CN105074181A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

在至少对节气门开度进行控制的发动机(1)的控制装置中，具备目标开度计算部(节气门开度的协调部(541))，选择与转矩要求对应的节气门开度的第一要求值和与除此以外的其他要求对应的第二要求值中的任一个，并根据所选择的要求值来算出目标节气门开度。在选择第一要求值的情况下，通过异常判定部(560)根据该第一要求值与目标节气门开度的偏差的大小来判定异常。在选择第二要求值的情况下，根据目标节气门开度是否为预定的上限值以上来判定异常。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及内燃机的控制装置，尤其是涉及协调与内燃机的各种功能相关的要求并算出目标节气门开度的内燃机的控制装置。
背景技术
以往，在汽车的动力***中，通过对内燃机的例如节气门、点火器等多个调节器进行协作控制从而实现转矩要求的所谓转矩要求控制是众所周知的。例如在专利文献1记载的转矩控制装置中，在使发动机转矩增大时，将其增量分为两部分并反映到节气门开度及点火时期的要求值中，结合节气门及点火器的动作的转矩增量而实现目标转矩。
而且，在上述例子中，着眼于节气门开度的控制产生的转矩的变化的响应灵敏度与点火时期的控制产生的转矩的变化的响应灵敏度的不同，按照该响应灵敏度低的顺序设定分配优先顺序。
在这样的控制装置中，例如由于RAM突变、RAM值异常等运算上的异常而目标节气门开度会过大，由于产生意外的过度的转矩而驾驶员有时会感觉到不适感。关于这一点，在上述专利文献1的第0159、0160段落等中记载了基于目标转矩(转矩要求)与向调节器(节气门)的指令值的差分来判定生成目标转矩信号的功能是否产生了异常的情况。
专利文献1：日本特开2008-64001号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，通常作为用于决定内燃机的节气门开度的要求，主要除了根据驾驶员的加速器操作等而设定的转矩要求以外，还存在启动、零件保护、OBD(On-BoadDiagnostics：车载诊断***)等要求。例如，虽然驾驶员踏下了加速器踏板，但是为了抑制发动机转速的过度的上升而有时限制吸入空气量，此时产生将节气门开度限制至预定值的要求。
并且，在基于这样的要求来控制节气门开度时，对于节气门电动机的指令值，即目标节气门开度是与转矩要求相差很大的值，因此如上述现有例那样基于两者的差分来判定异常时，可能错误地判定为产生了异常。
鉴于上述内容，本发明的目的是在内燃机的控制装置中，不仅考虑包括转矩要求的情况，也包括考虑除此以外的其他要求来算出目标节气门开度的情况，而能够准确地判定控制运算的异常。
用于解决课题的方案
为了实现上述的目的，在本发明中根据目标节气门开度的算出是基于转矩要求或除此以外的要求中的哪一个进行的，来切换异常的判定方法。
即，本发明以至少对节气门开度进行控制的内燃机的控制装置为对象。并且，具备：目标开度计算部，选择与对上述内燃机的转矩要求对应的节气门开度的第一要求值和与除该转矩要求以外的其他要求对应的节气门开度的第二要求值中的任一个，并且根据所选择的要求值来算出目标节气门开度；及异常判定部，在上述目标开度计算部中选择了该上述第一要求值的情况下，所述异常判定部根据该第一要求值与上述目标节气门开度的偏差的大小来对异常进行判定，另一方面在上述目标开度计算部中选择了上述第二要求值的情况下，所述异常判定部根据上述目标节气门开度是否为预定的上限值以上来对异常进行判定。
根据上述发明特定事项，在控制装置的目标开度计算部中，选择与对内燃机的转矩要求对应的节气门开度的第一要求值和与除该转矩要求以外的其他要求对应的第二要求值中的任一个，基于此来算出目标节气门开度。例如，在内燃机的运转中选择第一要求值，由此对应于转矩要求来控制节气门开度，能实现驾驶性能优异的控制。
在这样基于第一要求值来控制节气门开度的情况下，在异常判定部中能够根据第一要求值与目标节气门开度的偏差的大小来对异常进行判定。另一方面，例如当选择了在内燃机的启动时、防止过旋转等与转矩要求以外的其他要求对应的第二要求值时，则对应于此地控制节气门开度，因此发动机转矩成为与转矩要求不同的大小。
在该情况下，在上述异常判定部能够根据目标节气门开度是否为预定的上限值以上来对异常进行判定。例如在空转状态下若目标节气门开度打开15度以上，则能够判定为存在异常。即，不仅考虑转矩要求，也考虑除此以外的其他要求来算出目标节气门开度的情况下，也能够准确地判定控制运算的异常。
优选的是，上述异常判定部可以在上述目标开度计算部选择了上述第二要求值的情况下，参照与内燃机的状态关联的预定信息，在该内燃机的状态下不会产生上述其他要求时也判定为异常。这样一来，作为运算的异常的结果而算出的目标节气门开度即使小于上限值，也存在能够判定异常的可能性。
具体来说，例如，可以在上述其他要求是仅在内燃机启动时产生的要求的情况下，发动机转速不应该太高，因此作为上述预定信息而参照发动机转速，若为预定转速以上，则判定为异常。另外，例如，可以在上述其他要求是仅在内燃机停止时产生的要求的情况下，不应该进行燃料喷射，因此参照燃料喷射量作为上述预定信息，若其不为零，则判定为异常。
