УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2011 года по МПК F02D43/00 F02D43/04 F02D45/00 F02D41/00 F02D41/04 F02D41/14 

Область техники

Настоящее изобретение, в общем, относится к устройствам управления для двигателей внутреннего сгорания. Более конкретно, изобретение относится к устройству управления, которое удовлетворяет требованиям, связанным с различными характеристиками двигателя внутреннего сгорания, посредством координированного управления множеством исполнительных механизмов.

Уровень техники

Известные технологии, связанные с управлением крутящим моментом в двигателе внутреннего сгорания, включают в себя технологию, раскрытую, например, в JP-A-2003-301766. В технологии, раскрытой в данном документе, указанное требование в крутящем моменте от водителя вычисляется с использованием значения угла нажатия педали акселератора, и требуемый состав смеси "воздух-топливо" определяется в устройстве управления. После этого указанное требование в крутящем моменте корректируется с использованием кпд по крутящему моменту относительно распределения зажигания и эффективности по крутящему моменту относительно требуемого состава смеси "воздух-топливо", и требуемый угол поворота дросселя дополнительно определяется из требуемого объема воздуха, вычисляемого из скорректированного крутящего момента. Помимо этого значение коррекции задержки впуска воздуха вычисляется из требуемого объема воздуха и скорости вращения двигателя, затем угол запаздывания момента зажигания вычисляется из скорректированного крутящего момента и оцененного крутящего момента, определенного посредством значения коррекции задержки впуска воздуха, и конечный момент зажигания определяется из угла запаздывания момента зажигания и основного момента зажигания, определенного посредством величины всасываемого воздуха. Кроме того, требуемая величина впрыска топлива определяется из величины всасываемого воздуха и требуемого состава смеси "воздух-топливо".

Вкратце, традиционная технология, раскрытая в вышеупомянутой заявке на патент, может описываться как технология, в которой угол поворота дросселя, момент зажигания и величина впрыска топлива координировано управляются так, чтобы достигать как значения указанного требования в крутящем моменте, требуемого от водителя, так и желательного состава смеси "воздух-топливо", требуемого от устройства управления.

Проблемы, на решение которых направлено изобретение

В технологии вышеупомянутой заявки на патент, значение указанного требования в крутящем моменте может рассматриваться как требование, связанное с отзывчивостью, а требуемый состав смеси "воздух-топливо" - как требование, связанное с выхлопными газами. Отзывчивость и выбросы выхлопного газа являются характеристиками двигателя внутреннего сгорания, и в дополнение к этим двум характеристикам предусмотрены различные другие характеристики двигателя внутреннего сгорания, в том числе связанные с экономией топлива и детонацией. Имеются требования для каждой такой характеристики. Например, существуют требования в повышении эффективности сгорания и снижении насосных потерь для характеристик, связанных с экономией топлива. Кроме того, существуют требования в более высокой температуре выхлопного газа и в ускоренных реакциях в катализаторе для характеристик, связанных с выхлопными газами.

Двигатели внутреннего сгорания имеют различные характеристики, как описано выше, и существует множество требований, которые отличаются по уровню, для каждой из характеристик. Традиционная технология, описанная в вышеупомянутой заявке на патент, тем не менее удовлетворяет только части требований и не реализует все из множества требований двигателя внутреннего сгорания. Помимо этого вышеописанная традиционная технология не использует управляющую структуру, которая разрешает дополнительным требованиям быть легко включенными в работу исполнительного механизма.

Настоящее изобретение осуществлено в свете разрешения вышеописанных проблем, и задачей изобретения является создание устройства управления для двигателя внутреннего сгорания, при этом устройство управления выполнено таким образом, что требования, связанные с различными характеристиками двигателя внутреннего сгорания, могут быть надлежащим образом реализованы за счет включения требований в работу исполнительных механизмов надлежащим образом.

Средство для решения проблемы

Для решения вышеуказанной задачи согласно первому аспекту изобретения создано устройство управления для двигателя внутреннего сгорания, содержащее:

множество исполнительных механизмов, связанных с работой двигателя внутреннего сгорания;

модуль вывода требований, который выводит требования, связанные с различными рабочими характеристиками двигателя внутреннего сгорания, причем каждое из требований выражается в физических величинах, выбираемых из крутящего момента, эффективности и состава смеси "воздух-топливо";

модуль согласования крутящего момента, который собирает из множества значений требований, выводимых из модуля вывода требований, только значения требований, выражаемые в терминах крутящего момента, и затем согласует значения требования в крутящем моменте в одно в соответствии с заданным правилом;

модуль согласования эффективности, который собирает из множества значений требований только значения требований, выражаемые в терминах эффективности, и затем согласует значения требования в эффективности в одно в соответствии с заданным правилом;

модуль согласования состава смеси "воздух-топливо", который собирает из множества значений требований только значения требований, выражаемые в терминах состава смеси "воздух-топливо", и затем согласует значения требования в составе смеси "воздух-топливо" в одно в соответствии с заданным правилом; и

модуль вычисления управляющих переменных, который вычисляет управляющие переменные каждого исполнительного механизма на основе значения требования в крутящем моменте, значения требования в эффективности и значения требования в составе смеси "воздух-топливо", выводимых из соответствующих модулей согласования.

Второй аспект настоящего изобретения представляет собой устройство управления для двигателя внутреннего сгорания согласно первому аспекту настоящего изобретения, в котором различные характеристики включают в себя характеристики, связанные с отзывчивостью, характеристики, связанные с выхлопными газами, и характеристики, связанные с расходом топлива.

Третий аспект настоящего изобретения представляет собой устройство управления для двигателя внутреннего сгорания согласно первому или второму аспекту настоящего изобретения, в котором множество исполнительных механизмов включает в себя привод, который регулирует величину всасываемого воздуха в двигателе внутреннего сгорания, привод, который регулирует распределение зажигания в двигателе внутреннего сгорания, и привод, который регулирует величину впрыска топлива в двигателе внутреннего сгорания.

Четвертый аспект настоящего изобретения представляет собой устройство управления для двигателя внутреннего сгорания согласно любому из аспектов с первого по третий настоящего изобретения, при этом устройство управления дополнительно содержит модуль модификации, который модифицирует, по меньшей мере, одно из значения требования в крутящем моменте, значения требования в эффективности и значения требования в составе смеси "воздух-топливо", выводимых из соответствующих модулей согласования, и тем самым обеспечивает то, что значение требования в крутящем моменте, значение требования в эффективности и значение требования в составе смеси "воздух-топливо" имеют зависимость, подходящую для надлежащей работы двигателя внутреннего сгорания.

Пятый аспект настоящего изобретения представляет собой устройство управления для двигателя внутреннего сгорания согласно четвертому аспекту настоящего изобретения, в котором модуль модификации модифицирует только значение требования в эффективности или значение требования в составе смеси "воздух-топливо" без модификации значения требования в крутящем моменте.

Шестой аспект настоящего изобретения представляет собой устройство управления для двигателя внутреннего сгорания согласно любому из аспектов с первого по пятый настоящего изобретения, в котором модуль вычисления управляющих переменных включает в себя блок хранения, в котором сохраняются соответствующие стандартные значения для значения требования в эффективности и значения требования в составе смеси "воздух-топливо"; и

модуль вычисления управляющих переменных выполнен таким образом, что, если значение требования в эффективности не выводится из модуля согласования эффективности или если значение требования в составе смеси "воздух-топливо" не выводится из модуля согласования состава смеси "воздух-топливо", модуль вычисления использует сохраненные стандартные значения для того, чтобы вычислять управляющие переменные каждого исполнительного механизма.

Седьмой аспект настоящего изобретения представляет собой устройство управления для двигателя внутреннего сгорания согласно любому из аспектов с первого по шестой настоящего изобретения, в котором модуль согласования эффективности включает в себя блок хранения, в котором сохраняются стандартные значения для элементов, соответствующих значениям требований, которые должны выводиться из модуля вывода требований в модуль согласования эффективности; и

модуль согласования эффективности выполнен таким образом, что для элемента, соответствующего значению требования, которое не должно выводиться из модуля вывода требований в модуль согласования эффективности, модуль согласования использует сохраненное соответствующее стандартное значение для того, чтобы регулировать значение требования в эффективности.

