[0022]專利文獻(xiàn)2:日本特開2008 - 075549號(hào)公報(bào)
[0023]專利文獻(xiàn)3:日本特開2004 - 263571號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0024]本發(fā)明是鑒于上述的問題而做成的，目的在于提供一種能使發(fā)生掃氣的增壓區(qū)域內(nèi)的要求扭矩的實(shí)現(xiàn)性得到提高的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置。
[0025]本發(fā)明的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置應(yīng)用在包括節(jié)氣門、進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)裝置和增壓器的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中。進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)裝置只要是至少能變更進(jìn)氣門的關(guān)閉正時(shí)的裝置即可。本發(fā)明的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置根據(jù)從要求扭矩算得的目標(biāo)缸內(nèi)空氣量決定進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)裝置的操作量。并且，與此并行地，根據(jù)目標(biāo)缸內(nèi)空氣量與在缸內(nèi)竄氣的空氣量的量相加后得到的目標(biāo)通過進(jìn)氣門的空氣量，決定節(jié)氣門的操作量。在缸內(nèi)竄氣的空氣量是指通過進(jìn)氣門進(jìn)入到缸內(nèi)的空氣中流到排氣管內(nèi)的空氣量。與目標(biāo)缸內(nèi)空氣量相加的空氣量可以是由與發(fā)動(dòng)機(jī)性能相關(guān)的任何的要求決定的目標(biāo)值，也可以是與固定值和運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的變動(dòng)值等的規(guī)定值。
[0026]在利用增壓器進(jìn)行了增壓，且進(jìn)氣壓達(dá)到能利用節(jié)氣門的操作調(diào)整的范圍的上限的情況下，本發(fā)明的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置利用進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)裝置的操作謀求要求扭矩的實(shí)現(xiàn)?；谠谶M(jìn)氣門的關(guān)閉正時(shí)與進(jìn)氣壓與缸內(nèi)空氣量之間成立的關(guān)系，根據(jù)從要求扭矩算得的目標(biāo)缸內(nèi)空氣量，決定該情況下的進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)裝置的操作量。
[0027]通過確定進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)裝置的操作量，而決定進(jìn)氣門的打開正時(shí)和關(guān)閉正時(shí)。但需要注意的是，重要的是決定缸內(nèi)空氣量的要素即進(jìn)氣門的關(guān)閉正時(shí)。這是因?yàn)椋谶M(jìn)氣壓達(dá)到上限的情況下，可以根據(jù)進(jìn)氣門的關(guān)閉正時(shí)唯一地決定缸內(nèi)空氣量。另一方面，進(jìn)氣門的打開正時(shí)影響進(jìn)氣門的打開期間與排氣門的打開期間的重疊量。但是，發(fā)生掃氣的增壓區(qū)域內(nèi)的氣門重疊量不影響缸內(nèi)空氣量，因而也不影響要求扭矩的實(shí)現(xiàn)精度。因此，進(jìn)氣門的打開期間沒有特別限定。