然而，作为对内燃机的转矩要求以外的其他要求，可列举例如启动要求、故障保护要求、零件保护要求、OBD要求等，但是上述要求与转矩要求那样在内燃机的通常的运转中满足的基本的要求不同。例如，故障保护、零件保护的要求存在紧急性，在产生了上述要求的情况下，与转矩要求相比，优先度高。另外，启动、OBD等是与普通的运转不同的特定的状况下的要求，但是上述特定的状况下是优先度高的要求。
考虑上述要求的优先度，例如对应于启动、故障保护、零件保护、OBD等多个其他要求地上述第二要求值存在多个的情况下，优选的是在各个要求值的信号中伴随有选择的优先顺序的信息。并且，在上述目标开度计算部中，若按照上述优先顺序的信息，从上述第一要求值和多个第二要求值中选择任一个要求值，则基于这样选择的适当的要求值，能够实现与该各时的发动机状态相适的节气门控制。
若这样在多个第二要求值的信号中伴随有优先顺序的信息，则能够根据该优先顺序的信息来判断选择了哪个要求值。因此，在上述目标开度计算部中选择了上述第二要求值的情况下，上述异常判定部只要关于上述优先顺序最高的第二要求值进行异常的判定即可，这样的话能实现判定的迅速化。
发明效果
以上，如说明那样通过本发明的内燃机的控制装置，根据转矩要求来算出目标节气门开度的情况下，基于这两者的偏差的大小，不仅能够判定控制的运算上的异常，而且在根据转矩要求以外的其他要求来算出目标节气门开度的情况下也能够准确地判定异常。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的内燃机的一例的结构图。
图2是表示实施方式的ECU的一例的结构图。
图3是表示实施方式的控制装置的层次结构的一例的框图。
图4是表示协调实施方式的节气门开度的要求值的一例的框图。
图5是表示节气门开度要求的协调部的异常判定的一例的框图。
图6是表示异常的判定的具体的顺序的一例的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在实施方式中，对将本发明的控制装置应用于搭载于汽车的内燃机(以下称为发动机)、尤其是火花点火式发动机的情况进行说明。
-发动机的结构例-
以下，首先参照图1对实施方式的火花点火式发动机1的结构的一例进行说明。图中仅示出发动机1的主体部分的一个气缸2的结构，但是发动机1是例如直列四缸发动机，在形成于气缸体1a的气缸2内，以沿图的上下方向进行往复移动的方式收容有活塞3。在气缸体1a的上部组装有气缸盖1b，其下表面与活塞3的上表面之间成为燃烧室。
活塞3经由连杆4与曲轴5连接，曲轴5收容于气缸体1a的下部的曲轴箱内。在曲轴5上安装转子301a，在其侧方附近配置有例如由电磁拾音器构成的曲轴位置传感器301。曲轴位置传感器301在转子301a的外周的齿通过时输出脉冲信号。能够根据该信号算出发动机转速。
另外，在气缸体1a的侧壁上以包围气缸2的方式形成有水套，并在此为了检测发动机冷却水w的温度而配置有水温传感器303。气缸体1a的下部朝向下方扩大而构成曲轴箱的上半部分，在其下方以构成曲轴箱的下半部分的方式安装有油盘1c。在油盘1c中积存有向发动机各部供给的润滑油(发动机油)。
另一方面，在气缸盖1b上以面向气缸2内的燃烧室的方式配置有火花塞6，并从点火器7向该火花塞6的电极供给高电压。这样供给高电压并对火花塞6通电的时机，即发动机1的点火时期通过点火器7而调整。即，点火器7是能够调整发动机1的点火时期的调节器，由后述的ECU(ElectronicControlUnit：电子控制单元)500控制。
而且，在气缸盖1b上以面向气缸2内的燃烧室分别开口的方式形成有进气口11a及排气口12a。进气歧管11b与进气口11a连通，构成进气通路11中的进气流的下游侧。另外，排气歧管12b与排气口12a连通，构成排气通路12中的废气流的上游侧。
在进气通路11的上游侧，在省略图示的空气过滤器的附近配置有对吸入空气量进行检测的气流计304(参照图2)，在其下游侧配置有用于调整吸入空气量的节流阀8。另外，在进气通路11(进气歧管11b)上也配置有进气温传感器307(参照图2)，上述进气温传感器307对吸入发动机1之前的空气的温度(进气温)进行检测。
在该例子中，节流阀8与图外的加速器踏板的机械性连接被切断，由电动机8a驱动而调整其开度。来自检测节气门开度的节气门开度传感器305的信号发送至后述ECU500。ECU500以根据发动机1的运转状态而得到适当的吸入空气量的方式控制电动机8a。即，节流阀8是调整发动机1的吸入空气量的调节器。
如上所述，面向燃烧室的进气口11a的开口通过进气阀13而开闭，由此将进气通路11与燃烧室连通或切断。相同地，排气口12a的开口通过排气阀14而开闭，由此将排气通路12与燃烧室连通或切断。上述吸排气阀13、14的开闭驱动通过经由定时链等传递曲轴5的旋转的进气及排气的各凸轮轴15、16而进行。
在该例子中，在进气凸轮轴15的附近设有当特定的气缸2的活塞3到达压缩上止点时产生脉冲信号的凸轮位置传感器302。凸轮位置传感器302例如由电磁拾音器构成，与上述曲轴位置传感器301相同，随着设于进气凸轮轴15的转子的旋转而输出脉冲信号。
另外，在排气通路12中在排气歧管12b的下游作为一例而配置有由三效催化剂构成的催化剂17。在该催化剂17中，进行从气缸2内的燃烧室向排气通路12排出的废气中的CO、HC的氧化及NOx的还原，通过使它们成为无害的CO2、H2O、N2来实现废气的净化。
在该例子中，在催化剂17的上游侧的排气通路12中配置有空燃比(A/F)传感器309，在催化剂17的下游侧的排气通路12中配置有排气温度传感器308、O2传感器310。
-燃料喷射***-
接下来，对发动机1的燃料喷射***进行说明。