Восьмой аспект настоящего изобретения представляет собой устройство управления для двигателя внутреннего сгорания согласно любому из аспектов с первого по седьмой настоящего изобретения, в котором модуль согласования состава смеси "воздух-топливо" включает в себя блок хранения, в котором сохраняются стандартные значения для элементов, соответствующих значениям требований, которые должны выводиться из модуля вывода требований в модуль согласования состава смеси "воздух-топливо"; и

модуль согласования состава смеси "воздух-топливо" выполнен таким образом, что для элемента, соответствующего значению требования, которое не должно выводиться из модуля вывода требований, модуль согласования состава смеси "воздух-топливо" использует сохраненное соответствующее стандартное значение для того, чтобы регулировать значение требования в составе смеси "воздух-топливо".

Девятый аспект настоящего изобретения представляет собой устройство управления для двигателя внутреннего сгорания согласно любому из аспектов с шестого по восьмой настоящего изобретения, в котором из требований, связанных с различными характеристиками, элементам, выражаемым в терминах эффективности, и элементам, выражаемым в терминах состава смеси "воздух-топливо", назначается заданное стандартное требование; и

модуль вывода требований выполнен таким образом, что для элементов, выражаемых в терминах эффективности или состава смеси "воздух-топливо", модуль вывода должен выводить значения требований, только если существуют требования, отличающиеся от соответствующих стандартных требований.

Преимущества изобретения

Продукты работы двигателя внутреннего сгорания включают в себя горючие и выхлопные газы помимо крутящего момента и совокупность этих продуктов определяет различные характеристики двигателя внутреннего сгорания. Согласно первому аспекту настоящего изобретения требования, связанные с различными характеристиками двигателя внутреннего сгорания, выражаются в физических величинах крутящего момента, эффективности или состава смеси "воздух-топливо". Крутящий момент, эффективность и состав смеси "воздух-топливо" представляют собой три основных фактора, которые определяют результаты работы двигателя внутреннего сгорания. Следовательно, использование этих физических величин для того, чтобы представлять требования, связанные с различными характеристиками, и вычислять управляющие переменные исполнительных механизмов на основе значения требования в крутящем моменте, значения требования в эффективности и значения требования в составе смеси "воздух-топливо", получаемых посредством согласования вышеуказанных требований, обеспечивает надлежащее управление работой исполнительных механизмов так, что требования включаются в результаты работы двигателя внутреннего сгорания.

Согласно второму аспекту изобретения требования, связанные с отзывчивостью, выхлопными газами и расходом топлива, которые являются элементами характеристик двигателя внутреннего сгорания, могут легко достигаться. Требования, связанные с отзывчивостью, могут быть выражены, например, в терминах крутящего момента или эффективности. Требования, связанные с выхлопными газами, могут быть выражены, например, в терминах эффективности или состава смеси "воздух-топливо". Требования, связанные с расходом топлива, также могут быть выражены, например, в терминах эффективности или состава смеси "воздух-топливо".

Согласно третьему аспекту изобретения требования, связанные с каждой характеристикой двигателя внутреннего сгорания, могут легко достигаться посредством управления величиной всасываемого воздуха, распределением зажигания и величиной впрыска топлива. Величина всасываемого воздуха может быть вычислена из значения требования в крутящем моменте и значения требования в эффективности. Распределение зажигания может быть вычислено из значения требования в крутящем моменте. Величина впрыска топлива может быть вычислена из значения требования в составе смеси "воздух-топливо". Эти три значения требований, тем не менее, являются только частью информации, используемой для того, чтобы вычислять управляющие переменные, и, таким образом, информация по рабочим параметрам и рабочим состояниям двигателя внутреннего сгорания, такая как оцененное значение крутящего момента или частота вращения двигателя, может использоваться вместо вышеупомянутых трех значений требований или комбинироваться с ними.

Согласно четвертому аспекту изобретения, по меньшей мере, одно из трех значений требований, а именно значение требования в крутящем моменте, значение требования в эффективности и значение требования в составе смеси "воздух-топливо", модифицируется так, чтобы иметь зависимость, которая обеспечивает надлежащую работу двигателя внутреннего сгорания, и управляющие переменные на основе модифицированного значения требования назначаются для каждого исполнительного механизма. Следовательно, исполнительные механизмы могут быть скоординированы друг с другом, чтобы не допускать возникновения серьезных сбоев в работе в двигателе внутреннего сгорания, независимо от того, какое требование выводится из модуля вывода требований.

Согласно пятому аспекту изобретения, если значение требования в эффективности или значение требования в составе смеси "воздух-топливо" надлежащим образом модифицируется без модификации значения требования в крутящем моменте, точное управление крутящим моментом может осуществляться, и при этом другие требования, связанные с эффективностью и составом смеси "воздух-топливо", также могут достигаться в максимально возможной степени.

Согласно шестому аспекту изобретения, если значения требований, отличные от значения требования в крутящем моменте, которое обязательно при управлении двигателем внутреннего сгорания, т.е. значения требования в эффективности и значения требования в составе смеси "воздух-топливо", не выводятся из модуля согласования эффективности, эти значения требований должны быть заменены на соответствующие стандартные значения в ходе вычисления управляющих переменных исполнительного механизма. Следовательно, даже в таком случае каждый исполнительный механизм может надлежащим образом управляться так, что неисправность двигателя не возникает в ходе работы двигателя внутреннего сгорания.

Согласно седьмому аспекту изобретения, если значения требований, связанные с какими-либо конкретными элементами по эффективности, не выводятся из модуля вывода требований, эти значения требований должны быть заменены на соответствующие стандартные значения в ходе согласования значений требования в эффективности. Следовательно, даже в таком случае каждый исполнительный механизм может надлежащим образом управляться так, что неисправность двигателя не возникает в ходе работы двигателя внутреннего сгорания.

Согласно восьмому аспекту изобретения, если значения требований, связанные с какими-либо конкретными элементами на составе смеси "воздух-топливо", не выводятся из модуля вывода требований, эти значения требований должны быть заменены на соответствующие стандартные значения в ходе согласования значений требования в составе смеси "воздух-топливо". Следовательно, даже в таком случае каждый исполнительный механизм может надлежащим образом управляться так, что неисправность двигателя не возникает в ходе работы двигателя внутреннего сгорания.

Согласно девятому аспекту изобретения для элементов, отличных от элемента крутящего момента, который является обязательным при управлении двигателя внутреннего сгорания, т.е. для элементов, выражаемых в терминах эффективности или состава смеси "воздух-топливо", значения требований выводятся, если только существуют какие-либо требования, отличающиеся от стандартных. Таким образом, арифметическая нагрузка на устройство управления может уменьшаться посредством, при стандартных требованиях, проведения вычислений с использованием стандартных значений.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - блок-схема, иллюстрирующая конфигурацию устройства управления двигателем согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2 - блок-схема, показывающая типичные компоновки элемента согласования (согласования крутящего момента) согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.3 - блок-схема, показывающая типичные компоновки элемента согласования (согласования эффективности) согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.4 - блок-схема, показывающая типичные компоновки блока регулирования согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.5 - схема, показывающая способ задания верхних/нижних предельных значений эффективности с учетом состава смеси "воздух-топливо" согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.6 - схема, показывающая способ задания верхних/нижних предельных значений состава смеси "воздух-топливо" с учетом эффективности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.7 - блок-схема, иллюстрирующая модификацию конфигурации устройства управления двигателем, показанного на фиг.1;

Фиг.8 - блок-схема, иллюстрирующая другую модификацию конфигурации устройства управления двигателем, показанного на фиг.1;

Фиг.9 - блок-схема, иллюстрирующая конфигурацию устройства управления двигателем согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.10 - блок-схема, иллюстрирующая конфигурацию устройства управления двигателем согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

Перечень ссылочных позиций

10 - уровень формирования требований

12, 14, 16, 72 - элемент вывода требований

20 - уровень согласования

22 - элемент согласования крутящего момента

24 - элемент согласования эффективности

26 - элемент согласования состава смеси "воздух-топливо"

32 - блок регулирования

34, 36, 38, 74 - элемент вычисления управляющих переменных

42, 44, 46, 76 - привод

50 - система доставки общих сигналов

52 - источник информации

202 - элемент наложения

204, 212, 216, 220 - элемент выбора минимального значения

214, 218 - элемент выбора максимального значения

302, 314, 316 - защитный блок

304 - схема для выбора верхних/нижних предельных значений эффективности

308, 322 - блок выбора

312 - блок вычисления эффективности по крутящему моменту (блок деления)

320 - схема для выбора верхних/нижних предельных значений состава смеси "воздух-топливо"

Наилучший способ осуществления изобретения

Первый вариант осуществления изобретения

Первый вариант осуществления настоящего изобретения описывается ниже со ссылкой на чертежи. Описывается первый вариант осуществления настоящего изобретения, в котором устройство управления настоящего изобретения применяется к двигателю внутреннего сгорания с искровым зажиганием (в дальнейшем называемому "двигателем"). Тем не менее, настоящее изобретение применимо к любому типу двигателя, отличному от типа с искровым зажиганием, например к дизельному двигателю.

