CN100432405C - 内燃机的控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

内燃机(1)具有能使进气门(Vi)及排气门(Ve)的至少一方的开启特性变化的气门传动机构(VM)、用于检测燃烧室(3)内的缸内压力的缸内压力传感器(15)、和ECU(20)，ECU(20)根据进气门(Vi)及排气门(Ve)在气门重叠期间的吸入空气的压力、气门重叠期间的排出气体的压力、由缸内压力传感器(15)检测出的压缩行程中的缸内压力、和气门重叠期间的气体通过有效面积计算吸入燃烧室(3)内的空气量。

Description

内燃机的控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及使燃料和空气的混合气体在燃烧室内部燃烧、以产生动力的内燃机的控制装置及控制方法，特别是，涉及具有能使进气门及排气门的至少一方的开启特性变化的气门传动机构的内燃机的控制装置及控制方法。

背景技术

以前，公知一种内燃机的控制装置(例如，参见特开平2-40054号公报)，该装置具有基于缸内压力、曲轴角及节气门开度计算进气门刚关闭之后和即将点火之前间的缸内压力的变化量的单元，及根据该缸内压力的变化量和内燃机转速计算吸入空气量的单元。而且，以前，为了在使输出或效率提高的同时降低排放，公知的是可设定使进气门和排气门同时打开的气门重叠的内燃机。而且，作为这种内燃机，公知具有可计算由于进气门和排气门的气门重叠而残留在燃烧室内的气体量(内部EGR量)的控制装置(例如，参见特开2004-108262号公报)。

在特开2004-108262号公报中记载的控制装置在排气门关闭时，基于排气温度传感器、进气压力传感器及排气压力传感器的信号计算缸内温度和缸内压力，同时，计算与燃烧空燃比对应的排出气体的气体常数，基于所述缸内温度、缸内压力及气体常数计算排气门关闭时的缸内气体量。另外，该控制装置基于曲轴角传感器、水温传感器、凸轮角传感器及加速器开度传感器的信号，计算进气门和排气门在气门重叠期间的回流气体量，根据这些缸内气体量和回流气体量计算由于气门重叠而残留在燃烧室内的气体量(内部EGR)。

发明内容

如上所述，根据以往的控制装置，能计算出内燃机的吸入空气量和设定气门重叠的情况下的残留气体量(内部EGR量)。但是，在上述以往的例子中，在吸入空气量和残留气体量的计算中需要许多参数。因此，在现有的内燃机中，为了取得这些参数，必需许多传感器，因此不得已地提高成本。

因此，本发明的目的在于提供一种实用的内燃机的控制装置及控制方法，即使在设定进气门和排气门的气门重叠的情况下，也可以以低成本、高精度地计算出吸入燃烧室内的空气量。

本发明的内燃机的控制装置，所述内燃机具有能使进气门及排气门的至少一方的开启特性变化的气门传动机构，并通过使燃料和空气的混合气体在燃烧室内部燃烧而产生动力，其特征在于，具有：缸内压力检测单元，用于检测上述燃烧室内的缸内压力；和吸入空气量计算单元，根据上述进气门和上述排气门在气门重叠期间的吸入空气的压力、上述气门重叠期间的排出气体的压力、由上述缸内压力检测单元检测出的压缩行程中的缸内压力、和上述气门重叠期间的气体通过有效面积计算吸入上述燃烧室内的空气量。

另外，优选的是，根据上述气门重叠之前或重叠开始时由上述缸内压力检测单元检测出的缸内压力，推测上述气门重叠期间的排出气体的压力。

而且，优选的是，还根据内燃机的负荷推测上述气门重叠期间的排出气体的压力。

另外，优选的是，在上述内燃机的负荷比预定的负荷高的情况下，推测为上述气门重叠期间的排出气体的压力比上述气门重叠之前或重叠开始时由上述缸内压力检测单元检测出的缸内压力高。

而且，优选的是，上述内燃机具有多个上述燃烧室，每个上述燃烧室设有上述缸内压力检测单元，任何一个燃烧室中的上述气门重叠期间的吸入空气的压力根据先于该燃烧室进行吸气行程的燃烧室的吸气下止点的缸内压力来推测。

另外，优选的是，还具有第二吸入空气量计算单元，其采用和作为第一吸入空气量计算单元的上述吸入空气量计算单元不同的方法计算吸入上述燃烧室内的空气量；根据由上述第一吸入空气量计算单元算出的吸入上述燃烧室的空气量及由上述第二吸入空气量计算单元算出的吸入上述燃烧室的空气量，计算用于上述内燃机控制的吸入上述燃烧室的空气量。

而且，优选的是，根据由上述第一吸入空气量计算单元算出的上次循环中吸入上述燃烧室的空气量，校正由上述第二吸入空气量计算单元算出的本次循环中吸入上述燃烧室的空气量，由此计算本次循环中吸入上述燃烧室内的空气量。