在发动机1的各气缸2中分别以向燃烧室内直接喷射燃料的方式配置有缸内喷射用喷射器21。四个气缸2的各自的缸内喷射用喷射器21与共用的高压燃料用输送管20连接。另外，在发动机1的进气通路11中以向各进气口11a内喷射燃料的方式配置有端口喷射用喷射器22。端口喷射用喷射器22也分别设于四个气缸2，并与共用的低压燃料用输送管23连接。
对于上述高压燃料用输送管20及低压燃料用输送管23的燃料供给通过作为燃料泵的低压泵24及高压泵25(以下，也简称为燃料泵24、25)进行。低压泵24汲取燃料箱26内的燃料，并向低压燃料用输送管23及高压泵25供给。高压泵25将所供给的低压的燃料加压至预定以上的高压，并向高压燃料用输送管20供给。
在该例子中，在高压燃料用输送管20上配置有用于检测供给于缸内喷射用喷射器21的高压燃料的压力(燃压)的高压燃料用燃压传感器311(参照图2)，在低压燃料用输送管23上配置有用于检测供给于端口喷射用喷射器22的低压燃料的压力(燃压)的低压燃料用燃压传感器312(参照图2)。
缸内喷射用喷射器21及端口喷射用喷射器22都是在被施加预定电压时开阀而喷射燃料的电磁驱动式调节器。上述喷射器21、22的动作(喷射量、喷射时期)、高压泵25及低压泵24的动作等由后述ECU500控制。
并且，通过喷射器21、22中的任一方或双方的燃料喷射而在气缸2内的燃烧室中形成空气与燃料气体的混合气。通过该混合气被火花塞6点火而燃烧、***时产生的高温高压的燃烧气体，从而活塞3被按下而使曲轴5旋转。燃烧气体伴随着排气阀14的开阀而向排气通路12排出。
-ECU-
如图2示意性所示，ECU500具备：CPU(CentralProcessingUnit：中央处理器)501、ROM(ReadOnlyMemory：只读存储器)502、RAM(RandomAccessMemory：随机存取存储器)503及备用RAM504等。
ROM502存储有各种控制程序、在执行上述各种控制程序时参照的映射等。CPU501基于存储于ROM502的各种控制程序、映射来执行各种运算处理。另外，RAM503是暂时存储CPU501的运算结果、从各传感器输入的数据等的存储器，备用RAM504是存储例如发动机1停止时其应该保存的数据等的非易失性的存储器。
以上的CPU501、ROM502、RAM503及备用RAM504经由总线507而相互连接，并且与输入接口505及输出接口506连接。
在输入接口505连接有曲轴位置传感器301、凸轮位置传感器302、水温传感器303、气流计304、节气门开度传感器305、加速器开度传感器306、进气温传感器307、排气温传感器308、空燃比传感器309、O2传感器310、高压燃料用燃压传感器311及低压燃料用燃压传感器312等各种传感器类。
另外，在输入接口505还连接有点火开关313，当对该点火开关313进行了接通操作时，开始基于启动电动机(未图示)的发动机1的曲轴转动。另一方面，在输出接口506上连接有火花塞6的点火器7、节流阀8的节气门电动机8a、缸内喷射用喷射器21、端口喷射用喷射器22、低压泵24及高压泵25等。
并且，ECU500基于来自上述各种传感器301～312、开关313的信号等，执行包括基于上述点火器7的火花塞6的通电控制、节流阀8(节气门电动机8a)的控制、基于喷射器21、22的驱动控制的燃料喷射控制等在内的发动机1的各种控制。由此，以均衡地满足驾驶性能、废气及燃油经济性这样基本的功能要求的方式适当控制发动机1的运转状态。
即，ECU500通过多个调节器(点火器7、节流阀8、喷射器21、22等)的协作控制来实现与发动机1的各种功能相关的要求。通过由该ECU500执行的控制程序，从而实现本发明的实施方式的至少控制节气门开度的内燃机的控制装置。
-控制装置的层次结构-
接下来，详细地对控制装置的结构进行说明。图3通过框表示控制装置的各要素，通过箭头表示框之间的信号的传递。在该例子中，控制装置具有由五个层次510～550构成的层次型的控制结构，在最上位设置要求产生层次510，在其下位设置物理量协调层次520及控制量设定层次530，在其更下位设置控制量协调层次540，在最下位设置控制输出层次550。
在上述五个层次510～550之间，信号的流动为单方向，从最上位的要求产生层次510向下位的物理量协调层次520传递信号，从物理量协调层次520向下位的控制量设定层次530传递信号，进而从控制量设定层次530向下位的控制量协调层次540传递信号。另外，虽然省略图示，但是与上述层次510～550独立地设有分别对各层次510～550并联地发送共用的信号的共用信号发送***。
在层次510～550之间传递的信号与通过共用信号发送***发送的信号存在如下的区别。在层次510～550之间传递的信号是将与发动机1的功能相关的要求进行了信号化，并最终转换成调节器7、8、…(在附图的例子中表示点火器7、节流阀8及喷射器21、22)的控制量的信号。与此相对，由共用信号发送***发送的信号是在产生要求或运算控制量方面包含必要的信息的信号。
具体来说，由共用信号发送***发送的信号是与发动机1的运转条件或运转状态相关的信息(发动机转速、吸入空气量、推定转矩、当前时刻的实际点火时期、冷却水温度、运转模式等)，其信息源是设于发动机1的各种传感器301～312、控制装置内部的推定功能等。上述信息是在各层次510～550中共用地利用的共用发动机信息，因此若并联地发送至各层次510～550，则不仅能够削减层次510～550之间的通信量，而且能够保证层次510～550之间的信息的同时性。