Устройство управления двигателем в первом варианте осуществления настоящего изобретения имеет структуру, показанную посредством блок-схемы по фиг.1. Фиг.1 показывает различные элементы устройства управления в блоках и передачу сигналов между блоками посредством стрелок. Компоновки и характеристики устройства управления согласно варианту осуществления описываются ниже со ссылкой на фиг.1. Чтобы обеспечивать еще более глубокое понимание характеристик этого варианта осуществления, детальные чертежи могут использоваться по мере необходимости для описания варианта осуществления.

Ссылаясь на фиг.1, устройство управления имеет управляющую структуру иерархического типа, включающую в себя три уровня иерархии 10, 20 и 30. Управляющая структура включает в себя, последовательно от верхнего уровня до нижнего уровня из иерархических уровней, уровень 10 формирования требований, уровень 20 согласования и уровень 30 задания управляющих переменных. Исполнительные механизмы различных типов 42, 44 и 46 соединены с уровнем 30 задания управляющих переменных на нижнем уровне иерархии. Сигнал проходит в одном направлении только между уровнями 10, 20 и 30 устройства управления, и сигнал передается из уровня 10 формирования требований на уровень 20 согласования и из уровня 20 согласования на уровень 30 задания управляющих переменных. Устройство управления дополнительно включает в себя систему 50 доставки общих сигналов, которая располагается независимо от этих уровней 10, 20 и 30 и доставляет общий сигнал параллельно в каждый из уровней 10, 20 и 30.

Сигналы, передаваемые между уровнями 10, 20 и 30, отличаются от доставляемых из системы 50 доставки общих сигналов следующим образом. В частности, сигналы, передаваемые между уровнями 10, 20 и 30, преобразуются из требований, связанных с характеристиками двигателя, и в конечном счете переводятся в соответствующие управляющие переменные для исполнительных механизмов 42, 44 и 46. Напротив, сигналы, доставляемые из системы 50 доставки общих сигналов, включают в себя требуемую информацию, когда требования формируются или управляющие переменные вычисляются: в частности, информацию по рабочим условиям и рабочим режимам двигателя (например, частоту вращения двигателя, величину всасываемого воздуха, оцененный крутящий момент, текущее фактическое распределение зажигания, температуру охлаждающей жидкости, фазы газораспределения и рабочий режим). Источники этих типов информации 52 включают в себя датчики различных типов, расположенные на двигателе, и способности внутренней оценки устройства управления. Информация этих типов является общей информацией двигателя, совместно используемой посредством уровней 10, 20 и 30. Соответственно доставка информации параллельно в каждый из уровней 10, 20 и 30 помогает не только уменьшать объем передаваемых данных между уровнями 10, 20 и 30, но также сохранять одновременность информации между уровнями 10, 20 и 30.

Компоновки каждого из уровней 10, 20 и 30 и обработка, выполняемая в них, подробно описываются ниже в нисходящем порядке иерархических уровней.

Уровень 10 формирования требований, который соответствует модулю вывода требований настоящего изобретения, включает в себя множество элементов 12, 14 и 16 вывода требований, расположенных в нем. "Требование", как этот термин используется в данном документе, означает то, что связано с характеристикой двигателя. Каждый из элементов 12, 14 и 16 вывода требований выделяется соответствующей характеристике двигателя. Характеристики двигателя включают в себя отзывчивость, выхлопной газ, экономию топлива, шум и вибрацию помимо прочего. Можно сказать, что они являются рабочими характеристиками, требуемыми для двигателя. Различные элементы вывода требований должны быть расположены на уровне 10 формирования требований в зависимости от того, что требуется от двигателя и чему необходимо уделять первостепенное значение. В этом варианте осуществления элемент 12 вывода требований предусмотрен так, чтобы соответствовать характеристике, связанной с отзывчивостью, элемент 14 вывода требований предусмотрен так, чтобы соответствовать характеристике, связанной с выхлопным газом, а элемент 16 вывода требований предусмотрен так, чтобы соответствовать характеристике, связанной с экономией топлива.

Элементы 12, 14 и 16 вывода требований выводят числовые значения, которые представляют требования, связанные с характеристиками двигателя. Управляющая переменная исполнительных механизмов 42, 44 и 46 определяется через арифметические действия, так что требования определяются количественно, чтобы давать возможность отражения требований в управляющих переменных исполнительных механизмов 42, 44 и 46. В этом варианте осуществления следующие три типа физических величин используются при выражении требований: крутящий момент, эффективность и состав смеси "воздух-топливо".

Продукты работы (выводы) двигателя включают в себя горючие и выхлопные газы в дополнение к крутящему моменту, и совокупность этих продуктов определяет различные характеристики двигателя, в том числе вышеописанные элементы, связанные с отзывчивостью, выбросами выхлопного газа и экономией топлива. Параметры для управления выводами могут собираться в три вида физических величин, связанных с крутящим моментом, эффективностью и составом смеси "воздух-топливо". Следовательно, предполагается, что требования могут быть надежно включены в результаты работы двигателя посредством представления требований в терминах трех видов физических величин, связанных с крутящим моментом, эффективностью и составом смеси "воздух-топливо", и осуществления операционного управления исполнительными механизмами 42, 44 и 46.

На фиг.1, хотя только типично, элемент 12 вывода требований выводит требование, связанное с отзывчивостью, с использованием значения требования, выражаемого в крутящем моменте или эффективности. Например, если требование состоит в ускорении транспортного средства, это конкретное требование может быть выражено в крутящем моменте. Если требование состоит в том, чтобы предотвращать останов двигателя, это конкретное требование может быть выражено в эффективности (повышенная эффективность).

Элемент 14 вывода требований выводит требование, связанное с выхлопным газом, с использованием значения требования, выражаемого в эффективности или составе смеси "воздух-топливо". Например, если требование состоит в том, чтобы нагревать катализатор, это конкретное требование может быть выражено в эффективности (пониженная эффективность) или составе смеси "воздух-топливо". Пониженная эффективность может повышать температуру выхлопного газа, и состав смеси "воздух-топливо" может задавать окружение, в котором катализатор легко вступает в реакцию.

Элемент 16 вывода требований выводит требование, связанное с экономией топлива, с использованием значения требования, выражаемого в эффективности или составе смеси "воздух-топливо". Например, если требование состоит в том, чтобы повышать эффективность сгорания, это конкретное требование может быть выражено в эффективности (повышенная эффективность). Если требование состоит в том, чтобы уменьшать насосные потери, это конкретное требование может быть выражено в составе смеси "воздух-топливо" (сгорание с обеднением).

Следует отметить, что значение требования, выводимое из каждого из элементов 12, 14 и 16 вывода требований, не ограничено одним для каждой физической величины. Например, элемент 12 вывода требований выводит не только требование в крутящем моменте от водителя (крутящий момент, вычисляемый из открытия акселератора), но также и требования в крутящем моменте от устройств различных типов, поскольку они касаются управления транспортным средством, таких как VSC (система управления стабильностью транспортного средства), TRC (система управления тягой), ABS (антиблокировочная тормозная система) и трансмиссия. То же применимо также и к эффективности.

