CN100346067C - 内燃机进气量推定装置及其推定方法 - Google Patents

Abstract

在用于内燃机(1)的进气量(Gafm)推定装置中，燃料喷射开始以前的预定正时流入恰在进气阀上游部分的进气流量是基于空气流量计(8)的输出来计算的(步骤102)。在预定正时由恰在进气阀上游部分的进气压力变化而引起的进气流量变化量(ΔGe)是基于压力传感器(7)的输出而计算的(步骤103)。计算得到的进气流量(Gafm)被加入到变化量(ΔGe)中以获得在预定正时流入气缸的进气流量(Ge)。基于在预定正时流入气缸的进气流量的变化量，流入气缸的进气流量(Ge)被校正为一个进气流量，该进气流量是用来推定实际进气量所需的(步骤105)。

Description

内燃机进气量推定装置及其推定方法

技术领域

本发明涉及一种内燃机进气量推定装置。

背景技术

燃烧空燃比的适当控制要求精确地推定供给到气缸的进气量。一般地，利用设置在节气阀上游的空气流量计检测进气量，或者利用设置在节气阀下游的压力传感器从而由所检测的进气管压力得到进气量。然而，前述的每个传感器都无法独立地提供精确的进气量。因而，提出将上述不同种类的传感器结合使用来获得精确的进气量。

例如，根据节气阀下游进气管的压力变化，计算流入进气管的进气流量的变化量ΔGin，其中所述压力由压力传感器检测。然后将计算得到的变化量ΔGin加到由空气流量计所检测的进气流量Gafm中，以获得当前进入气缸的进气流量Ge。考虑到空气流量计和压力传感器的响应延迟，为了补偿这类延迟，提出利用各自的时间常数校正进气流量Gafm和变化量Δgin的值(见相关技术1)。作为本发明的相关技术的其他文件如下所列：

相关技术1：JP-A-2002-70633([0022]段至[0032]段)；

相关技术2：JP-A-7-189786；

相关技术3：JP-A-10-227245；

相关技术4：JP-A-10-274079；

相关技术5：JP-A-4-12148；和

相关技术6：JP-A-2-108834。

供给到气缸的实际进气量由进气阀关闭正时的进气流量所确定。然而，计算进气流量的正时要求至少在燃料喷射开始的正时之前，也就是，远在进气阀关闭正时之前。内燃机正常工作时，所计算的进气流量基本上与进气阀关闭正时时的实际进气流量一致。因而，所推定的进气量是相对精确的。然而在内燃机过渡工作状态时，所计算的进气流量和进气阀关闭正时的实际进气流量之间有明显的差别。在这种情况下，不能够精确地推定实际进气量。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种内燃机进气量推定装置，该装置能够精确地推定供给到气缸的进气量。

本发明提供了一种内燃机进气量推定装置，其包括：压力传感器，检测内燃机进气系统中进气阀上游部分的进气压力；和空气流量计，检测从进气系统的上游侧流入进气阀上游部分的进气流量，其中：基于空气流量计的输出，获得在燃料喷射开始的正时以前的预定正时时流入进气阀上游部分的第一进气流量；基于压力传感器的输出，获得在预定正时由进气阀上游部分的进气压力的变化而引起的进气流量的变化量；通过把第一进气流量加到进气流量变化量中，获得在该预定正时流入内燃机气缸中的第二进气流量，所述推定装置的特征在于，基于在该预定正时内燃机的影响实际进气量的机构的状态变化量，把流入气缸的第二进气流量校正为第三进气流量，该第三进气流量是用来推定实际进气量所需的，其中，计算基于该机构的推定状态而推定的进气流量和在预定正时流入气缸的进气流量之间的差值，在预定正时流入气缸的进气流量是基于在预定正时该机构的推定状态而推定的；以及把计算得到的差值加入第二进气流量中，从而被校正为第三进气流量，该第三进气流量是推定实际进气量所必需的，从而推定流入气缸的进气量。