[0028]增壓發(fā)動(dòng)機(jī)可以具有排氣門驅(qū)動(dòng)裝置。排氣門驅(qū)動(dòng)裝置只要是至少能變更排氣門的關(guān)閉正時(shí)的裝置即可。當(dāng)排氣門的關(guān)閉正時(shí)被確定時(shí)，氣門重疊量確定。氣門重疊量不影響要求扭矩的實(shí)現(xiàn)精度，但掃氣量即在缸內(nèi)竄氣的空氣量依據(jù)氣門重疊量的大小增減。掃氣量與缸內(nèi)空氣量的總值就是通過進(jìn)氣門的空氣量，所以在進(jìn)氣壓達(dá)到上限的情況下，可以根據(jù)氣門重疊量唯一地決定通過進(jìn)氣門的空氣量。關(guān)于掃氣量，由于存在從防止催化劑預(yù)熱和早燃等的觀點(diǎn)出發(fā)的各種要求，所以也可以基于該種要求決定目標(biāo)通過進(jìn)氣門的空氣量，為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)通過進(jìn)氣門的空氣量而決定排氣門驅(qū)動(dòng)裝置的操作量。能夠基于在氣門重疊量與進(jìn)氣壓與通過進(jìn)氣門的空氣量之間成立的關(guān)系，根據(jù)目標(biāo)通過進(jìn)氣門的空氣量和進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)裝置的操作量(詳細(xì)而言是進(jìn)氣門的打開正時(shí))，決定該情況下的排氣門驅(qū)動(dòng)裝置的操作量。
[0029]另外，本發(fā)明中增壓發(fā)動(dòng)機(jī)所具有的增壓器可以是機(jī)械式增壓器，也可以是渦輪增壓器。但是，在為能利用附設(shè)的促動(dòng)器變更增壓特性的渦輪增壓器時(shí)，能夠利用該促動(dòng)器的操作主動(dòng)地控制增壓壓力。例如也可以根據(jù)目標(biāo)缸內(nèi)空氣量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，算出每單位時(shí)間內(nèi)的缸內(nèi)空氣量的目標(biāo)值，基于在促動(dòng)器的操作量與渦輪增壓器的增壓特性之間成立的關(guān)系，根據(jù)每單位時(shí)間內(nèi)的缸內(nèi)空氣量的目標(biāo)值和目標(biāo)增壓，決定促動(dòng)器的操作量。在該情況下，在當(dāng)下值相對(duì)于每單位時(shí)間內(nèi)的缸內(nèi)空氣量的目標(biāo)值不足時(shí)，能夠利用掃氣增加表觀的空氣量。詳細(xì)而言，根據(jù)當(dāng)下值相對(duì)于每單位時(shí)間內(nèi)的缸內(nèi)空氣量的目標(biāo)值的不足量算出目標(biāo)掃氣量，將目標(biāo)缸內(nèi)空氣量與目標(biāo)掃氣量的總值作為目標(biāo)通過進(jìn)氣門的空氣量決定排氣門驅(qū)動(dòng)裝置的操作量較好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置的結(jié)構(gòu)的功能框圖。
[0031]圖2是表示進(jìn)氣壓與各空氣量的關(guān)系的曲線圖。
[0032]圖3是用于對(duì)根據(jù)目標(biāo)缸內(nèi)空氣量決定目標(biāo)進(jìn)氣壓和進(jìn)氣門的氣門正時(shí)的方法進(jìn)行說明的圖。
[0033]圖4是用于對(duì)根據(jù)目標(biāo)缸內(nèi)空氣量決定目標(biāo)進(jìn)氣壓和進(jìn)氣門的氣門正時(shí)的方法進(jìn)行說明的圖。
[0034]圖5是對(duì)決定廢氣旁通閥的能率值和目標(biāo)掃氣量的方法進(jìn)行說明的圖。
[0035]圖6是表示由圖1所示的結(jié)構(gòu)的控制裝置獲得的控制結(jié)果的圖像的圖。
[0036]圖7是表示以往的NA發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置的結(jié)構(gòu)的功能框圖。
[0037]圖8是表示利用了以往的NA發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置的結(jié)構(gòu)的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置的結(jié)構(gòu)的功能框圖。
[0038]圖9是表示由圖8所示的結(jié)構(gòu)的控制裝置獲得的控制結(jié)果的圖像的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0039]以下，參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0040]應(yīng)用本實(shí)施方式的控制裝置的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)是具有帶WGV (廢氣旁通閥)的渦輪增壓器的火花點(diǎn)火式的四循環(huán)往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)。在該增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣通路內(nèi)安裝有電子控制式的節(jié)氣門。另外，在進(jìn)氣門安裝有IN-VVT(進(jìn)氣門用可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu))，在排氣門安裝有EX - VVT (排氣門用可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu))。
