專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，詳細(xì)而言涉及具備缸內(nèi)壓傳感器的火花點(diǎn)火式的 內(nèi)燃機(jī)的控制裝置。
背景技術(shù)：
作為使用了缸內(nèi)壓傳感器的點(diǎn)火正時(shí)的調(diào)整方法，已知日本特開2006-170183號(hào) 公報(bào)公開的方法。根據(jù)該文獻(xiàn)公開的方法，基于缸內(nèi)壓傳感器的輸出值來算出預(yù)定的定時(shí) 下的燃燒比例，對(duì)燃燒室的燃燒開始時(shí)刻、也即是點(diǎn)火正時(shí)進(jìn)行調(diào)整，使得該算出值與目標(biāo) 值相一致。具體而言，進(jìn)行點(diǎn)火正時(shí)的調(diào)整，使得曲軸轉(zhuǎn)角為上死點(diǎn)后8°時(shí)的燃燒比例為 50%。已知當(dāng)點(diǎn)火正時(shí)為MBT時(shí)，在上死點(diǎn)后10°附近，燃燒比例變?yōu)?0%。上述文獻(xiàn)公 開的方法是用于通過反饋缸內(nèi)壓傳感器的輸出值來實(shí)現(xiàn)MBT下的點(diǎn)火的方法。作為進(jìn)行反 饋的具體方法公開了如下方法計(jì)算根據(jù)缸內(nèi)壓傳感器的輸出值而算出的燃燒比例和其目 標(biāo)值的偏差，將算出的偏差輸入比例積分電路，從而算出點(diǎn)火正時(shí)。缸內(nèi)的燃燒狀態(tài)直接反映到由缸內(nèi)壓傳感器測(cè)量的缸內(nèi)壓。因此，通過如上述文 獻(xiàn)公開的方法那樣將燃燒比例反饋至點(diǎn)火正時(shí)的設(shè)定，從而能夠可靠地控制缸內(nèi)的燃燒狀 態(tài)。但是，上述那樣的優(yōu)點(diǎn)的另一方面，當(dāng)如冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)那樣燃燒不穩(wěn)定時(shí)、如加速/ 減速時(shí)那樣燃燒狀態(tài)劇變時(shí)，由此產(chǎn)生的燃燒變動(dòng)也被反映到缸內(nèi)壓。其結(jié)果，根據(jù)缸內(nèi)壓 而算出的燃燒比例的值成為變動(dòng)的值，將其反映到點(diǎn)火正時(shí)的設(shè)定，從而有可能會(huì)相反地 使燃燒變動(dòng)增長(zhǎng)。也即是，上述文獻(xiàn)公開的方法在可靠性、也即是燃燒狀態(tài)的穩(wěn)定控制這一 方面仍有改善的余地。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述那樣的問題而完成的發(fā)明，目的在于提供一種能夠穩(wěn)定地 進(jìn)行基于點(diǎn)火正時(shí)的燃燒狀態(tài)的控制的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置。本發(fā)明的控制裝置是具備缸內(nèi)壓傳感器的火花點(diǎn)火式的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置。本發(fā) 明的控制裝置具備對(duì)與燃燒狀態(tài)相關(guān)的預(yù)定的燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)的目標(biāo)值進(jìn)行設(shè)定的單元。燃 燒關(guān)聯(lián)參數(shù)的值(實(shí)際值)能夠根據(jù)缸內(nèi)壓傳感器的輸出值來算出，控制裝置具備用于算 出該值的單元。作為燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)，優(yōu)選燃燒比例或與其等同的物理量相關(guān)的參數(shù)。特別 是，從與MBT具有密切的關(guān)系方面來看，相對(duì)于預(yù)定曲軸轉(zhuǎn)角(例如上死點(diǎn)后10° )的50% 燃燒點(diǎn)的延遲量為最優(yōu)選的參數(shù)之一。本發(fā)明的控制裝置具備基于燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)的目標(biāo)值來設(shè)定點(diǎn)火正時(shí)的單元、和將 燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)的算出值反饋至點(diǎn)火正時(shí)的設(shè)定的單元，按照最終設(shè)定的點(diǎn)火正時(shí)對(duì)內(nèi)燃機(jī) 的點(diǎn)火裝置進(jìn)行操作?？刂蒲b置也具備在某條件下停止燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)的算出值的反饋的單 元。其條件是與燃燒變動(dòng)的大小相關(guān)的預(yù)定的燃燒變動(dòng)參數(shù)的值(實(shí)際值)超出燃燒變動(dòng) 的容許范圍的情況。通過在這樣的情況下停止反饋，從而能夠防止燃燒變動(dòng)被反映到點(diǎn)火
3正時(shí)的設(shè)定。燃燒變動(dòng)參數(shù)的值能夠根據(jù)缸內(nèi)壓傳感器的輸出值來算出，控制裝置具備用 于算出該值的單元。作為燃燒變動(dòng)參數(shù)，優(yōu)選燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)量。例如，能夠?qū)⑦^去數(shù) 周期的燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)的最大值與最小值之差除以平均值后的值用作燃燒變動(dòng)參數(shù)。在本發(fā)明的更優(yōu)選的形式中，控制裝置具備在燃燒變動(dòng)參數(shù)的算出值超出燃燒變 動(dòng)的容許范圍的情況下，將內(nèi)燃機(jī)的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩反饋至點(diǎn)火正時(shí)的設(shè)定的單元。