Система 50 доставки общих сигналов доставляет общую информацию двигателя на уровень 10 формирования требований. Каждый из элементов 12, 14 и 16 вывода требований обращается к общей информации двигателя, чтобы тем самым определять значение требования, которое должно выводиться. Это обусловлено тем, что конкретные подробности требований варьируются согласно рабочим условиям и рабочим режимам двигателя. Если датчик температуры катализатора (не показан) используется для того, чтобы измерять температуру катализатора, например элемент 14 вывода требований определяет необходимость нагревать катализатор на основе этой температурной информации, и согласно результату определения выводит требование в эффективности или составе смеси "воздух-топливо".

Элементы 12, 14 и 16 вывода требований уровня 10 формирования требований выводят множество требований, выражаемых в крутящем моменте, эффективности или составе смеси "воздух-топливо", как описано выше. Все эти требования, тем не менее, не могут достигаться полностью и одновременно. Это обусловлено тем, что только одно требование в крутящем моменте может достигаться даже при множестве требований в крутящем моменте. Аналогично, только одно требование в эффективности может достигаться при множестве требований в эффективности, и только одно требование в составе смеси "воздух-топливо" может достигаться при множестве требований в составе смеси "воздух-топливо". Это требует процесса согласования требований.

Уровень 20 согласования согласует требования (значения требований), выводимые из уровня 10 формирования требований. Уровень 20 согласования включает в себя элементы 22, 24 и 26 согласования, каждый из которых выделяется для соответствующей физической величины как классифицированная категория требований. Элемент 22 согласования крутящего момента, который соответствует модулю согласования крутящего момента настоящего изобретения, согласует одно значение требования, выражаемое в крутящем моменте, с другим, чтобы достигать одного значения требования в крутящем моменте. Элемент 24 согласования эффективности, который соответствует модулю согласования эффективности настоящего изобретения, согласует одно значение требования, выражаемое в эффективности, с другим, чтобы достигать одного значения требования в эффективности. Элемент 26 согласования состава смеси "воздух-топливо", который соответствует модулю согласования состава смеси "воздух-топливо" настоящего изобретения, согласует одно значение требования, выражаемое в составе смеси "воздух-топливо", с другим, чтобы достигать одного значения требования в составе смеси "воздух-топливо". Каждый из элементов 22, 24 и 26 согласования выполняет согласование согласно заданному правилу. "Правило", как термин используется в данном документе, означает правило вычисления для получения одного числового значения из множества числовых значений, такое как, например, выбор максимального значения, выбор минимального значения, усреднение или наложение. Эти правила вычисления могут надлежащим образом комбинироваться вместе. То, какое правило или правила должны применяться, является вопросом проектирования, и в рамках, касающихся настоящего изобретения, нет ограничений на детализацию правил.

Конкретные примеры приводятся ниже, чтобы обеспечивать еще более глубокое понимание согласования. Фиг.2 - это блок-схема, показывающая типичные компоновки элемента 22 согласования крутящего момента. В этом примере элемент 22 согласования крутящего момента включает в себя элемент 202 наложения и элемент 204 выбора минимального значения. Помимо этого значениями требований, собираемыми посредством элемента 22 согласования крутящего момента в этом примере, являются требование в крутящем моменте от водителя, потери крутящего момента от нагрузки вспомогательного оборудования, требование в крутящем моменте до отсечки топлива и требование в крутящем моменте при сбросе отсечки топлива.

Из значений требований, собираемых посредством элемента 22 согласования крутящего момента, требование в крутящем моменте от водителя и потери крутящего момента от нагрузки вспомогательного оборудования накладываются поверх друг друга посредством элемента 202 наложения. Выводимое значение из элемента 202 наложения вместе с требованием в крутящем моменте до отсечки топлива и требованием в крутящем моменте при сбросе отсечки топлива вводится в элемент 204 выбора минимального значения, и минимальное значение из них выбирается. Выбранное значение выводится из элемента 22 согласования крутящего момента в качестве конечного значения требования в крутящем моменте, в частности согласованного значения требования в крутящем моменте.

Фиг.3 - это блок-схема, показывающая типичные компоновки элемента 24 согласования эффективности. В этом примере элемент 24 согласования эффективности включает в себя три элемента 212, 216 и 220 выбора минимального значения и два элемента 214 и 218 выбора максимального значения. Помимо этого значения требований, собираемые посредством элемента 24 согласования эффективности в этом примере, включают в себя требуемую эффективность в отзывчивости как требование в повышенной эффективности; требуемую эффективность для ISC, требуемую эффективность для крутящего момента с быстрым откликом и требуемую эффективность для разогрева от катализатора в качестве требований в пониженной эффективности; и требуемую эффективность для KCS и требуемую эффективность при чрезмерной детонации в качестве требований в пониженной эффективности с более высоким приоритетом.

Из значений требований, собираемых посредством элемента 24 согласования эффективности, требуемая эффективность отзывчивости вместе с другими требованиями в повышенной эффективности вводится в элемент 214 выбора максимального значения. Максимальное значение из них вводится в элемент 218 выбора максимального значения. Дополнительно, требуемая эффективность для ISC, требуемая эффективность для крутящего момента с быстрым откликом и требуемая эффективность при разогреве катализатора, вместе с другими требованиями в пониженной эффективности, вводится в элемент 216 выбора минимального значения. Минимальное значение из них затем вводится в элемент 218 выбора максимального значения. Элемент 218 выбора максимального значения выбирает максимальное значение из входного значения из элемента 214 выбора максимального значения и входного значения из элемента 216 выбора минимального значения и вводит максимальное значение в элемент выбора минимального значения 220. Элемент выбора минимального значения 220 выбирает минимальное значение из входного значения из элемента 218 выбора максимального значения и входного значения из элемента выбора минимального значения 212. Выбранное значение выводится из элемента 24 согласования эффективности в качестве конечного значения требования в эффективности, в частности согласованного значения требования в эффективности.

Идентичная обработка выполняется также в элементе 26 согласования состава смеси "воздух-топливо", хотя конкретный пример в данном документе опущен. Как описано выше, конкретные типы элементов для того, чтобы формировать элемент 26 согласования состава смеси "воздух-топливо", являются вопросом проектирования, и элементы могут комбинироваться надлежащим образом на основе принципа проектирования конкретного проектировщика.

Как отмечено ранее, система 50 доставки общих сигналов доставляет общую информацию двигателя также на уровень 20 согласования. Хотя общая информация двигателя не используется в вышеописанных конкретных примерах, связанных с элементами 22, 24 согласования, общая информация двигателя может использоваться в каждом из элементов 22, 24 и 26 согласования. Например, правила для согласования могут быть изменены согласно рабочим условиям и рабочим режимам двигателя. Правила, тем не менее, не изменяются с учетом диапазона, который должен достигаться посредством двигателя, как описано ниже.

Как очевидно из вышеописанных конкретных примеров, элемент 22 согласования крутящего момента не добавляет крутящий момент верхнего предела или крутящий момент нижнего предела, который должен фактически достигаться посредством двигателя, в согласование. Результаты согласования посредством других элементов 24 и 26 согласования также не добавляются в согласование. Это также применимо к элементам 24 и 26 согласования, которые выполняют согласование без добавления верхних и нижних пределов диапазона, который должен достигаться посредством двигателя, или результатов согласования других элементов согласования. Верхние и нижние пределы диапазона, который должен достигаться посредством двигателя, варьируются в зависимости от рабочих условий двигателя и зависимости между крутящим моментом, эффективностью и составом смеси "воздух-топливо". Соответственно попытка согласовывать каждое значение требования с диапазоном, который должен достигаться посредством двигателя, способствует увеличению рабочей нагрузки на компьютер. Каждый из элементов 22, 24 и 26 согласования, следовательно, выполняет согласование посредством сбора только требований, выводимых из уровня 10 формирования требований.

Через вышеприведенное согласование, выполняемое посредством каждого из элементов 22, 24 и 26 согласования, одно значение требования в крутящем моменте, одно значение требования в эффективности и одно значение требования в составе смеси "воздух-топливо" выводятся из уровня 20 согласования. На уровне 30 задания управляющих переменных в качестве следующего иерархического уровня управляющая переменная каждого из исполнительных механизмов 42, 44 и 46 задается на основе согласованного значения требования в крутящем моменте, значения требования в эффективности и значения требования в составе смеси "воздух-топливо".