-要求产生层次-
以下，从上位的层次依次对各层次510～550的结构和在那里进行的处理进行说明。首先，在要求产生层次510中配置有多个要求输出部511～517。在此所说的要求是与发动机1的功能相关的要求(也称为发动机1要求的性能)，要求输出部511～517对于发动机1的每个功能地设置。发动机1的功能多种多样，根据对发动机1要求什么或者使什么优先，而配置于要求产生层次510的要求输出部的内容不同。
在本实施方式中，根据车辆的驾驶员的运转操作而使发动机1高效率地运转，并且为了满足自然环境的保护这样的要求，作为基本的功能而以均衡地满足驾驶性能、废气、燃油经济性作为控制的前提。因此，在要求产生层次510中，首先对应于与驾驶性能相关的功能地设有要求输出部511，对应于与废气相关的功能地设有要求输出部512，对应于与燃油经济性相关的功能地设有要求输出部513。
另外，在本实施方式中，作为上述三个基本的功能要求以外的要求，例如可考虑启动要求、故障保护要求、零件保护要求、OBD要求等。因此，如图3表示那样，在要求产生层次510中也设有与各个要求对应的要求输出部514～517。关于上述要求输出部514～517，详细情况在后文叙述。
上述要求输出部511～513对发动机1的驾驶性能、废气及燃油经济性这样基本的功能要求进行数值化并输出。调节器7、8、…的控制量如以下说明那样通过运算来决定，因此通过将要求数值化而能够将要求反映到调节器7、8、…的控制量中。在本实施方式中，关于上述基本的功能要求，通过发动机1的动作的物理量来表现。
作为其物理量，仅使用转矩、效率及空燃比这三种。发动机1的输出(广义的输出)主要可以分为转矩、热量、废气(热量和组成物)，上述输出与上述驾驶性能、废气、燃油经济性等功能相关联。并且，为了控制上述输出，只要决定转矩、效率及空燃比这三种物理量即可，因此使用上述三种物理量来表现要求，控制调节器7、8、…的动作，由此能够将要求反映到发动机1的输出中。
在图3中，作为一例，要求输出部511将与驾驶性能相关的要求(驾驶性能要求)作为以转矩、效率表现的要求值而输出。例如，若要求是车辆的加速，则能够通过转矩来表现该要求。若要求是防止失速，则能够通过效率(效率提升)来表现该要求。
另外，要求输出部512将与废气相关的要求作为以效率、空燃比表现的要求值而输出。例如，若要求是催化剂17的暖机，则能够通过效率(效率下降)来表现该要求，也能够通过空燃比来表现。根据效率下降，能够提高废气温度，根据空燃比，通过催化剂17能够形成容易进行反应的环境。
此外，要求输出部513将与燃油经济性相关的要求作为以效率、空燃比表现的要求值而输出。例如，若要求是燃烧效率的上升，则能够通过效率(效率提升)来表现该要求。若要求是抽吸损失的减少，则能够通过空燃比(弱燃烧)来表现该要求。
另外，从各要求输出部511～513分别输出的要求值不限定于每个物理量各一个。作为一例，从要求输出部511不仅输出驾驶员的要求转矩(根据加速器开度而计算出的转矩)，而且也同时输出由VSC(VehicleStabilityControlsystem：车身稳定控制***)、TRC(TractionControlSystem：牵引力控制***)、ABS(AntilockBrakeSystem：制动防抱死***)、变速器等的与车辆控制相关的各种设备要求的转矩。关于效率也相同。
从共用信号发送***向要求产生层次510发送共用发动机信息。在各要求输出部511～513中，参照共用发动机信息来决定应该输出的要求值。这是因为根据发动机1的运转条件、运转状态而要求的内容会变化。例如在通过排气温度传感器308测定催化剂温度的情况下，在要求输出部512中，基于其温度信息来判定催化剂17的暖机的必要性，并根据判定结果来输出效率要求值、空燃比要求值。
此外，如上所述，从要求产生层次510的要求输出部511～513输出以转矩、效率或空燃比表现的多个要求，但是上述要求无法全部同时并且完全实现。这是因为即使存在多个转矩要求，能够实现的转矩也是一个。相同地，对于多个效率要求而能够实现的效率是一个，对于多个空燃比要求而能够实现的空燃比为一个。因此，需要要求的协调这样的处理。
-物理量协调层次-
在物理量协调层次520中，对从要求产生层次510输出的要求值进行协调。在物理量协调层次520中对于要求的分类的每个物理量设有协调部521～523。协调部521对以转矩表现的要求值进行汇总而协调成一个转矩要求值。协调部522对以效率表现的要求值进行汇总而协调成一个效率要求值。并且，协调部523对以空燃比表现的要求值进行汇总而协调成一个空燃比要求值。
上述各协调部521～523按照预先确定的规则进行协调。在此所说的规则是例如选择最大值、选择最小值、平均或重合等根据多个数值用于得到一个数值的计算规则，也可以对上述多个计算规则适当组合。但是，形成为哪种规则交付给设计，在本发明中不对规则的内容进行限定。
另外，从共用信号发送***向物理量协调层次520也发送共用发动机信息，在各协调部521～523中能够利用共用发动机信息。例如，能够根据发动机1的运转条件、运转状态变更协调的规则，但是如以下所说明那样，不会考虑发动机1的可实现范围地变更规则。
另外，在协调部521～523中，在协调中未将发动机1实际能够实现的上限转矩或下限转矩考虑在内。另外，在协调中也未将其他协调部521～523的协调结果考虑在内。即，各协调部521～523分别不考虑发动机1的可实现范围的上下限、其他协调部的协调结果地进行协调。这种情况也有助于减轻控制的运算负载。