內(nèi)燃機(jī)的產(chǎn) 生轉(zhuǎn)矩能夠根據(jù)缸內(nèi)壓傳感器的輸出值來算出。在更優(yōu)選的形式中，控制裝置具備用于算 出該值的單元。50%燃燒點(diǎn)的延遲量等的燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)是根據(jù)相對(duì)于曲軸轉(zhuǎn)角的缸內(nèi)壓 的波形決定的值，與此相對(duì)，轉(zhuǎn)矩是與以曲軸轉(zhuǎn)角對(duì)缸內(nèi)壓進(jìn)行積分后的值、即面積對(duì)應(yīng)的 值。因此，雖然轉(zhuǎn)矩不是如燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)那樣對(duì)燃燒狀態(tài)的變化的敏感度那么高，但不會(huì)受 燃燒變動(dòng)的影響而發(fā)生較大的變動(dòng)。在更優(yōu)選的形式中，通過代替燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)來反饋轉(zhuǎn) 矩，從而在燃燒變動(dòng)較大的狀況下，也能夠?qū)嵤┗诶^續(xù)反饋控制的燃燒狀態(tài)的可靠控制。在本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的形式中，控制裝置具備在某條件下也使產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的算出值 的反饋停止的單元。其條件是燃燒變動(dòng)參數(shù)的算出值超出比上述的容許范圍寬松的第二容 許范圍的情況。在這樣的情況下，通過停止全部的反饋，能夠防止燃燒變動(dòng)被反映到點(diǎn)火正 時(shí)的設(shè)定。在本發(fā)明中，設(shè)定點(diǎn)火正時(shí)的單元可以包括如下單元將燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)的目標(biāo)值 作為控制值，按照根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的當(dāng)前或作為目標(biāo)的運(yùn)行條件而確定的運(yùn)算規(guī)則，基于其控 制值運(yùn)算點(diǎn)火正時(shí)。在點(diǎn)火正時(shí)設(shè)定單元如上述那樣構(gòu)成的情況下，反饋燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)或 轉(zhuǎn)矩的單元能夠?qū)ι鲜龅目刂浦颠M(jìn)行修正，使得燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)的算出值變?yōu)槟繕?biāo)值。該情 況下，會(huì)在根據(jù)控制值獲得點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的運(yùn)算處理中考慮運(yùn)行條件對(duì)點(diǎn)火正時(shí)產(chǎn)生的影 響。因此，當(dāng)算出修正控制值的反饋修正量時(shí)，不需要考慮運(yùn)行條件，即使在運(yùn)行條件可能 變化的狀況下，也容易將燃燒狀態(tài)控制為最佳。


圖1是表示作為本發(fā)明實(shí)施方式1的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是同時(shí)表示缸內(nèi)壓力相對(duì)于曲軸轉(zhuǎn)角的變化、和與其對(duì)應(yīng)的熱產(chǎn)生率的變化 的圖。圖3是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的反饋控制的程序的流程圖。圖4是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的反饋控制的程序的流程圖。圖5是表示作為本發(fā)明實(shí)施方式3的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。符號(hào)說明2內(nèi)燃機(jī)4缸內(nèi)壓傳感器24 50%燃燒點(diǎn)延遲量的目標(biāo)值的運(yùn)算部26點(diǎn)火正時(shí)的運(yùn)算部28 50%燃燒點(diǎn)延遲量的實(shí)際值的運(yùn)算部32,50 FB控制器(50%燃燒點(diǎn)延遲量)40轉(zhuǎn)矩的實(shí)際值的運(yùn)算部44、52 FB控制器(轉(zhuǎn)矩)
36切換器38判定部
具體實(shí)施方式

(實(shí)施方式1)參照?qǐng)D1 圖3的各圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式1進(jìn)行說明。圖1是表示作為本發(fā)明實(shí)施方式1的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。本實(shí)施方 式的控制裝置適用于火花點(diǎn)火式的內(nèi)燃機(jī)，構(gòu)成為控制火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的致動(dòng)器、即節(jié) 氣門和點(diǎn)火裝置的各動(dòng)作的控制裝置。本實(shí)施方式的控制裝置從設(shè)在控制系統(tǒng)的上位的動(dòng)力傳動(dòng)管理系統(tǒng)(省略圖示) 取得要求轉(zhuǎn)矩和要求效率，為了實(shí)現(xiàn)這些要求而進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)的控制，詳細(xì)而言進(jìn)行吸入空 氣量的控制和點(diǎn)火正時(shí)的控制。在此所說的效率是全部功相對(duì)于能夠從內(nèi)燃機(jī)取出的功的 比率，要求效率是指想要取出的功相對(duì)于能夠取出的功的比率。因此，要求效率的最大值是