Уровень 30 задания управляющих переменных, который соответствует модулю вычисления управляющих переменных настоящего изобретения, включает в себя один блок 32 регулирования, который соответствует модулю модификации настоящего изобретения, и множество элементов 34, 36 и 38 вычисления управляющих переменных. Элементы 34, 36 и 38 вычисления управляющих переменных предусмотрены так, чтобы соответствовать соответственно исполнительным механизмам 42, 44 и 46. В этом варианте осуществления исполнительный механизм 42 является дросселем, исполнительный механизм 44 является устройством зажигания, а исполнительный механизм 46 является системой впрыска топлива. Соответственно открытие дросселя вычисляется как управляющая переменная в элементе 34 вычисления управляющих переменных, соединенном с исполнительным механизмом 42; распределение зажигания вычисляется как управляющая переменная в элементе 36 вычисления управляющих переменных, соединенном с исполнительным механизмом 44; и величина впрыска топлива вычисляется как управляющая переменная в элементе 38 вычисления управляющих переменных, соединенном с исполнительным механизмом 46.

Числовые значения, используемые для вычисления управляющих переменных посредством каждого из элементов 34, 36 и 38 вычисления управляющих переменных, предоставляются из блока 32 регулирования. Значение требования в крутящем моменте, значение требования в эффективности и значение требования в составе смеси "воздух-топливо", согласовываемые посредством уровня 20 согласования, сначала подвергаются регулированию по абсолютной величине посредством блока 32 регулирования. Это обусловлено тем, что диапазон, который должен достигаться посредством двигателя, не добавлен в согласование посредством уровня 20 согласования, как описано выше, так что двигатель может не работать надлежащим образом в зависимости от абсолютной величины каждого значения требования.

Блок 32 регулирования регулирует каждое из значений требований на основе взаимосвязи друг с другом так, что надлежащая работа двигателя может выполняться. На уровнях иерархии выше уровня 30 задания управляющих переменных независимо вычисляется каждое из значения требования в крутящем моменте, значения требования в эффективности и значения требования в составе смеси "воздух-топливо", и полученные в результате вычисленные значения не используются или соотносятся между различными элементами, участвующими в вычислении. В частности значение требования в крутящем моменте, значение требования в эффективности и значение требования в составе смеси "воздух-топливо" взаимно соотносятся впервые в блоке 32 регулирования. Если осуществлена попытка регулировать абсолютную величину значений требований на верхнем уровне иерархии, число субъектов регулирования является большим, приводя к очень значительной рабочей нагрузке. Когда регулирование осуществлено на уровне 30 задания управляющих переменных, тем не менее, число субъектов регулирования ограничено тремя, в частности, значением требования в крутящем моменте, значением требования в эффективности и значением требования в составе смеси "воздух-топливо", требуя только небольшой рабочей нагрузки для регулирований.

То, как осуществляются регулирования, является вопросом проектирования, и в рамках, касающихся настоящего изобретения, нет ограничений на подробности регулирований. Если очередность по приоритету включена для значения требования в крутящем моменте, значения требования в эффективности и значения требования в составе смеси "воздух-топливо", тем не менее, значение требования с более низким приоритетом должно предпочтительно регулироваться (модифицироваться). В частности, значение требования с высоким приоритетом непосредственно отражается в управляющих переменных исполнительных механизмов 42, 44 и 46, и значение требования с низким приоритетом сначала регулируется, а затем отражается в управляющих переменных исполнительных механизмах 42, 44 и 46. Это обеспечивает возможность надежной реализации требования с высоким приоритетом и реализации требования с низким приоритетом в степени, достижимой в рамках диапазона обеспечения надлежащей работы двигателя. Например, если значение требования в крутящем моменте имеет самый высокий приоритет, значение требования в эффективности и значение требования в составе смеси "воздух-топливо" корректируются с помощью значения, имеющего более низкий приоритет из двух, корректируемых в наибольшей степени. Если очередность по приоритету изменяется в зависимости, например, от рабочих условий двигателя, очередность по приоритету определяется на основе общей информации двигателя, доставляемой из системы 50 доставки общих сигналов, тем самым определяя, какое значение требования должно корректироваться.

Конкретные примеры приводятся ниже, чтобы обеспечивать еще более глубокое понимание блока 32 регулирования. Фиг.4 - это блок-схема, показывающая типичные компоновки блока 32 регулирования. В этом примере режим работы двигателя включает в себя предпочтительный режим по эффективности и предпочтительный режим по составу смеси "воздух-топливо". Ниже описываются компоновки, которые дают возможность изменения вышеупомянутой очередности по приоритету согласно рабочему режиму. Рабочий режим включен в общую информацию двигателя и доставляется в блок 32 регулирования через систему 50 доставки общих сигналов.

В компоновках, показанных на фиг.4, блок 32 регулирования включает в себя защитный блок 302, ограничивающий верхний и нижний пределы значения требования в эффективности. Защитный блок 302 корректирует значение требования в эффективности, согласовываемое посредством элемента 24 согласования эффективности, таким образом, что значение требования в эффективности находится в рамках диапазона обеспечения надлежащей работы двигателя. Блок 32 регулирования также включает в себя защитный блок 316, ограничивающий верхний и нижний пределы значения требования в составе смеси "воздух-топливо". Защитный блок 316 корректирует значение требования в составе смеси "воздух-топливо", согласовываемое посредством элемента 26 согласования состава смеси "воздух-топливо", таким образом, что значение требования в составе смеси "воздух-топливо" находится в рамках диапазона обеспечения надлежащей работы двигателя. Верхнее и нижнее предельные значения каждого из защитных блоков 302, 316 являются переменными таким образом, чтобы быть переменными способом, взаимно функционально ассоциированными друг с другом. Ниже описывается то, как это работает.

Для верхних/нижних предельных значений эффективности защитного блока 302 доступны верхние/нижние предельные значения (для предпочтительного режима по эффективности), когда предпочтительный режим по эффективности выбирается в качестве рабочего режима, и верхние/нижние предельные значения (для предпочтительного режима по составу смеси "воздух-топливо"), когда предпочтительный режим по составу смеси "воздух-топливо" выбирается в качестве рабочего режима. Изменение ограничивающего диапазона защитного блока 302 дает возможность регулирования абсолютной величины значения требования в эффективности. Блок 308 выбора выбирает любой тип верхних/нижних предельных значений эффективности согласно рабочему режиму и задает выбранные верхние/нижние предельные значения эффективности в защитном блоке 302.

Верхние/нижние предельные значения эффективности для предпочтительного режима по эффективности представляют самые верхние/нижние предельные значения по всему диапазону состава смеси "воздух-топливо", и значения, сохраненные в запоминающем устройстве 304, считываются. Верхние/нижние предельные значения эффективности для предпочтительного режима по составу смеси "воздух-топливо", с другой стороны, представляют верхние/нижние предельные значения эффективности, при которых можно не допускать детонации и пропуска зажигания при предпочтительном составе смеси "воздух-топливо". Эти значения считываются из схемы 306 на основе рабочих условий, включающих в себя частоту вращения двигателя, целевой крутящий момент и фазы газораспределения. Значение требования в составе смеси "воздух-топливо", обрабатываемое посредством защитного блока 316, вводится в схему 306, и со ссылкой на это значение требования в составе смеси "воздух-топливо" определяются верхние/нижние предельные значения эффективности.

Для верхних/нижних предельных значений состава смеси "воздух-топливо" защитного блока 316 доступны верхние/нижние предельные значения (для предпочтительного режима по эффективности), когда предпочтительный режим по эффективности выбирается в качестве рабочего режима, и верхние/нижние предельные значения (для предпочтительного режима по составу смеси "воздух-топливо"), когда предпочтительный режим по составу смеси "воздух-топливо" выбирается в качестве рабочего режима. Изменение ограничивающего диапазона защитного блока 316 дает возможность регулирования абсолютной величины значения требования в составе смеси "воздух-топливо". Блок 322 выбора выбирает любой тип верхних/нижних предельных значений состава смеси "воздух-топливо" согласно рабочему режиму и задает выбранные верхние/нижние предельные значения состава смеси "воздух-топливо" в защитном блоке 316.