另外，优选的是，根据由上述第一吸入空气量计算单元算出的上次循环中吸入上述燃烧室的空气量与由上述第二吸入空气量计算单元算出的上次循环中吸入上述燃烧室的空气量之差，校正由上述第二吸入空气量计算单元算出的本次循环中吸入上述燃烧室的空气量，由此计算本次循环中吸入上述燃烧室内的空气量。

而且，优选的是，在由上述第一吸入空气量计算单元算出的上次循环中吸入上述燃烧室的空气量与由上述第二吸入空气量计算单元算出的上次循环中吸入上述燃烧室的空气量之差在预定值以上的情况下，禁止根据上述差校正由上述第二吸入空气量计算单元算出的本次循环中吸入上述燃烧室的空气量，来计算本次循环中吸入上述燃烧室内的空气量。

另外，优选的是，上述气体通过有效面积根据上述气门重叠期间进气门和排气门的升程量及内燃机转速来计算。

本发明的内燃机的控制方法，所述内燃机具有能使进气门及排气门的至少一方的开启特性变化的气门传动机构，并通过使燃料和空气的混合气体在燃烧室内部燃烧而产生动力，其特征在于，根据上述进气门和上述排气门在气门重叠期间的吸入空气的压力、上述气门重叠期间的排出气体的压力、上述内燃机的压缩行程中的上述燃烧室内的缸内压力、和上述气门重叠期间的气体通过有效面积计算吸入上述燃烧室内的空气量。

根据本发明，可以实现一种可以以低成本高精度地算出吸入燃烧室内的空气量的实用的内燃机的控制装置及控制方法。

下面，通过附图和本发明的优选实施方式的记载，能进一步充分地理解本发明。

附图说明

图1为表示适用本发明的控制装置的内燃机的示意结构图。

图2为用于说明图1的内燃机中吸入空气量的计算程序的流程图。

图3为曲线图，例示了气门重叠期间的规定时序下的吸入空气的压力与气门即将重叠之前或重叠开始时的规定时序下的缸内压力的比值，和气门重叠期间的规定时序下的吸入空气的压力与排出气体的压力的比值之间的关系。

图4为曲线图，例示了气门重叠期间的规定时序下的吸入空气的压力与气门即将重叠之前或重叠开始时的规定时序下的缸内压力的比值，和气门重叠期间的规定时序下的吸入空气的压力与排出气体的压力的比值之间的关系。

图5为流程图，用于说明根据缸内压力推测气门重叠期间的规定时序下的吸入空气的压力的程序。

图6为表示吸入空气量模型的图。

图7为表示节气门开度和流量系数的关系的图。

图8为表示函数Φ(Ps/Pa)的图。

图9为表示节气门模型的基本概念的图。

图10为表示进气管模型的基本概念的图。

图11为表示进气门模型的基本概念的图。

图12为涉及吸入空气量Mc和燃烧室内吸入空气流量mc的定义的图。

图13为流程图，用于说明本发明的其它实施方式中吸入空气量计算程序。

具体实施方式

本发明的内燃机的控制装置，在设定进气门和排气门的气门重叠时，计算由该气门重叠引起的缸内压力的变化量，并根据该缸内压力的变化量、和在规定的时序下由缸内压力检测单元检测出的缸内压力计算吸入燃烧室内的空气量。

这里，在设定进气门和排气门的气门重叠时，由于该气门重叠而残留在燃烧室中的残留气体的量Me由下面的(1)式表示，其中，将气门重叠期间的规定时序(曲轴角为θ₁的时序)下的吸入空气的压力设为Pm(θ₁)，将该规定时序下的排出气体的压力设为Pe(θ₁)，将此时的排出气体的温度设为Te，将气体常数设为R(J/(kg·K))。

$\mathrm{Me}=S\·\mathrm{\Φ}(\mathrm{Pm}\left({\mathrm{\θ}}_1\right)/\mathrm{Pe}\left({\mathrm{\θ}}_1\right))\·\mathrm{Pe}\left({\mathrm{\θ}}_1\right)/\sqrt{R\·\mathrm{Te}}\·\·\·\left(1\right)$

在上述(1)式中，S表示气门重叠期间容许气体通过的有效面积，即气体通过有效面积。所述气体通过有效面积S由下面的(2)式表示。其中，在(2)式中，Ne(θ₁)为曲轴角成为θ₁的时序下的内燃机转速。而且，Ri为进气门Vi的气门直径，Re为排气门Ve的气门直径，Li(θ)为进气门Vi的升程量，Le(θ)为排气门Ve的升程量，IVO为打开进气门Vi的时序下的曲轴角度，EVC为关闭排气门Ve的时序下的曲轴角度。另外，在(2)式中，对

从IVO到EVC进行积分得到的值(

)dθ)为对应可变气门定时机构的提前角量(VVT提前角量)而确定的值。

并且，在上述(1)式中，φ(Pm(θ₁)/Pe(θ₁))是与吸入空气压力和排出气体压力之比相关联的项，基本上由(3)式表示，在Pm(θ₁)/Pe(θ₁)的值较小时，可以由下面的(4)式表示。其中，在(3)式和(4)式中，κ是比热比。