Io首先，對(duì)本實(shí)施方式中進(jìn)行的吸入空氣量的控制進(jìn)行說明?？刂蒲b置將取得的要 求轉(zhuǎn)矩和要求效率提供給除法器8，算出對(duì)要求轉(zhuǎn)矩除以要求效率后的值。要求效率為1以 下的值，所以從除法器8算出的轉(zhuǎn)矩的值為高于要求轉(zhuǎn)矩的值。接著，控制裝置在空氣量變換部10將由除法器8算出的提高轉(zhuǎn)矩變換為空氣量 (KL)。由該變換處理得到的空氣量為內(nèi)燃機(jī)的目標(biāo)空氣量。在此所說的空氣量是一個(gè)周期 的缸內(nèi)吸入空氣量，可以用其代替無因次化后的充填效率(負(fù)載率)。在變換處理中使用使 轉(zhuǎn)矩和空氣量相關(guān)聯(lián)的映射。在該映射中，以內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速、空燃比等、影響轉(zhuǎn)矩和空氣量的 關(guān)系的各種的運(yùn)行條件為關(guān)鍵點(diǎn)。關(guān)于點(diǎn)火正時(shí)，以是MBT為前提。接著，控制裝置在節(jié)氣門開度設(shè)定部12中根據(jù)目標(biāo)空氣量來算出節(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向模型。空氣模型是吸氣系統(tǒng)的物理模型，基于流 體力學(xué)等使空氣量對(duì)節(jié)氣門的動(dòng)作的響應(yīng)模型化。控制裝置將根據(jù)目標(biāo)空氣量而變換出的 節(jié)氣門開度設(shè)定為節(jié)氣門6的操作量，按照設(shè)定的節(jié)氣門開度對(duì)節(jié)氣門6進(jìn)行操作。接著，對(duì)點(diǎn)火正時(shí)的控制進(jìn)行說明。在本實(shí)施方式中，點(diǎn)火正時(shí)的控制中使用的目 標(biāo)值為轉(zhuǎn)矩效率。轉(zhuǎn)矩效率被定義為內(nèi)燃機(jī)的要求轉(zhuǎn)矩相對(duì)于推定轉(zhuǎn)矩的比。轉(zhuǎn)矩效率的 計(jì)算中使用的推定轉(zhuǎn)矩基于節(jié)氣門開度來算出。當(dāng)算出推定轉(zhuǎn)矩時(shí)，控制裝置首先根據(jù)節(jié)氣門開度傳感器的輸出值、節(jié)氣門電機(jī) 的旋轉(zhuǎn)量等取得節(jié)氣門6的實(shí)際開度。并且，在推定空氣量算出部14中，算出推定為能夠 由取得的節(jié)氣門開度實(shí)現(xiàn)的空氣量。在推定空氣量的計(jì)算中使用上述的空氣模型的正向模 型。接著，控制裝置在轉(zhuǎn)矩變換部16中，將根據(jù)節(jié)氣門開度而推定出的空氣量變換為 轉(zhuǎn)矩。由該變換處理得到的轉(zhuǎn)矩是上述的推定轉(zhuǎn)矩。在變換處理中使用使空氣量和轉(zhuǎn)矩相 關(guān)聯(lián)的映射。在該映射中，以內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速、空燃比等、影響轉(zhuǎn)矩和空氣量的關(guān)系的各種運(yùn)行 條件為關(guān)鍵點(diǎn)。關(guān)于點(diǎn)火正時(shí)以是MBT為前提。因此，推定轉(zhuǎn)矩是指點(diǎn)火正時(shí)為MBT時(shí)能 實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)矩、即能夠由當(dāng)前的吸入空氣量實(shí)現(xiàn)的最大轉(zhuǎn)矩。控制裝置將取得的要求轉(zhuǎn)矩和推定轉(zhuǎn)矩提供給除法器20，算出對(duì)要求轉(zhuǎn)矩除以推定轉(zhuǎn)矩后的值。這樣，算出的值為轉(zhuǎn)矩效率?？刂蒲b置在效率變換部22中將轉(zhuǎn)矩效率變換 為KL效率。在變換處理中使用變換式或映射。KL效率是為實(shí)現(xiàn)要求轉(zhuǎn)矩而要求的空氣量 相對(duì)于能由當(dāng)前的節(jié)氣門開度實(shí)現(xiàn)的推定空氣量的比率。在本實(shí)施方式中，該KL效率被用 于點(diǎn)火正時(shí)控制。控制裝置為了實(shí)現(xiàn)上述的KL效率而進(jìn)行點(diǎn)火正時(shí)的控制。本實(shí)施方式中進(jìn)行的 點(diǎn)火正時(shí)的控制方法能夠作為組合前饋控制和反饋控制的方法來進(jìn)行說明。在前饋控制中，基于KL效率的目標(biāo)值來確定預(yù)定的燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)的值，將該燃燒 關(guān)聯(lián)參數(shù)的值作為控制值，對(duì)點(diǎn)火正時(shí)進(jìn)行設(shè)定。本實(shí)施方式中使用的燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)是相 對(duì)于上死點(diǎn)后10度的50%燃燒點(diǎn)的曲軸轉(zhuǎn)角(以下記為“ATDC 10° ”)的延遲量。50% 燃燒點(diǎn)是熱產(chǎn)生率(燃燒率)為50%的曲軸轉(zhuǎn)角。圖2同時(shí)示出在某定時(shí)進(jìn)行了點(diǎn)火的情 況下的缸內(nèi)壓力相對(duì)于曲軸轉(zhuǎn)角的變化、和與其對(duì)應(yīng)的熱產(chǎn)生率的變化。各曲軸轉(zhuǎn)角下的 熱產(chǎn)生率和缸內(nèi)壓力的波形之間具有相關(guān)性，各曲軸轉(zhuǎn)角下的熱產(chǎn)生率能夠根據(jù)缸內(nèi)壓力 的波形來計(jì)算。在ATDC 10°附近存在50%燃燒點(diǎn)時(shí)，內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)矩為最大，此時(shí)的點(diǎn)火正 時(shí)是所謂的MBT。當(dāng)50%燃燒點(diǎn)處于ATDC10。時(shí)，內(nèi)燃機(jī)的效率變?yōu)樽畲笾?