Верхние/нижние предельные значения состава смеси "воздух-топливо" для предпочтительного режима по составу смеси "воздух-топливо" представляют самые верхние/нижние предельные значения по всему диапазону эффективности, и значения, сохраненные в запоминающем устройстве 318, считываются. Верхние/нижние предельные значения состава смеси "воздух-топливо" для предпочтительного режима по эффективности, с другой стороны, представляют верхние/нижние предельные значения состава смеси "воздух-топливо", при которых можно не допускать детонации и пропуска зажигания в предпочтительной эффективности. Эти значения считываются из схемы 320 на основе рабочих условий, включающих в себя частоту вращения двигателя, целевой крутящий момент и фазы газораспределения. Эффективность по крутящему моменту, обрабатываемая посредством защитного блока 314, который должен быть описан ниже, вводится в схему 320, и со ссылкой на эту эффективность по крутящему моменту определяются верхние/нижние предельные значения состава смеси "воздух-топливо". Способ определения и вычисления эффективности по крутящему моменту описывается ниже.

Фиг.5 - это схема, показывающая способ задания верхних/нижних предельных значений эффективности с использованием схемы 306. Фиг.6 - это схема, показывающая способ задания верхних/нижних предельных значений состава смеси "воздух-топливо" с использованием схемы 320. На каждом чертеже ордината представляет эффективность, а абсцисса представляет состав смеси "воздух-топливо". Кривая, показанная на чертеже, является линией предела воспламенения. Область ниже линии предела воспламенения - это NG-область, в которой не может выполняться надлежащая работа. Линия предела воспламенения зависит от рабочих условий, включающих в себя частоту вращения двигателя, целевой крутящий момент и фазы газораспределения.

Во-первых, когда предпочтительный режим по составу смеси "воздух-топливо" выбирается в качестве рабочего режима, значение требования в составе смеси "воздух-топливо" вводится в схему, как показано на фиг.5. Значение эффективности, соответствующей значению требования в составе смеси "воздух-топливо" в линии предела воспламенения, затем вычисляется. Это значение задается в качестве нижнего предельного значения эффективности при значении требования в составе смеси "воздух-топливо" α. Заданное значение (например, 1) используется для верхнего предельного значения эффективности. Заданное нижнее предельное значение эффективности и верхнее предельное значение эффективности задаются в защитном блоке 302 посредством блока 308 выбора.

Если предпочтительный режим по эффективности выбирается в качестве рабочего режима, эффективность β по крутящему моменту вводится в схему, как показано на фиг.6. Значение состава смеси "воздух-топливо", соответствующее эффективности β по крутящему моменту на линии предела воспламенения, затем вычисляется. В случае, показанном на чертеже, два больших и небольших значения состава смеси "воздух-топливо", соответствующие эффективности β по крутящему моменту, существуют, при этом большее значение задается как верхнее предельное значение состава смеси "воздух-топливо" в эффективности β по крутящему моменту, а меньшее значение задается как нижнее предельное значение состава смеси "воздух-топливо" в эффективности β по крутящему моменту. Нижнее предельное значение состава смеси "воздух-топливо" набора и верхнее предельное значение состава смеси "воздух-топливо" задаются в защитном блоке 316 посредством блока 322 выбора.

Дополнительно, блок 32 регулирования может формировать новый сигнал с использованием значения требования, введенного из уровня 20 согласования, и общей информации двигателя, доставляемой из системы 50 доставки общих сигналов. В примере, показанном на фиг.4, блок деления 312 вычисляет отношение между значением требования в крутящем моменте, согласовываемым посредством элемента 22 согласования крутящего момента, и оцененным крутящим моментом, включенным в общую информацию двигателя.

Вычисление оцененного крутящего момента выполняется посредством другой задачи устройства управления.

Отношение между значением требования в крутящем моменте и оцененным крутящим моментом, вычисляемым посредством блока деления 312, называется эффективностью по крутящему моменту. Защитный блок 314 ограничивает верхние и нижние пределы эффективности по крутящему моменту. Верхние/нижние предельные значения эффективности, выбираемые посредством блока 308 выбора, задаются в защитном блоке 314. В частности, ограничивающий диапазон этого защитного блока 314 задается таким же образом, как для защитного блока 302, который ограничивает верхние/нижние пределы значения требования в эффективности.

Как результат вышеприведенной обработки, сигналы, выводимые из блока 32 регулирования, представляют значение требования в крутящем моменте, скорректированное значение требования в эффективности, скорректированное значение требования в составе смеси "воздух-топливо" и эффективность по крутящему моменту. Из этих сигналов, значение требования в крутящем моменте и скорректированное значение требования в эффективности вводятся в элемент 34 вычисления управляющих переменных. Элемент 34 вычисления управляющих переменных сначала делит значение требования в крутящем моменте на скорректированное значение требования в эффективности. Поскольку скорректированное значение требования в эффективности - это значение, равное или меньшее 1, значение требования в крутящем моменте корректируется так, чтобы увеличиваться посредством этого деления. Скорректированное для увеличения значение требования в крутящем моменте затем переводится в объем воздуха, из которого вычисляется открытие дросселя.

Эффективность по крутящему моменту вводится как главный сигнал в элемент 36 вычисления управляющих переменных. Значение требования в крутящем моменте и скорректированное значение требования в составе смеси "воздух-топливо" также вводятся как опорные сигналы. Элемент 36 вычисления управляющих переменных вычисляет величину угла запаздывания относительно MBT из эффективности по крутящему моменту. Чем меньше эффективность по крутящему моменту, тем больше значение величины угла запаздывания. Это приводит к уменьшению крутящего момента. Резкое повышение значения требования в крутящем моменте, выполняемое посредством элемента 34 вычисления управляющих переменных, является процессом компенсации уменьшения крутящего момента за счет запаздывания. В этом варианте осуществления значение требования в крутящем моменте и значение требования в эффективности могут достигаться как посредством запаздывания распределения зажигания на основе эффективности по крутящему моменту, так и посредством резкого повышения значения требования в крутящем моменте на основе значения требования в эффективности. Значение требования в крутящем моменте и скорректированное значение требования в составе смеси "воздух-топливо", введенное в элемент 36 вычисления управляющих переменных, используются для выбора схемы для преобразования эффективности по крутящему моменту к величине угла запаздывания. Конечное распределение зажигания затем вычисляется из величины угла запаздывания и MBT (или основного момента зажигания).

Скорректированное значение требования в составе смеси "воздух-топливо" вводится в элемент 38 вычисления управляющих переменных. Элемент 38 вычисления управляющих переменных вычисляет величину впрыска топлива из скорректированного значения требования в составе смеси "воздух-топливо" и величины всасываемого воздуха в цилиндр. Величина всасываемого воздуха включается в общую информацию двигателя и доставляется в элемент 38 вычисления управляющих переменных из системы 50 доставки общих сигналов.

Как описано выше, в устройстве управления настоящего варианта осуществления, требования, связанные с отзывчивостью, выбросами выхлопного газа и экономией топлива, которые являются элементами характеристик двигателя, выражаются в терминах крутящего момента, эффективности или состава смеси "воздух-топливо". Крутящий момент, эффективность и состав смеси "воздух-топливо" - это три основных фактора, которые определяют результаты работы двигателя внутреннего сгорания. Следовательно, использование этих физических величин для того, чтобы представлять требования, связанные с вышеупомянутыми характеристиками, и вычислять управляющие переменные исполнительных механизмов 42, 44 и 46 на основе значения требования в крутящем моменте, значения требования в эффективности и значения требования в составе смеси "воздух-топливо", получаемых посредством согласования вышеуказанных требований, обеспечивает надлежащее операционное управление исполнительных механизмов 42, 44 и 46 так, что требования включаются в результаты работы двигателя.

Согласно устройству управления настоящего варианта осуществления характеристики, которые должны быть реализованы, могут быть легко добавлены. Фиг.7 - это блок-схема, показывающая конфигурацию, в которой характеристика, связанная с детонацией, добавлена как новая. В конфигурации по фиг.7 элемент 72 вывода требований, подходящий для новой характеристики, дополнительно включен в уровень 10 формирования требований. Требования, связанные с детонацией, могут быть выражены в терминах эффективности, одного из трех основных факторов (крутящий момент, эффективность и состав смеси "воздух-топливо"), которые определяют результаты работы двигателя. Значения требований, выводимые из элемента 72 вывода требований, следовательно, вводятся в элемент 24 согласования эффективности.