如以上那样通过各协调部521～523进行协调，由此从物理量协调层次520输出一个转矩要求值、一个效率要求值、一个空燃比要求值。并且，在其下位的层次即控制量设定层次530中，基于上述协调后的转矩要求值、效率要求值及空燃比要求值来设定各调节器7、8、…的控制量。
-控制量设定层次-
在本实施方式中，在控制量设定层次530中设有一个调整转换部531，首先，调整由物理量协调层次520进行了协调的转矩要求值、效率要求值及空燃比要求值的大小。如上述那样，在物理量协调层次520中，由于在协调中未将发动机1的可实现范围考虑在内，因此根据各要求值的大小，有可能无法使发动机1适当运转。因此，调整转换部531以能够进行发动机1的适当运转的方式基于相互的关系来调整各要求值。
在比控制量设定层次530的上位的层次中，分别独立地运算出转矩要求值、效率要求值及空燃比要求值，在运算的要素之间未相互使用或参照运算值。即，在控制量设定层次530中才首次相互参照转矩要求值、效率要求值、空燃比要求值。由于调整对象限定为转矩要求值、效率要求值及空燃比要求值这三个，因此调整所需的运算负载较小即可。
上述调整如何进行托付给设计，在本发明中对调整的内容不作限定。但是，在转矩要求值、效率要求值及空燃比要求值之间存在优先顺序的情况下，优选的是调整(修正)优先顺序更低的要求值。例如，优先顺序较高的要求值尽可能直接反映到调节器7、8、…的控制量中，优先顺序较低的要求值在调整之后反映到调节器7、8、…的控制量中。
这样一来，在发动机1能够适当运转的范围内，能够充分实现优先顺序较高的要求，并且也在一定程度上实现优先顺序较低的要求。作为一例，在转矩要求值的优先顺序最高的情况下，对效率要求值和空燃比要求值进行修正，并使其中优先顺序更低的一方的修正程度较大。若优先顺序根据发动机1的运转条件等而改变，则只要基于从共用信号发送***发送的共用发动机信息来判定优先顺序，并决定修正哪个要求值即可。
另外，在控制量设定层次530中，使用从物理量协调层次520输入的要求值和从共用信号发送***发送的共用发动机信息来生成新的信号。例如，通过除法运算部(未图示)来运算由协调部521进行了协调的转矩要求值与共用发动机信息中包含的推定转矩之比。推定转矩是以当前的吸入空气量及空燃比为基础并以点火时期为MBT时输出的转矩。推定转矩的运算通过与控制装置不同的任务进行。
虽然省略详细说明，但是如上述那样在转矩要求值的优先顺序最高的情况下，作为以上的处理的结果而在控制量设定层次530中算出转矩要求值、修正后的效率要求值、修正后的空燃比要求值及转矩效率。根据上述信号中的转矩要求值及修正后的效率要求值来算出(转换)节气门开度，并传递至控制量协调层次540。
具体来说，首先，将转矩要求值除以修正后的效率要求值。修正后的效率要求值为1以下的值，由此若对转矩要求值进行除法运算则转矩要求值提高。这样提高的转矩要求值转换成空气量，根据空气量来运算出节气门开度。另外，转矩要求值向空气量的转换及根据空气量的节气门开度的运算参照预先设定的映射而进行。
另外，关于点火时期，主要根据转矩效率来算出(转换)。此时，转矩要求值、修正后的空燃比要求值也被用作为参照信号。具体来说，根据转矩效率并参照映射，而运算出相对于MBT的滞后角量。转矩效率越小则滞后角量为越大的值，结果是转矩下降。上述转矩要求值的提高是用于对滞后角引起的转矩下降进行补偿的处理。
在本实施方式中，通过基于转矩效率的点火时期的滞后角和基于效率要求值的转矩要求值的提高，能够实现转矩要求值和效率要求值双方。另外，上述转矩要求值及修正后的空燃比要求值用于选定用于将转矩效率转换成滞后角量的映射。并且，根据滞后角量和MBT(或基本点火时期)来运算出最终的点火时期。
此外，根据修正后的空燃比要求值和发动机1的气缸2内的吸入空气量来运算出燃料喷射量。吸入空气量包含于共用发动机信息，并从共用信号发送***发送至调整转换部531。
作为以上的处理的结果而从控制量设定层次530(调整转换部531)传递至控制量协调层次540的信号是节气门开度的要求值(与转矩要求对应的第一要求值)、点火时期的要求值及燃料喷射量的要求值。上述信号分别输入控制量协调层次540的协调部541、542、545，详细情况在后文叙述，但与从要求产生层次510直接传递的其他要求值一起被协调。
-控制量协调层次-
作为一例而如图3所示，在控制量协调层次540中，对于作为要求的分类的调节器7、8、…的每个控制量设有协调部541～543。在图示的例子中，协调部541对节气门开度的要求值进行汇总而协调成一个要求值。另外，协调部542对点火时期的要求值进行汇总而协调成一个要求值。另外，协调部543对燃料喷射量的要求值进行汇总而协调成一个要求值。
上述各协调部541～543也与物理量协调层次520的各协调部521～523相同，按照预先确定的规则进行协调。关于其规则而托付于设计，在本发明中对规则的内容不作限定。但是，在控制量协调层次540中进行的协调的情况下，对所传递的信号的要求预先设定优先顺序，并基于此进行协调。关于协调的详细情况在后文叙述。
另外，从共用信号发送***也对控制量协调层次540发送共用发动机信息，在各协调部541～543中能够利用共用发动机信息。另外，如图3所示，异常判定部560与节气门开度的要求值的协调部541连接，对RAM突变等控制运算的异常进行判定。关于该异常判定在后文叙述。