，50%燃燒點(diǎn) 相對(duì)于ATDC10。的延遲量(以下簡(jiǎn)稱為“50%燃燒點(diǎn)延遲量”)越大，內(nèi)燃機(jī)的效率越低。 50%燃燒點(diǎn)延遲量和內(nèi)燃機(jī)的效率為一對(duì)一的關(guān)系，該關(guān)系不受內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速等運(yùn)行條件的 影響。因此，通過將50%燃燒點(diǎn)延遲量作為控制值來進(jìn)行點(diǎn)火正時(shí)控制，能夠?qū)?nèi)燃機(jī)的燃 燒狀態(tài)控制為所期望的狀態(tài)。控制裝置在運(yùn)算部24中對(duì)與KL效率的目標(biāo)值對(duì)應(yīng)的50%燃燒點(diǎn)延遲量進(jìn)行運(yùn) 算。在運(yùn)算部24中具備使KL效率和50%燃燒點(diǎn)延遲量相關(guān)聯(lián)的映射。該映射是基于由實(shí) 驗(yàn)得到的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來生成的。以下，將該映射稱為效率映射。運(yùn)算部24使用該效率映射將 KL效率的目標(biāo)值變換為50%燃燒點(diǎn)的延遲量。由該變換處理得到的50%燃燒點(diǎn)的延遲量 的值是50%燃燒點(diǎn)的延遲量的目標(biāo)值，同時(shí)是決定點(diǎn)火正時(shí)的控制值的基值?？刂蒲b置進(jìn)一步在運(yùn)算部26中，根據(jù)作為控制值的50%燃燒點(diǎn)延遲量來決定點(diǎn) 火正時(shí)。在運(yùn)算部26中具備使50%燃燒點(diǎn)延遲量和點(diǎn)火正時(shí)相關(guān)聯(lián)的映射。以下，將該映 射稱為主映射。主映射的特征是以內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行條件為關(guān)鍵點(diǎn)使50%燃燒點(diǎn)延遲量和點(diǎn) 火正時(shí)相關(guān)聯(lián)。作為關(guān)鍵點(diǎn)的運(yùn)行條件至少包括內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速(NE)。在目標(biāo)空燃比可變的情 況下，目標(biāo)空燃比也被包括在運(yùn)行條件中。另外，在氣門定時(shí)可變的情況下，氣門正時(shí)也被 包括在運(yùn)行條件中。但這些運(yùn)行條件改變時(shí)，即使點(diǎn)火正時(shí)相同，相對(duì)于曲軸轉(zhuǎn)角的缸內(nèi)壓 力的波形也不同，結(jié)果，50%燃燒點(diǎn)延遲量也不同。主映射是對(duì)作為關(guān)鍵點(diǎn)的運(yùn)行條件進(jìn)行 各種變化來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、基于由此得到的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)而生成的。在此為了簡(jiǎn)化說明，使在主映射 中考慮的運(yùn)行條件僅為內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速。運(yùn)算部26使用該主映射而根據(jù)當(dāng)前的內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和 控制值來決定點(diǎn)火正時(shí)?？刂蒲b置以由運(yùn)算部26算出的點(diǎn)火正時(shí)對(duì)內(nèi)燃機(jī)2的點(diǎn)火裝置 進(jìn)行操作。以上是基于前饋控制的點(diǎn)火正時(shí)的控制，但由于內(nèi)燃機(jī)2的個(gè)體差異、主映射的 適用精度的影響，僅前饋控制無法一定將內(nèi)燃機(jī)的燃燒狀態(tài)控制為所期望的狀態(tài)。在此組 合的是以下說明的反饋控制。為了進(jìn)行反饋控制，在控制裝置中設(shè)置有兩個(gè)反饋系統(tǒng)(第一反饋系和第二反饋 系統(tǒng))。任何反饋系統(tǒng)都使用缸內(nèi)壓傳感器(CPS)4的輸出值。缸內(nèi)壓傳感器4安裝于內(nèi)燃
6機(jī)的一部分的氣缸或全部的氣缸。在第一反饋系統(tǒng)中，控制裝置在運(yùn)算部28中根據(jù)缸內(nèi)壓傳感器4的輸出值算出 50%燃燒點(diǎn)延遲量的實(shí)際值。50%燃燒點(diǎn)延遲量是根據(jù)相對(duì)于曲軸轉(zhuǎn)角的缸內(nèi)壓力的波形 而唯一確定的燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)。因此，通過按照預(yù)定的計(jì)算規(guī)則對(duì)缸內(nèi)壓傳感器4的輸出值 進(jìn)行處理，50 %燃燒點(diǎn)延遲量的值被唯一算出。當(dāng)在各氣缸安裝有缸內(nèi)壓傳感器4時(shí)，按每 個(gè)氣缸算出50%燃燒點(diǎn)延遲量。當(dāng)僅在一個(gè)氣缸安裝有缸內(nèi)壓傳感器4時(shí)，由對(duì)該氣缸計(jì) 算的50%燃燒點(diǎn)延遲量代表其他氣缸的50%燃燒點(diǎn)延遲量。在第一反饋系中，控制裝置將由運(yùn)算部24算出的50%燃燒點(diǎn)延遲量(目標(biāo)值)和 由運(yùn)算部28算出的50%燃燒點(diǎn)延遲量(實(shí)際值)提供給減法運(yùn)算器30，算出兩者的偏差。 并且，控制裝置通過將50%燃燒點(diǎn)延遲量的偏差提供給FB(反饋)控制器32，從而算出FB 修正量。在此算出的FB修正量的維數(shù)與50%燃燒點(diǎn)延遲量的維數(shù)一致。在圖中，作為FB 控制器3而使用PID電路，但也可以使用其他的控制器。