本发明还提供了一种内燃机进气量推定方法，该内燃机包括一个压力传感器和一个空气流量计，该压力传感器检测内燃机进气系统的进气阀的上游部分的进气压力，该空气流量计检测从进气系统的上游侧供给到进气阀上游部分的进气流量，该推定方法包括：基于空气流量计的输出，获得在燃料喷射开始的正时以前的预定正时流入进气阀上游部分的第一进气流量；基于压力传感器的输出，获得在预定正时由进气阀上游部分的进气压力的变化而引起的进气流量的变化量；通过把第一进气流量加到进气流量变化量中，获得在该预定正时流入内燃机气缸中的第二进气流量，所述推定方法的特征在于，基于在该预定正时内燃机的影响实际进气量的机构的状态变化量，把流入气缸的第二进气流量校正为第三进气流量，该第三进气流量是用于推定实际进气量所必需的，其中，计算基于该机构的推定状态而推定的进气流量和在预定正时流入气缸的进气流量之间的差值，在预定正时流入气缸的进气流量是基于在预定正时该机构的推定状态而推定的；以及把计算得到的差值加入第二进气流量中，从而被校正为第三进气流量，该第三进气流量是推定实际进气量所必需的，从而推定流入气缸的进气量。

在推定装置中，根据在预定正时该机构的状态改变量，估计对实际进气量有影响的机构的状态改变量；计算根据该机构的推定状态所推定的进气流量和在预定正时供给到气缸的进气流量的差值，其中在预定正时供给到气缸的进气流量是根据在预定正时该机构的推定状态而推定的。计算得到的差值被加入第二进气流量，从而被校正为第三进气流量，该第三进气流量是用来推定实际进气量所需的，从而推定供给到气缸的进气量。

附图说明

图1为内燃机的示意图，在该内燃机上安装有一个本发明的进气量推定装置；

图2为表示内燃机过渡状态的进气流量的变化量的时间图线；

图3为获得进气流量的控制程序的第一流程图；

图4为获得进气流量的控制程序的第二流程图；以及

图5为获得进气流量的控制程序的第三流程图。

具体实施方式

图1为内燃机的示意图，在该内燃机上安装有一个本发明的进气量推定装置。图1示意性地表示一个内燃机1和一个与内燃机1的各个气缸相连的稳压罐2。进气管3连接稳压罐2和各个气缸，进气通道4位于稳压罐2的上游。每个进气管3分别设有一个燃料喷射阀5，节气阀6恰好放置在进气通道4中、稳压罐2的上游。节气阀6构造为不随着加速踏板而被操作，而是通过驱动装置，如步进电机自由地设定它的开度。压力传感器7放置在稳压罐2上以检测稳压罐2内的进气压力。空气流量计8放置在进气通道4中以检测在进气通道4中节气阀6的上游部分的进气流量。

为了把内燃机1中的燃烧空燃比控制为理想值，例如，理论空燃比，必须精确推定考虑到内燃机1过渡状态时供给到气缸的进气量。图2为一个时间图线，表示内燃机1过渡状态时流入气缸的进气流量Ge。参照图2，在时刻t3进气阀开启，在时刻t4进气阀关闭。操作燃料喷射阀5以在进气阀开启正时之前的时刻t2开始燃料喷射。这样，燃料喷射量不得不在燃料喷射开始的时刻t2之前确定。因此，必须确定燃料喷射量，用来通过推定在时刻t1流入气缸的进气量以实现理想空燃比。

根据空气流量计8的输出，计算在时刻t1流入节气阀6下游部分的进气流量Gafm，即，恰在进气系统中进气阀上游的进气流量Gafm，用来推定t1时的进气量。优选的是，用时间常数校正时刻t1的空气流量计8的输出，从而补偿空气流量计8的响应延迟。

然后使用下列公式，根据压力传感器7的输出，计算时刻t1恰在进气阀上游部分的进气流量的变化量ΔGe，该公式为：

          ΔGe＝(P1-P2)/t*V/RT

其中P1代表恰在时刻t1前稳压罐2内的压力，P2代表时刻t1稳压罐2内的压力，t代表稳压罐2内的压力从P1变化到P2的时间，V代表恰在进气阀上游部分的容积，即稳压罐2和进气管3的总容积，R代表气体常数，并且T代表假定不发生温度变化时恰在进气阀上游部分的温度。

变化量ΔGe相应于流入进气阀的上游的进气流量的一部分，这部分进气流量导致压力变化。如果恰在进气阀上游部分的压力增加(P1＜P2)，则变化量ΔGe取负值。如果该压力减小(P1＞P2)，则变化量ΔGe取正值。

优选的是，通过用时间常数校正在时刻t1压力传感器7的输出来计算压力P2，以补偿响应延迟。还优选的是，通过用时间常数校正恰在时刻t1前的压力传感器7的输出来计算压力P1，以补偿响应延迟。