[0041]利用車載EQJ(Electronic Control Unit，電子控制單元)來控制增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。ECU具有車輛控制、發(fā)動(dòng)機(jī)控制和變速器控制等各種功能。本實(shí)施方式的控制裝置實(shí)現(xiàn)為ECU所具有的功能的一部分。從具有空氣流量計(jì)、曲軸轉(zhuǎn)角傳感器的各種傳感器，將與增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、運(yùn)轉(zhuǎn)條件相關(guān)的各種信息輸入到ECU。在ECU作為本實(shí)施方式的控制裝置發(fā)揮功能的情況下，E⑶按照存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的扭矩需求控制用的控制程序，對(duì)與空氣量相關(guān)的促動(dòng)器即節(jié)氣門、IN - VVT、EX - VVT和WGV進(jìn)行協(xié)調(diào)操作。
[0042]圖1是表示ECU按照控制程序而發(fā)揮功能從而實(shí)現(xiàn)的控制裝置的結(jié)構(gòu)的功能框圖。本實(shí)施方式的控制裝置100由目標(biāo)空氣量運(yùn)算單元110、IN-VVT控制單元120、節(jié)氣門控制單元130、EX - VVT控制單元160、目標(biāo)增壓運(yùn)算單元140和WGV控制單元150構(gòu)成。但需要注意的是，圖1所示的結(jié)構(gòu)是用在利用渦輪增壓器進(jìn)行增壓的增壓區(qū)域內(nèi)的結(jié)構(gòu)。在未利用渦輪增壓器進(jìn)行增壓(也就是說，增壓壓力還未啟動(dòng))的NA區(qū)域內(nèi)，能夠使用圖7所示的以往的NA發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩需求控制用的結(jié)構(gòu)。以下，說明在增壓區(qū)域內(nèi)采用的控制裝置100的結(jié)構(gòu)。
[0043]目標(biāo)空氣量運(yùn)算單元110算出為了實(shí)現(xiàn)要求扭矩而需要的缸內(nèi)空氣量，作為目標(biāo)缸內(nèi)空氣量。在該計(jì)算中，使用將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、點(diǎn)火正時(shí)和空燃比等各種發(fā)動(dòng)機(jī)信息作為自變量而使扭矩與缸內(nèi)空氣量相關(guān)聯(lián)而得到的映射。這里使用的映射與用于根據(jù)在NA發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩需求控制中使用的要求扭矩算出目標(biāo)空氣量的映射相同。
[0044]IN - VVT控制單元120根據(jù)目標(biāo)缸內(nèi)空氣量決定IN - VVT20的操作量即氣門正時(shí)指示值(IN-VVT指示值)和目標(biāo)進(jìn)氣壓。在進(jìn)行該決定時(shí)，使用將缸內(nèi)空氣量與進(jìn)氣門的氣門正時(shí)和進(jìn)氣壓相關(guān)聯(lián)的映射。在圖1中表示IN-VVT控制單元120的框內(nèi)，用曲線圖表示該映射的圖像。
[0045]圖2是用于說明在IN-VVT20的映射內(nèi)定義的進(jìn)氣壓與缸內(nèi)空氣量的關(guān)系的圖。在圖2所示的曲線圖中，用線來表示使進(jìn)氣門及排氣門的各氣門正時(shí)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為恒定的情況下的缸內(nèi)空氣量、通過進(jìn)氣門的空氣量、缸內(nèi)氣體總量相對(duì)于進(jìn)氣壓的各關(guān)系。缸內(nèi)氣體總量與進(jìn)氣壓的上升成比例地增大。對(duì)此，通過進(jìn)氣門的空氣量雖然與進(jìn)氣壓的上升相對(duì)應(yīng)地增大，但其增大的方式不是一樣的。