另一方面，在第二反饋系統(tǒng)中，控制裝置在運(yùn)算部40中根據(jù)缸內(nèi)壓傳感器4的輸 出值來算出內(nèi)燃機(jī)的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩與以曲軸轉(zhuǎn)角對(duì)缸內(nèi)壓進(jìn)行積分后的值、即面積相對(duì) 應(yīng)，因此，通過按照預(yù)定的計(jì)算規(guī)則來對(duì)缸內(nèi)壓傳感器4的輸出值進(jìn)行處理，內(nèi)燃機(jī)的產(chǎn)生 轉(zhuǎn)矩被唯一算出。在第二反饋系統(tǒng)中，控制裝置將要求轉(zhuǎn)矩(目標(biāo)值)和由運(yùn)算部40算出的實(shí)際轉(zhuǎn) 矩(實(shí)際值)提供給減法運(yùn)算器42，算出兩者的偏差。并且，控制裝置通過將轉(zhuǎn)矩的偏差提 供給FB控制器44，從而算出FB修正量。在FB控制器44中，以算出的TO修正量的維數(shù)與 50%燃燒點(diǎn)延遲量的維數(shù)一致方式進(jìn)行增益的設(shè)定。可以在增益的設(shè)定中使用使轉(zhuǎn)矩的值 和50%燃燒點(diǎn)延遲量的值相關(guān)聯(lián)的映射?？刂蒲b置按照預(yù)定的規(guī)則選擇這兩個(gè)反饋系統(tǒng)的任一方。并且，將由選擇的反饋 系統(tǒng)算出的FB修正量和50%燃燒點(diǎn)延遲量的控制值提供給加法運(yùn)算器34，對(duì)兩者進(jìn)行加 法運(yùn)算，從而修正50%燃燒點(diǎn)延遲量的控制值。在下次的步驟中，基于由FB修正量修正后 的50%燃燒點(diǎn)延遲量的控制值來進(jìn)行基于運(yùn)算部26的運(yùn)算。各FB控制器32、44的增益被 設(shè)定為使得由這些控制器算出的FB修正量在減少50%燃燒點(diǎn)延遲量的目標(biāo)值與實(shí)際值的 偏差的方向上起作用。控制裝置遵循的反饋系統(tǒng)的選擇規(guī)則基于燃燒變動(dòng)的大小。當(dāng)燃燒變動(dòng)比較小 時(shí)，選擇第一反饋系統(tǒng)，當(dāng)燃燒變動(dòng)比較大時(shí)，選擇第二反饋系統(tǒng)。燃燒變動(dòng)被反映到缸內(nèi) 壓傳感器4的輸出值，所以能夠使用由運(yùn)算部28算出的50%燃燒點(diǎn)延遲量來評(píng)價(jià)燃燒變動(dòng) 的大小。在本實(shí)施方式中，取得過去數(shù)周期的50%燃燒點(diǎn)延遲量，算出其最大值、最小值以 及平均值。并且，作為與燃燒變動(dòng)的大小相關(guān)的參數(shù)，算出由下式定義的燃燒變動(dòng)量。燃燒變動(dòng)量=(最大值_最小值)/平均值控制裝置在判定部38中算出上述的燃燒變動(dòng)量，判定該算出值是否為預(yù)定的閾 值以下。上述的閾值與關(guān)于50%燃燒點(diǎn)延遲量的精度而容許的燃燒變動(dòng)的上限值相對(duì)應(yīng)。 控制裝置按照判定部38的判定結(jié)果來選擇使用的反饋系統(tǒng)，按照其選擇來操作切換器36。切換器36配置在各FB控制器32、44和加法運(yùn)算器34之間，在兩個(gè)FB控制器32、 44之間切換與加法運(yùn)算器34的連接。用于操作該切換器36的操作信號(hào)由判定部38供給。 在判定部38中，當(dāng)判斷為燃燒變動(dòng)量為閾值以下時(shí)，操作切換器36，使得將FB控制器32連
7接到加法運(yùn)算器34。由此，進(jìn)行使用第一反饋系統(tǒng)的反饋控制。另一方面，當(dāng)判斷為燃燒變 動(dòng)量超過閾值時(shí)，操作切換器36，使得將FB控制器44連接到加法運(yùn)算器34，進(jìn)行使用第二 反饋系統(tǒng)的反饋控制。圖3用流程圖示出以上說明的反饋控制的程序。在最初的步驟S10中，控制裝置 根據(jù)缸內(nèi)壓傳感器4的輸出值算出50%燃燒點(diǎn)延遲量，并且與其并行地算出內(nèi)燃機(jī)的產(chǎn)生 轉(zhuǎn)矩。在接著的步驟S20中，控制裝置根據(jù)過去數(shù)周期的50%燃燒點(diǎn)延遲量的履歷計(jì)算 燃燒變動(dòng)量。在接著的步驟S30中，控制裝置判定燃燒變動(dòng)量是否為閾值以下。當(dāng)燃燒變動(dòng)量為閾值以下時(shí)，控制裝置選擇步驟S40的處理。在步驟S40中，控制 裝置實(shí)施使用了第一反饋系統(tǒng)的反饋控制。即，基于50%燃燒點(diǎn)延遲量的實(shí)測(cè)值和目標(biāo)值 的偏差來算出FB修正量，使用該FB修正量對(duì)50%燃燒點(diǎn)延遲量的控制值進(jìn)行修正。當(dāng)步驟S30的判定的結(jié)果為燃燒變動(dòng)量超過閾值時(shí)，控制裝置選擇步驟S50的處 理。在步驟S50中，控制裝置實(shí)施使用了第二反饋系統(tǒng)的反饋控制。即基于轉(zhuǎn)矩的實(shí)測(cè)值 和目標(biāo)值的偏差來算出FB修正量，使用該FB修正量對(duì)50%燃燒點(diǎn)延遲量的控制值進(jìn)行修 正。在本實(shí)施方式中，以上那樣的反饋控制與前饋控制相組合。本實(shí)施方式中實(shí)施的 反饋控制如上所述，特征之一是按照燃燒變動(dòng)的大小來切換將50%燃燒點(diǎn)延遲量反饋至點(diǎn) 火正時(shí)的設(shè)定的第一反饋系統(tǒng)、和將轉(zhuǎn)矩反饋至點(diǎn)火正時(shí)的設(shè)定的第二反饋系統(tǒng)。50%燃 燒點(diǎn)延遲量是與燃燒狀態(tài)密切相關(guān)的參數(shù)，所以通過使用該參數(shù)來進(jìn)行反饋控制，能夠可 靠地控制燃燒狀態(tài)，相反不容易受到燃燒變動(dòng)的影響。另一方面，轉(zhuǎn)矩是與以曲軸轉(zhuǎn)角對(duì)缸 內(nèi)壓進(jìn)行積分后的值、即面積相對(duì)應(yīng)的值，所以如50%燃燒點(diǎn)延遲量那樣，對(duì)于燃燒狀態(tài)的 變化的敏感度不高，不會(huì)因受燃燒變動(dòng)的影響而發(fā)生較大的變動(dòng)。