在时刻t1流入恰在进气阀上游部分的进气流量被加到进气流量变化量ΔGe中，从而获得时刻t1流入气缸的进气流量。

内燃机正常工作时，时刻t1流入气缸的进气流量基本上与时刻t4流入气缸的进气流量相同。因而，可以根据时刻t1的进气流量推定进气量。然而，在内燃机过渡工作时，如图2所示，时刻t1的进气流量明显不同于时刻t4的进气流量，后者很大程度影响实际进气量。因此，根据燃料喷射开始以前的时刻t1的进气流量推定的进气量不精确。因而，基于前述进气量确定的燃料喷射量可能无法实现理想空燃比。

参照图3的第一流程图，把时刻t1的进气流量校正为时刻t4的进气流量，作为推定实际进气量所必要的值。首先在步骤101中，确定时间是否达到时刻t1，时刻t1作为用来推定进气量的预定正时。如果在步骤101中得到“否”，则第一流程图的控制程序结束。如果在步骤101中得到“是”，则程序前进到步骤102，基于空气流量计8的输出计算时刻t1流入恰在进气阀上游部分的进气流量Gafm。然后在步骤103中，基于压力传感器7的输出计算时刻t1恰在进气阀上游部分的进气流量的变化量ΔGe。

在步骤104中，变化量ΔGe被加入进气流量Gafm，以获得时刻t1流入气缸的进气流量Ge。然后在步骤105中，时刻t1的进气流量Ge变化率，即，dGe/dt，乘以从时刻t1到时刻t4的时间Tf，以获得时刻t4进气流量的变化量。所得变化量被加入时刻t1的进气流量Ge中，以获得时刻t4的进气流量推定值。

通过计算时刻t1’的进气流量Ge’，由式子(Ge-Ge’)/(t1-t1’)，可以获得时刻t1的变化率dGe/dt，时刻t1’恰在时刻t1之前。在第一流程图中，假设进气流量以时刻t1所计算的变化率从时刻t1到t4变化，把时刻t1的进气流量校正为时刻t4的进气流量。

如图4中所示的第二流程图的控制程序中，可以把时刻t1所计算的进气流量校正为时刻t4的进气流量。第二流程图的步骤201至204与第一流程图的相应步骤相同。因此将省略这些步骤的解释。在步骤205中，时刻t1的加速踏板的下压量A的变化率，即dA/dt，乘以预定系数K和从时刻t1到时刻t4的时间，从而获得时刻t4的进气流量的变化量。所获得的变化量被加入时刻t1的进气流量，从而获得时刻t4进气流量的推定值。

时刻t1加速踏板的下压量A的变化率可由式子(A-A’)/(t1-t1’)得到，其中A代表时刻t1加速踏板的下压量的实际测量值，A’代表恰在时刻t1以前的时刻t1’加速踏板的下压量的实际测量值。当加速踏板下压时，节气阀6的开度改变，从而进气流量变化。因此，加速踏板影响进气量。因而，每单位时间内进气流量的变化量可以通过适当的系数K乘以加速踏板的下压量A的变化率dA/dt而得到，变化率dA/dt也就是加速踏板的状态变化量。时刻t1到时刻t4进气流量的变化量可以通过该变化量乘以从时刻t1到时刻t4的时间Tf而获得。计算所得的变化量被加入时刻t1的进气流量Ge，从而把时刻t1的进气流量校正为时刻t4的进气流量。

节气阀本身的操作可能影响进气量。因此，进气量可以根据节气阀的状态变化量而不是加速踏板的状态变化量而校正。在这种情况下，每单位时间的进气流量的变化量可以通过预定系数乘以时刻t1节气阀开度的变化率来计算。该节气阀开度的变化率即节气阀状态的变化量，它可以基于时刻t1和t1’由节气阀传感器测量所得的节气阀开度而获得。这里预定系数不同于与加速踏板状态的变化量相乘的预定系数K。