在進(jìn)氣壓比大氣壓低的NA區(qū)域內(nèi)，通過進(jìn)氣門的空氣量比缸內(nèi)氣體總量少出由內(nèi)部EGR產(chǎn)生的殘留氣體量的量。但是，隨著進(jìn)氣壓接近大氣壓，殘留氣體量逐漸持續(xù)減少，在進(jìn)氣壓與大氣壓一致了的時(shí)刻，通過進(jìn)氣門的空氣量與缸內(nèi)氣體總量一致。并且，在進(jìn)氣壓比大氣壓高的增壓區(qū)域內(nèi)，通過進(jìn)氣門的空氣量比缸內(nèi)氣體總量多出掃氣量即在缸內(nèi)竄氣而從進(jìn)氣管流向排氣管的空氣量的量。進(jìn)氣壓與缸內(nèi)氣體總量的關(guān)系只依賴于進(jìn)氣門的氣門正時(shí)，更詳細(xì)而言是進(jìn)氣門的關(guān)閉正時(shí)。另一方面，進(jìn)氣壓與通過進(jìn)氣門的空氣量的關(guān)系依賴于進(jìn)氣門和排氣門雙方的氣門正時(shí)。
[0046]有助于扭矩的缸內(nèi)空氣量是通過進(jìn)氣門的空氣量和缸內(nèi)氣體總量中更少的一方。因此，在進(jìn)氣壓比大氣壓低的NA區(qū)域內(nèi)，缸內(nèi)空氣量與通過進(jìn)氣門的空氣量一致，但在進(jìn)氣壓比大氣壓高的增壓區(qū)域內(nèi)，缸內(nèi)空氣量與缸內(nèi)氣體總量一致。因此，在增壓區(qū)域內(nèi)，缸內(nèi)空氣量與進(jìn)氣壓成比例，缸內(nèi)空氣量與進(jìn)氣壓的關(guān)系只依賴于進(jìn)氣門的關(guān)閉正時(shí)。
[0047]在圖3和圖4中，利用橫軸為進(jìn)氣壓、縱軸為缸內(nèi)空氣量的曲線圖表示進(jìn)氣門的氣門正時(shí)與進(jìn)氣壓與缸內(nèi)空氣量的關(guān)系。在各曲線圖中，用線表示不同的4個(gè)氣門正時(shí)(IN-VT1、IN-VT2、IN-VT3、IN-VT4)的進(jìn)氣壓與缸內(nèi)空氣量的關(guān)系。至少在進(jìn)氣門的關(guān)閉正時(shí)，各氣門正時(shí)是存在不同的。但要注意的是，這4個(gè)氣門正時(shí)只不過是例示，在實(shí)際的映射中，關(guān)于更多的氣門正時(shí)，使進(jìn)氣壓與缸內(nèi)空氣量相關(guān)聯(lián)。以下，使用圖3和圖4對(duì)根據(jù)目標(biāo)缸內(nèi)空氣量決定進(jìn)氣門的氣門正時(shí)和目標(biāo)進(jìn)氣壓的方法進(jìn)行說明。
[0048]在施加了目標(biāo)缸內(nèi)空氣量的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)缸內(nèi)空氣量的進(jìn)氣門的氣門正時(shí)與進(jìn)氣壓的組合有時(shí)存在多個(gè)。在該情況下，IN - VVT控制單元120選擇預(yù)先設(shè)定的基礎(chǔ)氣門正時(shí)，基于該氣門正時(shí)的缸內(nèi)空氣量與進(jìn)氣壓的關(guān)系，算出能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)缸內(nèi)空氣量的進(jìn)氣壓。在各圖所示的例子中，IN-VTl為基礎(chǔ)氣門正時(shí)?；A(chǔ)氣門正時(shí)例如是發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗最佳的氣門正時(shí)。
[0049]但是，如各圖所示，進(jìn)氣壓存在上限值。該上限值是能夠利用節(jié)氣門10的操作調(diào)整的進(jìn)氣壓的范圍的上限。例如使節(jié)氣門10打開至全開時(shí)的進(jìn)氣壓、使節(jié)氣門10以最大速度打開后的進(jìn)氣壓就是該上限值。增壓區(qū)域內(nèi)的進(jìn)氣壓的上限值成為接近增壓壓力的增壓壓力以下的壓力。
[0050]不能將目標(biāo)進(jìn)氣壓設(shè)定為超過上限值。在圖3所示的例子中，在IN - VTl的基礎(chǔ)上能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)缸內(nèi)空氣量的進(jìn)氣壓未超過上限值。因此，在該情況下，將在IN-VTl的基礎(chǔ)上能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)缸內(nèi)空氣量的進(jìn)氣壓決定為目標(biāo)進(jìn)氣壓，并且將IN-VTl決定為對(duì)IN-VVT20的氣門正時(shí)指示值(IN - VVT指示值)。