如以上那样通过各协调部541～543进行协调，从控制量协调层次540至少输出一个节气门开度要求值、一个点火时期要求值(或点火截止要求值)、关于一组喷射器21、22的一组喷射量要求值(或喷射截止要求值)及一组喷射时期要求值。
-控制输出层次-
在控制量协调层次540的下位的层次即控制输出层次550中，基于上述各要求值来算出调节器7、8、…的各控制量。在图示的例子中，在最下位的控制输出层次550中，对应于从上述控制量协调层次540传递的信号地设有控制输出部551～553。从上述节气门开度的要求值的协调部541向控制输出部551(节气门驱动控制部)传递节气门开度要求值，与之对应地输出节气门驱动信号。
另外，从上述控制量协调层次540的点火时期的要求值的协调部542向控制输出部552(点火器通电控制部)传递点火时期要求值，与之对应地输出点火器通电信号。此外，从上述喷射量的协调部543向控制输出部553(喷射器驱动控制部)传递喷射量要求值，与之对应地输出喷射器驱动信号。
-调节器的控制量的协调-
接下来，对上述控制量协调层次540中的调节器的控制量的协调进行说明。尤其是除了图3之外还参照图4对做本实施方式的特征的节气门开度的要求值的协调详细地进行说明。
首先，如上所述在本实施方式的控制装置中，通过转矩、效率及空燃比这三种物理量的组合来表现驾驶性能、废气及燃油经济性这样的发动机1的基本的功能要求，通过物理量协调层次520进行协调，但是除了上述基本的功能以外还存在各种要求。例如也存在故障保护、零件保护等紧急性较高的要求，这样的要求当一旦置换成转矩、效率、空燃比的要求值而进行协调时，会产生多余的运算负载，对处理的高速化不利。
另外，发动机1除了该普通的运转状态以外，还存在例如启动、停止、OBD这样的仅在特定的状况下的要求，但是上述要求也可以简单地以节气门开度、燃料喷射量、点火时期等控制的顺序表现，因此在特意利用转矩等物理量表现之后进行协调的意义较小，这样的话，会产生与上述故障保护等相同的多余的运算负载。
从这样的观点出发，在本实施方式中，如上述图3表示那样，在要求产生层次510中例如设有与启动要求、故障保护要求、零件保护要求、OBD要求等分别对应的要求输出部514～517。从上述要求输出部514～517分别作为输出由调节器7、8、…的控制量表现的要求值作为要求而不是物理量，不经由物理量协调层次520、控制量设定层次530而直接传递至控制量协调层次540。
并且，上述要求值与如上述那样从控制量设定层次530传递至控制量协调层次540的节气门开度、点火时期或燃料喷射量的要求值一起对各控制量分别进行汇总，通过控制量协调层次540的各协调部541～543将每个控制量协调成一个要求值。
例如如图4所示，如上所述，从控制量设定层次530的调整转换部531向节气门开度的要求值的协调部541传递与转矩要求对应的节气门开度的要求值(第一要求值)的信号。另外，在图示的例子中，在使发动机1停止时，为了抑制振动而将节流阀8关闭，也输入停止时要求值。并且，协调部541的关闭侧选择部541a选择两者中的关闭侧的要求值。
另外，如上所述，来自要求产生层次510的要求输出部514～517的信号，即与启动要求、故障保护要求、零件保护要求、OBD要求等分别对应的节气门开度的要求值(第二要求值)的信号传递至上述协调部541。在本实施方式中，来自上述要求输出部514～517的信号中，伴随着分别识别它们并表示预先设定的要求的优先顺序的信息(ID)。
作为一例，对于优先顺序，若发动机1停止则启动要求最高，但是若发动机1为运转中则故障保护要求最高，以下按照零件保护、OBD的要求顺序地设定较高的优先顺序。另外，上述要求都比运转中的基本的要求(驾驶性能、废气及燃油经济性)的优先顺序设定得高。因此，例如，在上述转矩要求对应的第一要求值的信号中设定ID＝0，在启动、故障保护、零件保护、OBD等第二要求值的信号中依次设定ID＝1～4。
在本实施方式中，除了ID＝0之外，数字越小而识别为优先度越高。例如在发动机启动时，传递了ID＝1的启动时节气门开度的要求值的信号，因此即使传递除此以外的要求值的信号，也选择优先度最高的启动时节气门开度的要求值。这样的选择通过协调部541的优先选择部541b进行。优先选择部541b从所输入的多个第二要求值的信号中仅选择优先度最高的要求值。
这样优先选择出的第二要求值的信号和上述第一要求值的信号分别输入协调选择部541c，并按照预先确定的规则进行选择(协调)。对该选择的方法不作限定，例如可以是在仅输入ID＝0的第一要求值的信号的情况下选择它，另一方面，也输入了ID＝1～4的第二要求值的信号的情况下，选择其中优先度高的信号。另外，也可以在选择了第一或第二中的任一要求值的信号的基础上，对该选择的要求值进行加权，并且以也反映未选择的要求值的方式通过加权平均等来算出要求值。
这样选择(协调)的要求值从协调选择部541c传递至上限保护部541d。在此，在产生故障时，以驾驶员即使增加踏下加速器踏板，发动机转矩也不怎么会增大的方式施加保护。即，这是因为，当通过故障保护处理对发动机转矩进行限制时，驾驶员有时会暂时增加踏下加速器踏板，在故障保护处理为错误处理而将其解除时，发动机转矩可能会急增。
在上限保护部541d中，将输入的节气门开度的要求值限制为预先设定的保护值以下并输出。这样输出的要求值传递至选择部541e，在与退避行驶时的节气门开度的要求值之间进行选择。该要求值是以车辆能够进行退避行驶方式预先设定的节气门开度，在由于发动机1的故障而无法进行普通的行驶的预定的状况下选择。