可以调整进气阀的最大提升量，或最大提升量和进气阀开启时期，来控制进气量。在这种情况下，控制进气量的可变气门系统可能影响进气量。在这种情况下，单位时间进气量的变化量可以通过预定系数乘以时刻t1可变气门系统的位置变化量而获得。该可变气门系统的位置变化量也就是可变气门系统的状态变化量，它基于时刻t1和时刻t1’所测量的可变气门系统的位置而得到的。可变气门系统的位置与进气阀的最大提升量相一致。然而，在这种情况下，推定实际进气量所需的进气流量由进气阀的最大提升量所控制。因而，用于校正时刻t1进气流量的时间Tf相应于进气阀的提升量变为最大值的正时，即到进气阀开启正时和进气阀关闭正时的中间点的时间，而不是到进气阀关闭正时的时间。预定系数不同于那些乘以加速踏板或节气阀变化量的系数。当进气阀开启时期被控制，进气阀关闭正时改变。于是，用于校正时刻t1进气流量的时间Tf相应改变。当只调节进气阀开启时期来控制进气量时，时刻t1的进气流量基本与时刻t4的进气流量相同。因此，不用必须校正时刻t1的进气流量。

依据图5所示的第三流程图的控制程序，可以把时刻t1的进气流量校正为时刻t4的进气流量。因为第三流程图中的步骤301至304与第一流程图的步骤104至105相同，所以省略这些步骤的描述。在第三流程图的步骤305中，时刻t1节气阀6的开度TH的变化率，即，dTH/dt，乘以从时刻t1至时刻t4的时间Tf，从而计算时刻t4节气阀6的开度TH2。时刻t1节气阀6的开度TH的变化率dTH/dt可以用式子(TH-TH’)/(t1-t1’)来计算，式中TH’表示恰在时刻t1前的时刻t1’节气阀6的开度。

在步骤306中，考虑到内燃机转速等，基于节气阀6的开度TH2推定时刻t4流入气缸的进气流量Ge2。在步骤307中，考虑到内燃机转速等，基于时刻t1节气阀6的开度TH1推定时刻t1流入气缸的进气流量Ge1。所推定的进气流量Ge2和Ge1与节气阀开度和内燃机转速有关，并被以图表的形式储存。

在步骤308中，基于节气阀6的开度的从时刻t1到时刻t4进气流量的变化量(Ge2-Ge1)，被加到时刻t1的进气流量Ge中，从而把时刻t1的进气流量校正为时刻t4的进气流量。不能够认为基于节气阀开度所得到的进气流量是精确的。然而，上述进气流量两个值的差值是相对精确的。因而，根据前述的差值，可能把时刻t1的进气流量Ge，作为来自空气流量计和压力传感器的输出的精确值，精确地校正为时刻t4的进气流量。

在根据进气阀的最大提升量控制进气量的情况中，时刻t1进气行程中气缸内进气阀的最大提升量，该提升量用于计算进气量，与内燃机过渡状态时另一个气缸中进气阀的最大提升量不同。在这种情况下，时刻t1可变气门系统的位置变化量乘以从时刻t1到进气阀的提升量变为最大的时刻的时间，从而获得推定实际进气量所需的时刻的可变气门系统的位置。考虑到内燃机转速等，基于相应于可变气门系统位置的进气阀最大提升量，推定流入气缸的进气流量Ge2。然后，考虑到内燃机转速等，基于相应于时刻t1可变气门系统位置的进气阀最大提升量，推定时刻t1流入气缸的进气流量Ge1。这些所推定的进气流量Ge2和Ge1与可变气门系统的位置或进气阀的最大提升量和内燃机转速有关，并被以图表的形式储存。

基于相应于可变气门系统位置的进气阀最大提升量的进气流量变化量(Ge2-Ge1)，被加到时刻t1进气流量Ge。因而，时刻t1的进气流量被校正为推定实际进气量所需的进气流量。除了进气阀最大提升量之外，在调节节气阀开度用以控制进气量的情况下，基于时刻t1进气阀相应于可变气门系统位置的最大提升量和节气阀的开度，推定时刻t1的进气流量Ge1。然后，基于进气阀的最大提升量和节气阀开度，该进气阀的最大提升量相应于进气阀最大提升正时的可变气门系统位置，推定在进气阀最大提升正时的进气流量Ge2。参照第三流程图所述，可推定在各个时刻的节气阀开度。

在内燃机进气量推定装置中，基于空气流量计的输出，获得在燃料喷射开始正时以前的预定正时、流入恰在进气阀上游部分的第一进气流量；基于压力传感器的输出，获得由恰在进气阀上游部分的进气压力的变化而引起的进气流量的变化量；通过把第一进气流量加到进气流量变化量中，获得在该预定正时流入内燃机气缸中的第二进气流量。然后根据在预定正时流入气缸的第二进气流量的变化量，把流入气缸的第二进气流量校正为第三进气流量，该第三进气流量是用于推定实际进气量所必需的。