[0051]另一方面，在圖4所示的例子中，在IN - VTl的基礎(chǔ)上能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)缸內(nèi)空氣量的進(jìn)氣壓超過上限值。在該情況下，在將進(jìn)氣壓的上限值設(shè)定為目標(biāo)進(jìn)氣壓的情況下，選擇能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)缸內(nèi)空氣量的進(jìn)氣門的氣門正時(shí)。掃氣發(fā)生時(shí)的缸內(nèi)空氣量由進(jìn)氣門關(guān)閉了時(shí)的缸內(nèi)容積和進(jìn)氣壓決定，所以在進(jìn)氣壓達(dá)到上限值的情況下，唯一決定能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)缸內(nèi)空氣量的進(jìn)氣門的氣門正時(shí)(更詳細(xì)而言是進(jìn)氣門的關(guān)閉正時(shí))。
[0052]那么，在進(jìn)氣壓達(dá)到能利用節(jié)氣門10的操作調(diào)整的范圍的上限的情況下，IN-VVT控制單元120為了根據(jù)進(jìn)氣門的關(guān)閉正時(shí)控制缸內(nèi)空氣量，而依據(jù)目標(biāo)缸內(nèi)空氣量決定進(jìn)氣門的氣門正時(shí)。在圖4所示的例子中，選擇IN - VT3，將IN - VT3設(shè)定為對(duì)IN - VVT20的氣門正時(shí)指示值(IN - VVT指示值)。
[0053]利用IN - VVT控制單元120決定的進(jìn)氣門的氣門正時(shí)被指示給IN - VVT20，并且輸入到EX - VVT控制單元160。另外，利用IN - VVT控制單元120決定的目標(biāo)進(jìn)氣壓輸入到EX - VVT控制單元160、節(jié)氣門控制單元130和目標(biāo)增壓運(yùn)算單元140。
[0054]目標(biāo)通過進(jìn)氣門的空氣量與進(jìn)氣門的氣門正時(shí)和目標(biāo)進(jìn)氣壓輸入到EX - VVT控制單元160。目標(biāo)通過進(jìn)氣門的空氣量是目標(biāo)缸內(nèi)空氣量與后述的目標(biāo)掃氣量的總值。目標(biāo)掃氣量是指通過掃氣而自進(jìn)氣管向排氣管竄氣的空氣的量的目標(biāo)值。在通過進(jìn)氣門的空氣量比由進(jìn)氣門的關(guān)閉正時(shí)和進(jìn)氣壓決定的缸內(nèi)空氣量多的情況下，這兩者的差成為掃氣量。
[0055]EX - VVT控制單元160將在氣門重疊量與進(jìn)氣壓與空氣量之間成立的關(guān)系形成為映射而存儲(chǔ)起來。在圖1的框內(nèi)用曲線圖表示映射的圖像。在該映射中，與氣門重疊量和進(jìn)氣壓相關(guān)聯(lián)的空氣量是指通過進(jìn)氣門的空氣量。當(dāng)在增壓區(qū)域內(nèi)，進(jìn)氣壓達(dá)到上限值的狀況下，可以根據(jù)氣門重疊量唯一決定通過進(jìn)氣門的空氣量。另外，由于確定了進(jìn)氣門的氣門正時(shí)，所以當(dāng)設(shè)定氣門重疊量時(shí)，可以唯一決定能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)通過進(jìn)氣門的空氣量的排氣門的氣門正時(shí)(更詳細(xì)而言是排氣門的關(guān)閉正時(shí))。
[0056]那么，EX - VVT控制單元160使用映射來特定使目標(biāo)通過進(jìn)氣門的空氣量和目標(biāo)進(jìn)氣壓同時(shí)實(shí)現(xiàn)的氣門重疊量。并且，基于特定的氣門重疊量和利用IN-VVT控制單元120決定的進(jìn)氣門的氣門正時(shí)，算出排氣門的氣門正時(shí)，將算得的氣門正時(shí)決定為對(duì)EX-VVT30的指示值(EX - VVT指示值)。
[0057]節(jié)氣門控制單元130使用空氣模型的反模型根據(jù)目標(biāo)進(jìn)氣壓和目標(biāo)通過進(jìn)氣門的空氣量計(jì)算節(jié)氣門開度。當(dāng)在增壓區(qū)域內(nèi)，進(jìn)氣壓達(dá)到上限值的狀況下，利用空氣模型的反模型算出的節(jié)氣門開度成為全開開度。節(jié)氣門控制單元130將算得的節(jié)氣門開度作為操作量而操作節(jié)氣門10。