Сигналы передаются в одном направлении из уровня 10 формирования требований на уровень 20 согласования, и на уровне 10 формирования требований сигналы не передаются между элементами в рамках одного иерархического уровня, так что добавление нового элемента 72 вывода требований не изменяет другие схемы элементов. Значения требований, которые выведены из добавленного элемента 72 вывода требований, собираются вместе со значениями, которые выведены из других элементов вывода требований (а именно элементов 12, 14 и 16), в элементе 24 согласования эффективности, посредством которого выводимые значения требований затем согласуются в одно значение требования в эффективности.

Элемент 24 согласования эффективности согласует значения требований только в соответствии с заданными правилами. Даже если число значений требований, которые должны быть собраны, возрастает, то ассоциированное увеличение арифметической нагрузки является очень незначительным. Помимо этого оно должно оставаться неизменным в том, что только значение требования в крутящем моменте, значение требования в эффективности и значение требования в составе смеси "воздух-топливо" выводятся из уровня 20 согласования на уровень 30 задания управляющих переменных, так что арифметическая нагрузка на уровень 30 задания управляющих переменных не повышается. Вкратце, согласно устройству управления настоящего варианта осуществления характеристики двигателя, которые должны быть реализованы, могут быть добавлены без повышения арифметической нагрузки на компьютер.

Кроме того, согласно устройству управления настоящего варианта осуществления легко добавлять исполнительные механизмы, которые должны использоваться для управления двигателем. Фиг.8 - это блок-схема, показывающая конфигурацию, в которой контроллер регулируемого подъема клапана добавлен в качестве нового исполнительного механизма, чтобы делать максимальный подъем впускных клапанов переменным. Как показано на фиг.8, чтобы добавлять новый исполнительный механизм (контроллер регулируемого подъема клапана) 76, только соответствующий элемент 74 вычисления управляющих переменных должен быть дополнительно предусмотрен на уровне 30 задания управляющих переменных и соединен с блоком 32 регулирования. В элементе 74 вычисления управляющих переменных величина подъема впускных клапанов вычисляется с использованием сигнала, выводимого из блока 32 регулирования. Передача сигнала из блока 32 регулирования в каждый элемент вычисления управляющих переменных является однонаправленной, и сигналы не передаются между элементами вычисления управляющих переменных, так что добавление нового элемента 74 вычисления управляющих переменных не изменяет другие схемы элементов.

Второй вариант осуществления изобретения

Далее второй вариант осуществления настоящего изобретения описывается со ссылкой на прилагаемые чертежи. Фиг.9 - это блок-схема, показывающая конфигурацию устройства управления двигателем второго варианта осуществления изобретения. На фиг.9, одинаковыми ссылочными позициями обозначены идентичные элементы, общие с элементами первого варианта осуществления. В следующих параграфах описание элементов, общих для элементов первого варианта осуществления, опускается или упрощается, и внимание обращается главным образом на характерные блоки настоящего варианта осуществления.

Устройство управления настоящего варианта осуществления имеет отличия в работе элементов 12, 14 и 16 вывода требований. Элементы 12, 14 и 16 вывода требований выполнены так, что если только нестандартные требования возникают, выводятся значения требований для элементов, выражаемых в терминах эффективности или состава смеси "воздух-топливо". Дополнительно, блок 62 хранения, в котором сохраняются стандартные значения для значения требования в эффективности и значения требования в составе смеси "воздух-топливо", предусмотрен на уровне 30 задания управляющих переменных, и более конкретно в блоке 32 регулирования. Эти стандартные значения сохраняются в форме соответствий совместно с рабочими параметрами и рабочими состояниями двигателя. Блок 32 регулирования выполнен так, что, если значение требования в эффективности не выводится из элемента 24 согласования эффективности или если значение требования в составе смеси "воздух-топливо" не выводится из элемента 26 согласования состава смеси "воздух-топливо", блок 32 регулирования альтернативно использует соответствующие стандартные значения, сохраненные в рамках блока 62 хранения, для того чтобы осуществлять вычисления.

Из трех основных факторов (крутящий момент, эффективность и значения требования в составе смеси "воздух-топливо"), которые определяют результаты работы двигателя, значение требования в крутящем моменте, в частности, является обязательным требованием при управлении двигателем, и это требование постоянно изменяется. Напротив, значение требования в эффективности и значение требования в составе смеси "воздух-топливо" обычно остаются фиксированными и инвариантными, и оба из них обычно изменяются только когда возникают определенные ситуации. Следовательно, только если значение требования в эффективности и значение требования в составе смеси "воздух-топливо" отличаются от соответствующих стандартных значений, соответствующие значения требований выводятся, и при стандартных требованиях данные вычисляются с использованием стандартных значений. Арифметическая нагрузка на устройство управления, и более конкретно нагрузка на уровень 10 формирования требований и уровень 20 согласования тем самым может уменьшаться. В этом случае стандартные значения должны использоваться альтернативно, когда управляющие переменные исполнительных механизмов 42, 44 и 46 вычисляются, и, таким образом, каждый из этих исполнительных механизмов может управляться надлежащим образом так, что неисправность двигателя не возникает в ходе работы двигателя.

Третий вариант осуществления изобретения

Далее третий вариант осуществления настоящего изобретения описывается со ссылкой на прилагаемые чертежи. Фиг.10 - это блок-схема, показывающая конфигурацию устройства управления двигателем третьего варианта осуществления изобретения. На фиг.10 одинаковыми ссылочными позициями обозначены идентичные элементы, общие с элементами первого варианта осуществления. В следующих параграфах описание элементов, общих для элементов первого варианта осуществления, опускается или упрощается, и внимание обращается главным образом на характерные блоки настоящего варианта осуществления.

Устройство управления настоящего варианта осуществления имеет отличия в конфигурациях элемента 24 согласования эффективности и элемента 26 согласования состава смеси "воздух-топливо". Элемент 24 согласования эффективности включает в себя блок 64 хранения, в котором сохраняются стандартные значения для каждого элемента, соответствующего значениям требований, которые должны выводиться из элементов 12, 14 и 16 вывода требований. Эти стандартные значения сохраняются в форме соответствий совместно с рабочими параметрами и рабочими состояниями двигателя. Для элементов, соответствующих значениям требований, которые не должны выводиться из элементов 12, 14 и 16 вывода требований, элемент 24 согласования эффективности выполнен с возможностью согласовывать значения требования в эффективности с использованием сохраненных стандартных значений.

Элемент 26 согласования состава смеси "воздух-топливо" включает в себя блок 66 хранения, в котором сохраняются стандартные значения для каждого элемента, соответствующего значениям требований, которые должны выводиться из элементов 14 и 16 вывода требований. Эти стандартные значения сохраняются в форме соответствий совместно с рабочими параметрами и рабочими состояниями двигателя. Для элементов, соответствующих значениям требований, которые не должны выводиться из элементов 14 и 16 вывода требований, элемент 26 согласования состава смеси "воздух-топливо" выполнен с возможностью согласовывать значения требования в составе смеси "воздух-топливо" с использованием сохраненных стандартных значений.

Элементы 12, 14 и 16 вывода требований выполнены так, что если только требования, отличающиеся от стандартных, возникают, выводятся значения требований для элементов, выражаемых в терминах эффективности или состава смеси "воздух-топливо". Таким образом, значения требований выводятся только в случае появления нестандартных требований, и при стандартных требованиях согласования в элементах 24 и 26 согласования осуществляются с использованием стандартных значений. Это обеспечивает уменьшение арифметической нагрузки в устройстве управления, в частности арифметической нагрузки на уровне 10 формирования требований. Дополнительно, поскольку значение требования в эффективности и значение требования в составе смеси "воздух-топливо" надежно выводятся из элементов 24 и 26 согласования, соответственно исполнительные механизмы 42, 44 и 46 могут надлежащим образом управляться так, что неисправность двигателя не возникает в ходе работы двигателя.