根據(jù)本實(shí)施方式，在燃燒 變動(dòng)比較小的穩(wěn)定的狀態(tài)下，能夠通過反饋50%燃燒點(diǎn)延遲量來可靠地控制燃燒狀態(tài)，在 燃燒變動(dòng)較大的不穩(wěn)定狀態(tài)下，代替50%燃燒點(diǎn)延遲量而反饋轉(zhuǎn)矩，因此在燃燒變動(dòng)較大 的狀況下，也能實(shí)施基于繼續(xù)反饋控制的燃燒狀態(tài)的可靠控制。也即是，根據(jù)本實(shí)施方式， 能夠穩(wěn)定進(jìn)行基于點(diǎn)火正時(shí)的燃燒狀態(tài)的控制。另外，本實(shí)施方式中實(shí)施的反饋控制還具有如下特征將50%燃燒點(diǎn)延遲量作為 控制值，將缸內(nèi)壓傳感器4的輸出值反饋至該控制值。也即是，不是直接反饋至點(diǎn)火正時(shí)的 設(shè)定值。這是由于如根據(jù)主映射的構(gòu)成可知的那樣，點(diǎn)火正時(shí)和50%燃燒點(diǎn)延遲量的關(guān)系 因包括內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速的運(yùn)行條件而發(fā)生變化。在直接將缸內(nèi)壓傳感器4的輸出值反饋至點(diǎn)火 正時(shí)的設(shè)定值的情況下，按照內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而在50%燃燒點(diǎn)延遲量產(chǎn)生偏差，燃燒狀 態(tài)偏離最佳狀態(tài)。與此相對(duì)，根據(jù)本實(shí)施方式，在主映射中以當(dāng)前的內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速為關(guān)鍵點(diǎn)來 決定與50%燃燒點(diǎn)延遲量的控制值相應(yīng)的點(diǎn)火正時(shí)。因此，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生了變化時(shí)，通 過與其相應(yīng)的前饋控制，點(diǎn)火正時(shí)也發(fā)生變更，所以從運(yùn)行條件發(fā)生變化起到點(diǎn)火正時(shí)再 次最佳化之前，不會(huì)發(fā)生時(shí)間延遲。進(jìn)而，主映射中考慮了內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速等運(yùn)行條件對(duì)點(diǎn)火正 時(shí)產(chǎn)生的影響，所以當(dāng)算出FB修正量時(shí)，不需要考慮內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速等運(yùn)行條件。因此，根據(jù)本 實(shí)施方式的控制裝置，不限于運(yùn)行條件一定的情況，在運(yùn)行條件會(huì)發(fā)生變化的狀況下，也容 易將燃燒狀態(tài)控制為最佳。
(實(shí)施方式2)接著，參照?qǐng)D4對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式2進(jìn)行說明。本實(shí)施方式的特征在于反饋控制的程序。關(guān)于控制裝置的結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式1相 同，如圖1的框圖所示那樣。圖4用流程圖示出本實(shí)施方式的反饋控制的程序。在圖4中， 對(duì)與實(shí)施方式1的反饋控制共同的處理標(biāo)記相同的步驟序號(hào)。在本實(shí)施方式的反饋控制中，對(duì)燃燒變動(dòng)量的大小進(jìn)行兩階段的判斷。作為用于 兩階段判斷的基準(zhǔn)，在本實(shí)施方式中設(shè)定有兩個(gè)閾值(閾值1和閾值2)。閾值1是關(guān)于由 運(yùn)算部28算出的50%燃燒點(diǎn)延遲量的精度而容許的燃燒變動(dòng)的上限值，是與實(shí)施方式1的 閾值相同的值。閾值2是關(guān)于由運(yùn)算部40算出的轉(zhuǎn)矩的精度而容許的燃燒變動(dòng)的上限值， 是大于閾值1的值。首先，在步驟S32中，控制裝置判定燃燒變動(dòng)量是否為閾值2以上。當(dāng)燃燒變動(dòng)量 為閾值2以上時(shí)，控制裝置不選擇步驟S40和步驟S50的任何處理，停止全部的反饋控制。 這是因?yàn)楫?dāng)燃燒變動(dòng)很大時(shí)，即使是代替50%燃燒點(diǎn)延遲量而使用了轉(zhuǎn)矩，燃燒變動(dòng)的 影響也有可能會(huì)反映至點(diǎn)火正時(shí)的設(shè)定。當(dāng)燃燒變動(dòng)量小于閾值2時(shí)，控制裝置進(jìn)行步驟S34的判定。在步驟S34中，控制 裝置判定燃燒變動(dòng)量是否為閾值1以下。當(dāng)燃燒變動(dòng)量為閾值1以下時(shí)，控制裝置選擇步 驟S40的處理。當(dāng)燃燒變動(dòng)量超過閾值1時(shí)，控制裝置選擇步驟S50的處理。步驟S40和 S50的各處理的內(nèi)容如實(shí)施方式1中說明的那樣。(實(shí)施方式3)接著，參照?qǐng)D5對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式3進(jìn)行說明。圖5是表示作為本發(fā)明實(shí)施方式3的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。在圖5中， 對(duì)與上述實(shí)施方式共同的要素標(biāo)記相同的符號(hào)。以下，省略或簡(jiǎn)述關(guān)于與上述實(shí)施方式相 同的結(jié)構(gòu)和功能的說明，重點(diǎn)說明與上述實(shí)施方式不同的結(jié)構(gòu)和功能。本實(shí)施方式與上述實(shí)施方式的不同點(diǎn)在于用于反饋控制的結(jié)構(gòu)。關(guān)于用于前饋控 制的結(jié)構(gòu)，與上述實(shí)施方式相同。