[0058]目標(biāo)增壓運(yùn)算單元140算出將目標(biāo)進(jìn)氣壓與O氣壓以上的大小的儲(chǔ)備壓相加后得到的值，作為目標(biāo)增壓。儲(chǔ)備壓可以是固定值，也可以是依據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)變更的變動(dòng)值。
[0059]WGV控制單元150根據(jù)目標(biāo)增壓決定WGV40的操作量。WGV40的操作量是施加給驅(qū)動(dòng)WGV40的螺線管的能率值。在進(jìn)行能率的決定時(shí)，使用使WGV40的能率值與渦輪增壓器的增壓特性相關(guān)聯(lián)而得到的映射。在圖1中表示W(wǎng)GV控制單元150的框內(nèi)，用曲線圖表示該映射的圖像。
[0060]用每單位時(shí)間內(nèi)的缸內(nèi)空氣量(以下記為GA)與增壓壓力的關(guān)系來表示渦輪增壓器的增壓特性。利用缸內(nèi)空氣量(嚴(yán)密地說每I個(gè)循環(huán)內(nèi)的缸內(nèi)空氣量)與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的乘法來算出GA。目標(biāo)GA和當(dāng)下的GA與目標(biāo)增壓一并輸入到WGV控制單元150中。通過使目標(biāo)缸內(nèi)空氣量與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相乘，算出作為GA的目標(biāo)值的目標(biāo)GA。從利用空氣流量計(jì)計(jì)量得到的吸入空氣流量(每單位時(shí)間內(nèi)的通過進(jìn)氣門的空氣量)中減掉每單位時(shí)間內(nèi)的推測(cè)掃氣量，從而算出作為GA的當(dāng)下值的當(dāng)下GA。根據(jù)將發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)作為自變量的映射，算出每單位時(shí)間內(nèi)的推測(cè)掃氣量。
[0061]在圖5中用橫軸為GA、縱軸為增壓壓力的曲線圖來表示W(wǎng)GV控制單元150所用的映射的圖像。在曲線圖中，用曲線表示不同的3個(gè)能率值(Dutyl、Duty2、Duty3)處的GA與增壓壓力的關(guān)系。但需要注意的是，這4個(gè)能率值只不過是例示，在實(shí)際的映射中，關(guān)于更多的能率值，進(jìn)行進(jìn)氣壓與缸內(nèi)空氣量的關(guān)聯(lián)。WGV控制單元150根據(jù)映射來檢索使目標(biāo)增壓和目標(biāo)GA同時(shí)得到滿足的能率值，決定為WGV40的能率值。在圖5所示的例子中，將Duty2決定為WGV40的能率值。
[0062]此外，WGV控制單元150算出當(dāng)下GA相對(duì)于目標(biāo)GA的不足量。增壓壓力不僅依賴于WGV40的開度，而且也依賴于GA，所以在當(dāng)下GA相對(duì)于目標(biāo)GA不足的情況下，不能獲得期望的增壓壓力。那么，為了利用掃氣增加表觀的空氣量，根據(jù)當(dāng)下GA相對(duì)于目標(biāo)GA的不足量算出目標(biāo)掃氣量。詳細(xì)而言，通過將當(dāng)下GA相對(duì)于目標(biāo)GA的不足量設(shè)定為每單位時(shí)間內(nèi)的目標(biāo)掃氣量，能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速算出每I個(gè)循環(huán)的目標(biāo)掃氣量。當(dāng)增加掃氣量時(shí)，能夠不對(duì)扭矩施加影響地使增壓壓力上升。每I個(gè)循環(huán)的目標(biāo)掃氣量如上所述地用在目標(biāo)通過進(jìn)氣門的空氣量的計(jì)算中，依據(jù)目標(biāo)通過進(jìn)氣門的空氣量決定排氣門的氣門正時(shí)。并且，按照決定的氣門正時(shí)來操作EX-VVT30，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)掃氣量，進(jìn)而補(bǔ)充當(dāng)下GA相對(duì)于目標(biāo)GA的不足量。由此，實(shí)際增壓壓力相對(duì)于目標(biāo)增壓的追隨性得到擔(dān)保。