Типы исполнительных механизмов, которые должны управляться в настоящем изобретении, не ограничены дросселем, устройством зажигания, устройством впрыска топлива или устройством регулируемого подъема клапана. Например, в качестве исполнительных механизмов, которые должны управляться, могут использоваться устройство регулирования фаз газораспределения (WT) и внешнее EGR-устройство. Помимо этого в двигателе, оборудованном механизмом деактивации цилиндров и механизмом переменной степени сжатия, эти механизмы могут использоваться в качестве исполнительных механизмов, которые должны управляться. В двигателе с турбонагнетателем со вспомогательным электродвигателем (MAT) MAT может использоваться в качестве исполнительного механизма, который должен управляться. Помимо этого в качестве исполнительных механизмов могут использоваться генератор переменного тока и другое вспомогательное оборудование, которое приводит в действие двигатель, поскольку выводы двигателя аналогично могут управляться посредством применения своего вспомогательного оборудования.

Настоящее изобретение не ограничено вышеописанными вариантами осуществления и может быть модифицировано в различных формах без отступления от сущности и объема изобретения. В вышеописанных вариантах осуществления, например, система доставки общих сигналов используется для того, чтобы доставлять сигналы (общую информацию), связанные с рабочими параметрами и рабочими состояниями двигателя. Альтернативно, эти сигналы могут доставляться вместе со значениями требований с более высокого иерархического уровня на более низкий уровень. По сравнению с использованием системы доставки общих сигналов использование такого альтернативного способа для того, чтобы передавать сигналы между иерархическими уровнями, увеличивает объем передаваемых сигналов. Тем не менее, поскольку сигналы передаются только в одном направлении, значительного роста арифметической нагрузки не происходит.

Изобретение относится к устройству управления для двигателя внутреннего сгорания и предназначено для точного включения требований, связанных с различными характеристиками двигателя внутреннего сгорания, в работу исполнительных механизмов. Техническим результатом является обеспечение точности включения требований, связанных с различными характеристиками двигателя внутреннего сгорания, в работу исполнительных механизмов, тем самым обеспечивая достижение этих требований надлежащим образом. В устройстве управления для двигателя внутреннего сгорания модуль (10) вывода требований выводит различные требования характеристик двигателя внутреннего сгорания, выражаемого в терминах крутящего момента, эффективности или состава смеси "воздух-топливо"; модуль (22) согласования крутящего момента собирает из множества значений требований, которые выведены из модуля (10) вывода требований, только значения требований, выражаемые в терминах крутящего момента, и согласует значения требования в крутящем моменте в одно; модуль (24) согласования эффективности собирает значения требований, выражаемые в терминах эффективности, и согласует значения требования в эффективности в одно; модуль (26) согласования состава смеси "воздух-топливо" собирает значения требований, выражаемые в терминах состава смеси "воздух-топливо", и согласует значения требования в составе смеси "воздух-топливо" в одно; модуль (30) вычисления управляющих переменных вычисляет управляющие переменные исполнительных механизмов (42), (44) и (46) на основе значения требования в крутящем моменте, значения требования в эффективности и значения требования в составе смеси "воздух-топливо", выводимых из модулей (22), (24) и (26) согласования соответственно. 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания, содержащее: множество исполнительных механизмов, связанных с работой двигателя внутреннего сгорания; модуль вывода требований, который выводит требования, связанные с различными рабочими характеристиками, которые требуются в определенное время для двигателя внутреннего сгорания, причем каждое из требований выражается в одной или более физических величин, выбираемых для каждой из рабочих характеристик из числа трех типов физических величин, которыми являются крутящий момент, эффективность фактического выходного крутящего момента к потенциально выводимому крутящему моменту двигателя внутреннего сгорания и состав смеси "воздух-топливо", при этом модуль вывода требований содержит один или более элементов, выводящих требования, выражаемые в одном или более типов физических величин, включающих в себя, по меньшей мере, крутящий момент, один или более элементов, выводящих требования, выражаемые в одном или более типов физических величин, включающих в себя, по меньшей мере, эффективность, и один или более элементов, выводящих требования, выражаемые в одном или более типов физических величин, включающих в себя, по меньшей мере, состав смеси "воздух-топливо"; модуль согласования крутящего момента, который собирает из множества значений требований, выводимых из модуля вывода требований, только значения требований, выражаемые в терминах крутящего момента, и затем согласует значения требования в крутящем моменте в одно в соответствии с заданным правилом; модуль согласования эффективности, который собирает из множества значений требований только значения требований, выражаемые в терминах эффективности, и затем согласует значения требования в эффективности в одно в соответствии с заданным правилом; модуль согласования состава смеси "воздух-топливо", который собирает из множества значений требований только значения требований, выражаемые в терминах состава смеси "воздух-топливо", и затем согласует значения требования в составе смеси "воздух-топливо" в одно в соответствии с заданным правилом; и модуль вычисления управляющих переменных, который вычисляет управляющие переменные каждого исполнительного механизма на основе значения требования в крутящем моменте, значения требования в эффективности и значения требования в составе смеси "воздух-топливо", выводимых из соответствующих модулей согласования.

2. Устройство по п.1, в котором различные рабочие характеристики включают в себя рабочие характеристики, связанные с отзывчивостью, рабочие характеристики, связанные с выхлопными газами, и рабочие характеристики, связанные с расходом топлива.

3. Устройство по п.1 или 2, в котором множество исполнительных механизмов включает в себя привод, который регулирует величину всасываемого воздуха в двигателе внутреннего сгорания, привод, который регулирует распределение зажигания в двигателе внутреннего сгорания, и привод, который регулирует величину впрыска топлива в двигателе внутреннего сгорания.

4. Устройство по п.1 или 2, дополнительно содержащее: модуль модификации, который модифицирует, по меньшей мере, одно из значения требования в крутящем моменте, значения требования в эффективности и значения требования в составе смеси "воздух-топливо", выводимых из соответствующих модулей согласования, и тем самым обеспечивает то, что состояние сгорания, определенное посредством зависимости между значением требования в крутящем моменте, значением требования в эффективности и значением требования в составе смеси "воздух-топливо", находится в рамках предела воспламенения.

5. Устройство по п.4, в котором модуль модификации модифицирует только значение требования в эффективности или значение требования в составе смеси "воздух-топливо" без модификации значения требования в крутящем моменте.

6. Устройство по п.1 или 2, в котором модуль вычисления управляющих переменных включает в себя блок хранения, в котором сохраняются соответствующие стандартные значения для значения требования в эффективности и значения требования в составе смеси "воздух-топливо"; и модуль вычисления управляющих переменных выполнен таким образом, что, если значение требования в эффективности не выводится из модуля согласования эффективности или если значение требования в составе смеси "воздух-топливо" не выводится из модуля согласования состава смеси "воздух-топливо", модуль вычисления использует сохраненные стандартные значения для того, чтобы вычислять управляющие переменные каждого исполнительного механизма.

7. Устройство по п.1 или 2, в котором модуль согласования эффективности включает в себя блок хранения, в котором сохраняются стандартные значения для элементов, соответствующих значениям требований, которые должны выводиться из модуля вывода требований в модуль согласования эффективности; и модуль согласования эффективности выполнен таким образом, что для элемента, соответствующего значению требования, которое не должно выводиться из модуля вывода требований в модуль согласования эффективности, модуль согласования использует сохраненное соответствующее стандартное значение для того, чтобы регулировать значение требования в эффективности.

8. Устройство по п.1 или 2, в котором модуль согласования состава смеси "воздух-топливо" включает в себя блок хранения, в котором сохраняются стандартные значения для элементов, соответствующих значениям требований, которые должны выводиться из модуля вывода требований в модуль согласования состава смеси "воздух-топливо"; и модуль согласования состава смеси "воздух-топливо" выполнен таким образом, что для элемента, соответствующего значению требования, которое не должно выводиться из модуля вывода требований, модуль согласования состава смеси "воздух-топливо" использует сохраненное соответствующее стандартное значение для того, чтобы регулировать значение требования в составе смеси "воздух-топливо".

9. Устройство по п.6, в котором из требований, связанных с различными рабочими характеристиками, элементам, выражаемым в терминах эффективности, и элементам, выражаемым в терминах состава смеси "воздух-топливо", назначается заданное стандартное требование; и модуль вывода требований выполнен таким образом, что для элементов, выражаемых в терминах эффективности или состава смеси "воздух-топливо", модуль вывода должен выводить значения требований, только если существуют требования, отличающиеся от соответствующих стандартных требований.