如以上那样选择(协调)的节气门开度的要求值，即目标节气门开度从上述选择部541e(即从协调部541)输出，并传递至控制输出部551。与之对应地，节气门驱动信号从控制输出部551输出至节气门电动机8a。并且，通过节气门电动机8a的动作，对应于发动机1的运转状态或启动、故障、OBD等各种状况而适当地控制节流阀8的开度。
即，在本实施方式中，通过上述节气门开度的协调部541，构成选择与转矩要求对应的第一要求值和与启动、故障保护、零件保护、OBD等其他要求对应的第二要求值中的任一个，并算出目标节气门开度的目标开度计算部。
-控制运算的异常的判定-
在本实施方式中，为了检测上述节气门开度的协调部541的控制运算上的异常而设有异常判定部560。被称为所谓RAM突变、RAM值异常等的控制运算的异常在例如噪声或ECU500的瞬间的电压下降等的影响下，会在未正常地进行对于RAM的数据的写入时产生。当产生异常时，目标节气门开度变得过大，由于意外的过度的发动机转矩而驾驶员有时会感觉到不适感。
与此相对，在本实施方式中，除了上述图4之外，也如图5所示，设有异常判定部560，该异常判定部560接收传递至协调部541的节气门开度的第一及第二要求值的信号、在选择了与转矩要求对应的第一要求值(ID＝0)的情况下从协调部541输出的ID信息的信号、从协调部541向控制输出部551传递的目标节气门开度的信号，并对上述那样的控制运算上的异常进行判定。
在图示的例子中，异常判定部560具有：根据节气门开度的第一要求值与目标节气门开度的偏差的大小来判定异常的第一判定部561、根据目标节气门开度的大小等来判定异常的第二判定部562。即，第一判定部561具备大小判别部561a，该大小判别部561a从目标节气门开度减去节气门开度的第一要求值，并对该偏差的绝对值与预先设定的阈值的大小进行判别。
另外，第一判定部561还具备分别输入在上述目标节气门开度与第一要求值的偏差(绝对值)比阈值大时从大小判别部561a输出的信号、来自协调部541的ID信息的信号的“与”门部561b。从该“与”门部561b输出的信号输入“或”门部563。另外，来自上述第二判定部562的信号也输入“或”门部563。
第二判定部562的详细情况如以下所说明那样，关于多个第二要求值中的优先顺序最高的第二要求值进行异常的判定。并且，当输入来自第一或第二判定部561、562中的任一个的信号时，从“或”门部563输出的信号输入时间判别部564，当其持续预定时间以上时，从时间判别部564输出异常判定。
以下，参照图6的流程图具体地对通过第一及第二判定部562执行的异常判定程序进行说明。另外，该程序在ECU500中每隔预定的时间(例如几十毫秒)间隔地反复执行。
首先，ECU500根据从节气门开度的协调部541输出至异常判定部560的ID信息的信号，对选择(协调)了节气门开度的第一或第二中的哪一个要求值进行判别(步骤ST1)。如上所述，ID信息的信号在ID＝0的情况下从协调部541输出，并输入第一判定部561的“与”门部561b，因此若输入了该信号，则否定判别为选择了第一要求值(否)，并进入步骤ST2。
在步骤ST2中，对节气门开度的偏差的大小(绝对值)是否大于阈值进行判别，若为否定判别(否)，则进入后述的步骤ST9，若为肯定判别(是)，则进入步骤ST3，并将异常计数值加1。即，在偏差比阈值大时，从图5的大小判别部561a输出的信号输入至“与”门部561b，从此输出的信号输入至“或”门部563，从此输出的信号输入至时间判别部564，将异常计数值加1。
根据这样加1的异常计数值的值是否成为预定值，来判定预定时间的经过(步骤ST4)，若其为否定判别(否)，则返回上述步骤ST1，当经过了预定时间而成为肯定判别(是)时，进行异常判定输出(步骤ST5)。即，在选择了节气门开度的第一要求值的情况下，根据该第一要求值与目标节气门开度的偏差的大小来对异常进行判定，若其持续预定时间以上，则输出异常的判定结果。
另一方面，若未从协调部541输出ID信息的信号而在上述步骤ST1中肯定判别为选择了第二要求值(是)，则进入步骤ST6，对第二要求值是否表示与表示发动机1的状态的预定信息关联的要求进行判定。预定信息例如是发动机转速、吸入空气量、燃料喷射量、当前时刻的实际点火时期、冷却水温度等表示发动机1的各种状态的信息，用于判别在通过该信息表示的发动机1的状态下是否能够产生上述要求。
即，如上所述，对于节气门开度的第二要求值的信号，例如按照启动、故障保护、零件保护、OBD的顺序而设定ID＝1～4，因此在步骤ST6中，对各个要求是否与由上述预定信息表示的发动机1的状态关联进行判定。并且，若为否定判别(否)则进入后述的步骤ST8，若为肯定判别(是)则进入步骤ST7。
在步骤ST7中，如上述那样判别在由预定信息表示的发动机1的状态下是否能输出第二要求值，即判别要求是否不适合。例如在发动机1的启动时，发动机转速不怎么高，因此在第二要求值若为在启动要求的情况下，发动机转速为预定转速以上，则肯定判别为要求不适(是)。相同地，参照燃料喷射量作为预定信息，在其不为零时，可以判别为仅在发动机1的停止时产生的要求不适。
在步骤ST7中若否定判别为要求并非不适(否)，则进入后述的步骤ST9，若肯定判别为要求不适(是)，则进入上述步骤ST3，并将异常计数值加1。即，在上述图5中，从第二判定部562输出的信号输入至“或”门部563，从此输出的信号输入至时间判别部564输入，并将异常计数值加1。