[0063]如上所述，采用本實(shí)施方式的控制裝置100，在利用渦輪增壓器進(jìn)行增壓的增壓區(qū)域中，根據(jù)要求扭矩計(jì)算目標(biāo)缸內(nèi)空氣量。并且，在進(jìn)氣壓達(dá)到能利用節(jié)氣門10的操作進(jìn)行調(diào)整的范圍的上限的情況下，根據(jù)進(jìn)氣門的氣門正時(shí)，更詳細(xì)而言是根據(jù)進(jìn)氣門的關(guān)閉正時(shí)來控制缸內(nèi)空氣量。由此，如圖6所示，實(shí)際實(shí)現(xiàn)的缸內(nèi)空氣量相對(duì)于目標(biāo)缸內(nèi)空氣量也不會(huì)過剩，進(jìn)而，實(shí)現(xiàn)扭矩相對(duì)于要求扭矩既不會(huì)不足也不會(huì)過剩。也就是說，采用本實(shí)施方式的控制裝置100，能夠提高發(fā)生掃氣的增壓區(qū)域內(nèi)的要求扭矩的實(shí)現(xiàn)性。另外，采用本實(shí)施方式的控制裝置100，還有如下優(yōu)點(diǎn):能根據(jù)排氣門的氣門正時(shí)任意地控制掃氣量。由此，能夠不對(duì)扭矩產(chǎn)生影響地將通過進(jìn)氣門的空氣量調(diào)整為任意的量。
[0064]另外，本發(fā)明并不限定于上述的實(shí)施方式，能夠在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變形地實(shí)施本發(fā)明。例如在利用目標(biāo)空氣量運(yùn)算單元110計(jì)算目標(biāo)缸內(nèi)空氣量時(shí)，也可以代替映射地，使用使扭矩和缸內(nèi)空氣量與各種發(fā)動(dòng)機(jī)信息相關(guān)聯(lián)而得到的函數(shù)式。關(guān)于由IN - VVT控制單元120、EX - VVT控制單元160和WGV控制單元150進(jìn)行的計(jì)算也是同樣的。在這些計(jì)算中，能夠代替映射地使用函數(shù)式。
[0065]另外，在上述的實(shí)施方式中，作為由WGV控制單元150進(jìn)行的WGV控制的一種處理，決定目標(biāo)掃氣量，但是從防止催化劑預(yù)熱和早燃等的觀點(diǎn)，也可以決定目標(biāo)掃氣量。另夕卜，也可以不將目標(biāo)掃氣量，而是將相當(dāng)于掃氣量的規(guī)定值與目標(biāo)缸內(nèi)空氣量相加，從而決定目標(biāo)通過進(jìn)氣門的空氣量。該情況下的規(guī)定值為零以上的值即可，可以為固定值，也可以為依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)變更的變動(dòng)值。
[0066]另外，在應(yīng)用了本發(fā)明的控制裝置的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中，進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)裝置為至少能夠變更進(jìn)氣門的關(guān)閉正時(shí)的裝置即可。因此，不僅是可變氣門正時(shí)裝置，也可以是升程量和作用角能變更的可變氣門升程裝置、利用電磁閥開閉進(jìn)氣門的電磁式氣門升程裝置等。排氣門驅(qū)動(dòng)裝置也是同樣的。排氣門驅(qū)動(dòng)裝置為至少能變更排氣門的關(guān)閉正時(shí)的裝置即可，所以也可以是可變氣門升程裝置或電磁式氣門升程裝置。另外，本發(fā)明的控制裝置不僅能應(yīng)用在具有帶廢氣旁通閥的渦輪增壓器的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中，還能應(yīng)用在具有可變?nèi)萘啃蜏u輪增壓器的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中。
[0067]附圖標(biāo)記說明
[0068]10、節(jié)氣門;20、IN-VVT(進(jìn)氣門用可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu));30、EX - VVT(排氣門用可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu))；40、廢氣旁通閥；100、控制裝置；110、目標(biāo)空氣量運(yùn)算單元；UOUN-VVT 控制單元 ;130、節(jié)氣門控制單元；140、目標(biāo)增壓運(yùn)算單元；150、WGV控制單元；160、EX-VVT控制單元。
【權(quán)利要求】