在内燃机进气量推定装置中，基于空气流量计的输出，获得在燃料喷射开始正时以前的预定正时、流入恰在进气阀上游部分的第一进气流量；基于压力传感器的输出，获得由恰在进气阀上游部分的进气压力的变化而引起的进气流量的变化量；通过把第一进气流量加到进气流量变化量中，获得在该预定正时流入内燃机气缸中的第二进气流量。然后根据在该预定正时内燃机机构的状态变化量，把流入气缸的第二进气流量校正为第三进气流量，该第三进气流量是用于推定实际进气量所必需的。该机构影响进气量。在预定正时计算进气流量，该进气流量很大程度上影响实际流入气缸的进气量。这使精确地推定流入气缸的进气量成为可能。

Claims (9)

1.一种内燃机进气量推定装置，包括：

压力传感器，检测内燃机进气系统中进气阀上游部分的进气压力；和

空气流量计，检测从进气系统的上游侧流入进气阀上游部分的进气流量，其中：

基于空气流量计的输出，获得在燃料喷射开始的正时以前的预定正时时流入进气阀上游部分的第一进气流量；

基于压力传感器的输出，获得在预定正时与进气阀上游部分的进气压力的变化相应的进气流量的变化量；

通过把第一进气流量加到进气流量变化量中，获得在该预定正时流入内燃机气缸中的第二进气流量，

所述推定装置的特征在于，

基于在该预定正时内燃机的机构的状态变化量，把流入气缸的第二进气流量校正为第三进气流量，该第三进气流量是用来推定实际进气量所需的，从而推定流入气缸的实际进气量，所述内燃机的机构影响实际进气量，

其中，基于所述内燃机机构的状态变化量推定该机构的状态，计算基于该机构的推定状态而推定的进气流量和基于在预定正时该机构的测量状态而推定的流入气缸的进气流量之间的差值；

把计算得到的差值加入第二进气流量中，从而得到第三进气流量。

2.根据权利要求1所述的内燃机进气量推定装置，其特征在于，第三进气流量为在进气阀关闭正时时气缸内的进气流量。

3.根据权利要求1所述的内燃机进气量推定装置，其特征在于，

该内燃机机构包括加速踏板、节气阀和可变气门系统中的至少一个，该可变气门系统操纵内燃机的进气阀以控制进气量。

4.根据权利要求3所述的内燃机进气量推定装置，其特征在于，

基于节气阀开度并考虑内燃机转速来推定进气流量。

5.根据权利要求3所述的内燃机进气量推定装置，其特征在于，

基于由可变气门系统控制的进气阀的最大提升量并考虑内燃机转速推定进气流量。

6.一种内燃机进气量推定方法，该内燃机包括一个压力传感器和一个空气流量计，该压力传感器检测内燃机进气系统的进气阀的上游部分的进气压力，该空气流量计检测从进气系统的上游侧供给到进气阀上游部分的进气流量，该推定方法包括：

基于空气流量计的输出，获得在燃料喷射开始的正时以前的预定正时流入进气阀上游部分的第一进气流量；

基于压力传感器的输出，获得在预定正时与进气阀上游部分的进气压力的变化相应的进气流量的变化量；

通过把第一进气流量加到进气流量变化量中，获得在该预定正时流入内燃机气缸中的第二进气流量，

所述推定方法的特征在于，

基于在该预定正时内燃机的机构的状态变化量，把流入气缸的第二进气流量校正为第三进气流量，该第三进气流量是用于推定实际进气量所必需的，从而推定流入气缸的实际进气量，所述内燃机的机构影响实际进气量，

其中，基于所述内燃机机构的状态变化量推定该机构的状态，计算基于该机构的推定状态而推定的进气流量和基于在预定正时该机构的测量状态而推定的流入气缸的进气流量之间的差值；

把计算得到的差值加入第二进气流量中，从而得到第三进气流量。

7.根据权利要求6所述的内燃机进气量推定方法，其特征在于，该内燃机机构包括加速踏板、节气阀和可变气门系统中的至少一个，该可变气门系统操纵内燃机的进气阀以控制进气量。

8.根据权利要求7所述的内燃机进气量推定方法，其特征在于，

基于节气阀开度并考虑内燃机转速来推定进气流量。

9.根据权利要求7所述的内燃机进气量推定方法，其特征在于，

基于由可变气门系统控制的进气阀的最大提升量并考虑内燃机转速推定进气流量。

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