另外，在上述步骤ST6中，否定判别为第二要求值不是与预定信息关联的要求(否)的情况下，进入步骤ST8，对第二要求值是否为预定的上限值以上进行判定。该上限值是预先设定为对于发动机1的当前的状态来说是不可能的节气门开度的值，例如若为空转中，则只要将节气门开度的15°左右设定为上限值即可。
并且，若节气门开度的要求值(第二要求值)为上限值以上，则产生了异常，因此在步骤ST8中进行肯定判别(是)而进入上述步骤ST3，并将异常计数值加1。若这样加1的异常计数值的值成为预定值(在步骤ST4中为“是”)，则如上所述地输出异常判定(步骤ST5)。另一方面，若否定判别为第二要求值不是上限值以上(否)，则进入步骤ST9，并将异常计数值清零。
即，在选择了节气门开度的第二要求值的情况下，在该第二要求值为预定的上限值以上，或在当前的发动机1的状态下未产生第二要求值中的任一情况下，判定为异常，若上述状态持续预定时间以上，则输出异常的判定结果。
因此，在本实施方式的控制装置中，通过预定的物理量来表现、协调驾驶性能等基本的功能要求，由此能够控制成均衡地满足了对于发动机1的基本的要求的适当的运转状态。另一方面，启动、故障保护等其他要求通过节流阀8等调节器的控制量表现并协调。
由此在节气门开度的协调部541中，主要协调与转矩要求对应的第一要求值和与除此以外的其他要求对应的第二要求值，算出目标节气门开度。在该情况下，若基于第一要求值而算出目标节气门开度，则能够通过异常判定部560根据两者的偏差的大小判定控制的运算上的异常。
另一方面，在基于第二要求值而算出目标节气门开度的情况下，无法根据转矩要求与目标节气门开度的偏差对异常进行判定，但是在该情况下，在第二要求值能够根据当前的发动机1的状态下不会产生或者为预定的上限值以上中的任一个判定异常。
即，根据算出目标节气门开度的方法而切换异常的判定方法，由此在不仅考虑转矩要求，也考虑除此以外的其他要求来算出目标节气门开度的情况下，也能够准确地判定控制运算的异常。
-其他的实施方式-
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变形来实施。例如在上述实施方式中，在基于节气门开度的第二要求值来算出目标节气门开度的情况下，该第二要求值通过在当前的发动机1的状态下不会产生或为预定的上限值以上中的任一个来判定异常，但也可以仅在为上限值以上的情况下判定异常。
另外，在上述实施方式中，在多个第二要求值的信号中伴随有对各个第二要求值的信号进行识别并表示要求的优先顺序的信息(ID)，但并不限定于此，在多个要求也可以不预先设定优先顺序。
此外，上述实施方式的控制装置将发动机1的基本的功能要求以预定的物理量表现并协调，并且除此以外的要求以调节器的控制量表现并协调，但不限定于此。本发明可以应用于选择与转矩要求对应的第一要求值和与除此以外的其他要求对应的第二要求值中的任一个，而算出目标节气门开度的发动机控制装置。
此外，在上述实施方式中，对将本发明的控制装置应用于搭载于车辆的火花点火式发动机1的情况进行了说明，但本发明也可以应用于火花点火式发动机1以外的发动机，例如柴油发动机，还可以应用于还具备电动机的混合动力***所具备的发动机。
工业上的可利用性
本发明的内燃机的控制装置在根据转矩要求以外的其他要求而算出目标节气门开度的情况下，也能够准确地判定异常，因此在搭载于车辆的情况下是有用的。
附图标记说明
1发动机(内燃机)
8节流阀
500ECU
540控制量协调层次
541节气门开度的协调部(目标开度计算部)
560异常判定部

Claims (6)

1.一种内燃机的控制装置，至少对节气门开度进行控制，
所述内燃机的控制装置的特征在于，具备：
目标开度计算部，选择与对所述内燃机的转矩要求对应的节气门开度的第一要求值和与除该转矩要求以外的其他要求对应的节气门开度的第二要求值中的任一个，并且根据所选择的要求值来算出目标节气门开度；及
异常判定部，在所述目标开度计算部中选择了所述第一要求值的情况下，所述异常判定部根据该第一要求值与所述目标节气门开度的偏差的大小来对异常进行判定，另一方面在选择了所述第二要求值的情况下，所述异常判定部根据所述目标节气门开度是否为预定的上限值以上来对异常进行判定。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中，
在所述目标开度计算部中选择了所述第二要求值的情况下，所述异常判定部参照与内燃机的状态关联的预定信息，在该内燃机的状态下未产生所述其他要求时也判定为异常。
3.根据权利要求2所述的内燃机的控制装置，其中，
所述其他要求是仅在内燃机启动时产生的要求，
所述预定信息是发动机转速，若发动机转速为预定转速以上，则判定为异常。
4.根据权利要求2或3所述的内燃机的控制装置，其中，
所述其他要求是仅在内燃机停止时产生的要求，
所述预定信息是燃料喷射量，若燃料喷射量不为零，则判定为异常。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的内燃机的控制装置，其中，
所述第二要求值与多个其他要求对应地存在多个，并且在各第二要求值的信号中伴随有选择的优先顺序的信息，
所述目标开度计算部按照所述优先顺序的信息，从所述第一要求值和多个第二要求值中选择任一个要求值。
6.根据权利要求5所述的内燃机的控制装置，其中，
在所述目标开度计算部中选择了所述第二要求值的情况下，所述异常判定部关于所述优先顺序最高的第二要求值进行异常的判定。
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