1.一種增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置，該增壓發(fā)動(dòng)機(jī)具有節(jié)氣門、增壓器和能使進(jìn)氣門的關(guān)閉正時(shí)變更的進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于， 該增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置具有: 根據(jù)要求扭矩算出目標(biāo)缸內(nèi)空氣量的機(jī)構(gòu)； 使所述目標(biāo)缸內(nèi)空氣量與吹過缸內(nèi)的空氣量相加，從而算出目標(biāo)進(jìn)氣門通過空氣量的機(jī)構(gòu)； 根據(jù)所述目標(biāo)缸內(nèi)空氣量決定所述進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)裝置的操作量的機(jī)構(gòu)； 根據(jù)所述目標(biāo)進(jìn)氣門通過空氣量決定所述節(jié)氣門的操作量的機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 在利用所述增壓器進(jìn)行增壓，且進(jìn)氣壓達(dá)到能通過所述節(jié)氣門的操作進(jìn)行調(diào)整的范圍的上限的情況下，決定所述進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)裝置的操作量的機(jī)構(gòu)基于在進(jìn)氣門的關(guān)閉正時(shí)與進(jìn)氣壓、缸內(nèi)空氣量之間成立的關(guān)系，決定所述進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)裝置的操作量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述增壓發(fā)動(dòng)機(jī)還具有能使排氣門的關(guān)閉正時(shí)變更的排氣門驅(qū)動(dòng)裝置， 所述控制裝置還具有根據(jù)所述目標(biāo)進(jìn)氣門通過空氣量與所述進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)裝置的操作量決定所述排氣門驅(qū)動(dòng)裝置的操作量的機(jī)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 在利用所述增壓器進(jìn)行增壓，且進(jìn)氣壓達(dá)到能通過所述節(jié)氣門的操作進(jìn)行調(diào)整的范圍的上限的情況下，決定所述排氣門驅(qū)動(dòng)裝置的操作量的機(jī)構(gòu)基于在所述進(jìn)氣門的打開期間和所述排氣門的打開期間的重疊量與進(jìn)氣壓、進(jìn)氣門通過空氣量之間成立的關(guān)系，決定所述排氣門驅(qū)動(dòng)裝置的操作量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述增壓器是能利用附設(shè)的促動(dòng)器變更增壓特性的渦輪增壓器， 所述控制裝置還具有: 決定目標(biāo)增壓的機(jī)構(gòu)； 根據(jù)所述目標(biāo)缸內(nèi)空氣量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速算出每目標(biāo)單位時(shí)間內(nèi)的缸內(nèi)空氣量的機(jī)構(gòu)； 基于在所述促動(dòng)器的操作量與所述渦輪增壓器的增壓特性之間成立的關(guān)系，根據(jù)所述每目標(biāo)單位時(shí)間內(nèi)的缸內(nèi)空氣量和所述目標(biāo)增壓，決定所述促動(dòng)器的操作量的機(jī)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述控制裝置還具有: 取得每單位時(shí)間內(nèi)的缸內(nèi)空氣量的當(dāng)下值的機(jī)構(gòu)； 根據(jù)所述當(dāng)下值相對(duì)于所述每目標(biāo)單位時(shí)間內(nèi)的缸內(nèi)空氣量的不足量，算出吹過缸內(nèi)的空氣量的目標(biāo)值的機(jī)構(gòu)， 決定所述目標(biāo)進(jìn)氣門通過空氣量的機(jī)構(gòu)決定所述目標(biāo)缸內(nèi)空氣量與吹過缸內(nèi)的空氣量的所述目標(biāo)值的合計(jì)值，作為所述目標(biāo)進(jìn)氣門通過空氣量。
【文檔編號(hào)】F02D45/00GK104487679SQ201280074820
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月25日
【發(fā)明者】副島慎一, 永樂玲, 田中聰, 吉崎聰, 高橋清德, 坂柳佳宏 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社