在本實(shí)施方式中特征在于不是根據(jù)FB修正量來修正作 為控制值的50%燃燒點(diǎn)的延遲量，而是根據(jù)FB修正量來修正點(diǎn)火正時(shí)的設(shè)定值。將由運(yùn)算 部26設(shè)定的點(diǎn)火正時(shí)的設(shè)定值和FB修正量提供給加法運(yùn)算器34，將使兩者相加后的值作 為最終的點(diǎn)火正時(shí)來操作內(nèi)燃機(jī)2的點(diǎn)火裝置。如后所述那樣，在采用本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu) 的情況下，需要考慮內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速等運(yùn)行條件來算出FB修正值。本實(shí)施方式的控制裝置與上述實(shí)施方式1相同地具有兩個(gè)反饋系統(tǒng)。在第一反饋 系統(tǒng)中，控制裝置將由運(yùn)算部24算出的50%燃燒點(diǎn)延遲量的目標(biāo)值、和由運(yùn)算部28算出 的50%燃燒點(diǎn)延遲量的實(shí)際值提供給減法運(yùn)算器30，算出兩者的偏差。并且，控制裝置通 過將50%燃燒點(diǎn)延遲量的偏差提供給FB控制器50，從而算出FB修正量。在FB控制器50 中，以算出的FB修正量的維數(shù)與點(diǎn)火正時(shí)的維數(shù)一致的方式，進(jìn)行增益的設(shè)定。在增益的 設(shè)定中使用以內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速等運(yùn)行條件為關(guān)鍵點(diǎn)而使50%燃燒點(diǎn)延遲量的值和點(diǎn)火正時(shí)的 值相關(guān)聯(lián)的映射。在第二反饋系統(tǒng)中，控制裝置將要求轉(zhuǎn)矩和由運(yùn)算部40算出的實(shí)際轉(zhuǎn)矩提供給 減法運(yùn)算器42，算出兩者的偏差。并且，控制裝置通過將轉(zhuǎn)矩的偏差提供給FB控制器52來 算出FB修正量。在FB控制器52中，以算出的FB修正量的維數(shù)與點(diǎn)火正時(shí)的維數(shù)一致的方式，進(jìn)行增益的設(shè)定。在增益的設(shè)定中使用以內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速等運(yùn)行條件為關(guān)鍵點(diǎn)而使轉(zhuǎn)矩 的值和點(diǎn)火正時(shí)的值相關(guān)聯(lián)的映射。(其他)以上，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式。本發(fā) 明能夠在不脫離其主旨的范圍內(nèi)從上述實(shí)施方式進(jìn)行各種變形來實(shí)施。例如，可以使上述 實(shí)施方式如下那樣變形來實(shí)施。在上述實(shí)施方式中，可以在燃燒變動(dòng)大于閾值的情況下，向第二反饋系統(tǒng)進(jìn)行切 換，但也可以停止反饋控制本身。即，可以是僅具備反饋50%燃燒點(diǎn)延遲量的第一反饋系 統(tǒng)，當(dāng)燃燒變動(dòng)有可能被反映至點(diǎn)火正時(shí)的設(shè)定時(shí)，僅進(jìn)行前饋控制。另外，在上述實(shí)施方式中，使用50%燃燒點(diǎn)延遲量來進(jìn)行點(diǎn)火正時(shí)控制，但能夠使 用其他的燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)。例如，能夠根據(jù)缸內(nèi)壓傳感器輸出的壓力波形來得到燃燒關(guān)聯(lián)參 數(shù)。具體而言，為缸內(nèi)壓力的峰值、預(yù)定曲軸轉(zhuǎn)角范圍的壓力波形、預(yù)定曲軸轉(zhuǎn)角范圍的壓 力斜率等。另外，可以使用熱產(chǎn)生率、熱產(chǎn)生量、燃燒比例、或熱產(chǎn)生的變化率這樣的根據(jù)缸 內(nèi)壓傳感器的輸出值而計(jì)算的燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)?？傊灰歉鶕?jù)相對(duì)于曲軸轉(zhuǎn)角的缸內(nèi)壓 的波形而唯一確定值的燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)，就能夠用于代替50%燃燒點(diǎn)延遲量。另外，在上述實(shí)施方式中，將使用過去數(shù)周期的50%燃燒點(diǎn)延遲量的最大值、最小 值以及平均值而算出的燃燒變動(dòng)量用作燃燒變動(dòng)參數(shù)，但只要與燃燒變動(dòng)的大小有關(guān)，則 也可以將其他的統(tǒng)計(jì)量用作燃燒變動(dòng)參數(shù)。另外，也可以不是根據(jù)50%燃燒點(diǎn)延遲量來算 出燃燒變動(dòng)參數(shù)，而是將根據(jù)缸內(nèi)壓傳感器的輸出值而直接算出的值用作燃燒變動(dòng)參數(shù)。
權(quán)利要求
一種火花點(diǎn)火式的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其具備缸內(nèi)壓傳感器，該控制裝置的特征在于，具備對(duì)與燃燒狀態(tài)相關(guān)的預(yù)定的燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)的目標(biāo)值進(jìn)行設(shè)定的單元；基于所述燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)的目標(biāo)值來設(shè)定點(diǎn)火正時(shí)的單元；按照設(shè)定的點(diǎn)火正時(shí)來操作所述內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火裝置的單元；根據(jù)所述缸內(nèi)壓傳感器的輸出值來算出所述燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)的值的單元；將所述燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)的算出值反饋至點(diǎn)火正時(shí)的設(shè)定的反饋單元；根據(jù)所述缸內(nèi)壓傳感器的輸出值來算出與燃燒變動(dòng)的大小相關(guān)的預(yù)定的燃燒變動(dòng)參數(shù)的值的單元；以及在所述燃燒變動(dòng)參數(shù)的算出值超出燃燒變動(dòng)的容許范圍的情況下，使所述燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)的算出值的反饋停止的單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于，所述設(shè)定點(diǎn)火正時(shí)的單元包括如下單元將所述燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)的目標(biāo)值作為控制值， 按照根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的當(dāng)前的或作為目標(biāo)的運(yùn)行條件而確定的運(yùn)算規(guī)則，基于所述控制值 來對(duì)點(diǎn)火正時(shí)進(jìn)行運(yùn)算，所述反饋單元修正所述控制值，使得所述燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)的算出值變?yōu)槟繕?biāo)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于，還具備 根據(jù)所述缸內(nèi)壓傳感器的輸出值來算出所述內(nèi)燃機(jī)的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的單元；和第二反饋單元，其在所述燃燒變動(dòng)參數(shù)的算出值超出燃燒變動(dòng)的容許范圍的情況下， 將所述產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的算出值反饋至點(diǎn)火正時(shí)的設(shè)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于，還具備如下單元在所述燃燒變動(dòng)參數(shù)的算出值也超出比所述容許范圍寬松的第二容 許范圍的情況下，使所述產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的算出值的反饋停止。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于，所述設(shè)定點(diǎn)火正時(shí)的單元包括如下單元將所述燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)的目標(biāo)值作為控制值， 按照根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的當(dāng)前的或作為目標(biāo)的運(yùn)行條件而確定的運(yùn)算規(guī)則，基于所述控制值 來對(duì)點(diǎn)火正時(shí)進(jìn)行運(yùn)算，所述第二反饋單元修正所述控制值，使得所述產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的算出值變?yōu)槟繕?biāo)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5的任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述燃燒變動(dòng)參數(shù)是所述燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6的任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)是相對(duì)于預(yù)定曲軸轉(zhuǎn)角的50 %燃燒點(diǎn)的延遲量。
全文摘要
本發(fā)明涉及具備缸內(nèi)壓傳感器的火花點(diǎn)火式的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，能夠穩(wěn)定地進(jìn)行基于點(diǎn)火正時(shí)的燃燒狀態(tài)的控制?？刂蒲b置基于燃燒狀態(tài)相關(guān)的預(yù)定的燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)的目標(biāo)值來設(shè)定點(diǎn)火正時(shí)，按照設(shè)定的點(diǎn)火正時(shí)來操作內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火裝置。另外，控制裝置根據(jù)缸內(nèi)壓傳感器的輸出值算出實(shí)際的燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)的值，將燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)的算出值反饋至點(diǎn)火正時(shí)的設(shè)定。進(jìn)而，控制裝置與以上的處理并行地，進(jìn)行根據(jù)缸內(nèi)壓傳感器的輸出值算出與燃燒變動(dòng)的大小相關(guān)的預(yù)定的燃燒變動(dòng)參數(shù)的值的處理。并且，當(dāng)燃燒變動(dòng)參數(shù)的算出值超出燃燒變動(dòng)的容許范圍時(shí)，控制裝置停止燃燒關(guān)聯(lián)參數(shù)的算出值的反饋。
文檔編號(hào)F02P5/15GK101868617SQ20098010034
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者副島慎一, 加藤直人, 高橋清德 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社