$\frac{\mathrm{Pm}\left({\mathrm{\θ}}_1\right)}{\mathrm{Pe}\left({\mathrm{\θ}}_1\right)}\≥{\left(\frac{2}{\mathrm{\κ}+1}\right)}^{\frac{\mathrm{\κ}}{\mathrm{\κ}-1}}$ 时， $\mathrm{\Φ}\left(\frac{\mathrm{Pm}\left({\mathrm{\θ}}_1\right)}{\mathrm{Pe}\left({\mathrm{\θ}}_1\right)}\right)=\sqrt{\frac{2\mathrm{\κ}}{\mathrm{\κ}-1}\·\{{\left(\frac{\mathrm{Pm}\left({\mathrm{\θ}}_1\right)}{\mathrm{Pe}\left({\mathrm{\θ}}_1\right)}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\κ}}}-{\left(\frac{\mathrm{Pm}\left({\mathrm{\θ}}_1\right)}{\mathrm{Pe}\left({\mathrm{\θ}}_1\right)}\right)}^{\frac{\mathrm{\κ}+1}{\mathrm{\κ}}}\}}\·\·\·\left(3\right)$

$\frac{\mathrm{Pm}\left({\mathrm{\&theta;}}_1\right)}{\mathrm{Pe}\left({\mathrm{\&theta;}}_1\right)}<{\left(\frac{2}{\mathrm{\&kappa;}+1}\right)}^{\frac{\mathrm{\&kappa;}}{\mathrm{\&kappa;}-1}}$ 时， $\mathrm{\&Phi;}\left(\frac{\mathrm{Pm}\left({\mathrm{\&theta;}}_1\right)}{\mathrm{Pe}\left({\mathrm{\&theta;}}_1\right)}\right)=\sqrt{\mathrm{\&kappa;}\&CenterDot;{\left(\frac{2\mathrm{\&kappa;}}{\mathrm{\&kappa;}+1}\right)}^{\frac{\mathrm{\&kappa;}+1}{\mathrm{\&kappa;}-1}}}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(4\right)$

另一方面，在由于气门重叠而残留在燃烧室内的残留气体的量Me与由气门重叠引起的缸内压力的变化量ΔPc之间，一般具有下面的(5)式的关系。这样，根据上述(1)式和(5)式，可以基于由于气门重叠而残留在燃烧室内的残留气体的量Me将缸内压力的变化量ΔPc如下面的(6)式那样表示。其中，在(6)式中，α为根据实验等确定的常数。根据该缸内压力的变化量ΔPc及在压缩行程中的规定时序(曲轴角成为θ₂的时序，进气门关闭后、燃烧开始前(火花点火前或压缩着火前)的时序)下由缸内压力检测单元检测出的缸内压力Pc(θ₂)，可以用下面的(7)式表示吸入燃烧室内的空气量M_air。其中，在(7)式中，β为根据实验等确定的常数。

$\mathrm{\&Delta;Pc}\&Proportional;\mathrm{Me}\&CenterDot;\sqrt{\mathrm{Te}}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(5\right)$

ΔPc＝α·S·φ(Pm(θ₁)/Pe(θ₁))·Pe(θ₁)…(6)

M_air＝β·(Pc(θ₂)-ΔPc)…(7)

因此，如在本发明的内燃机的控制装置中所实行的那样，只要得到气门重叠期间的规定时序下的吸入空气的压力Pm(θ₁)、排出气体的压力Pe(θ₁)、内燃机转速Ne(θ₁)和在规定的时序下检测出的缸内压力Pc(θ₂)，就可以不使用许多传感器而以低成本高精度地算出吸入燃烧室内的空气量。

而且，如上所述，优选的是，在根据气门重叠期间吸入空气的压力Pm(θ₁)和排出气体的压力Pe(θ₁)算出由气门重叠引起的缸内压力的变化量ΔPc时，根据气门即将重叠之前或重叠开始时(曲轴角成为θ₀的时序下)由缸内压力检测单元检测出的缸内压力Pc(θ₀)推测排出气体的压力Pe(θ₁)。

即，由于气门重叠的原因，进气门打开前或进气门打开时的排出气体的压力和缸内压力大致一致，在内燃机的负荷不那么大的情况下，由于气门重叠的原因，进气门打开前后的排出气体的压力变化小。因此，可以根据气门重叠之前或重叠开始时由缸内压力检测单元检测出的缸内压力Pc(θ₀)推测气门重叠期间排出气体的压力Pe(θ₁)，在内燃机的低负荷时，例如，能假定Pe(θ₁)＝Pc(θ₀)。这样，不需要检测排出气体压力的传感器，所以可以使计算吸入燃烧室的空气量所需要的成本降低。

另一方面，当内燃机的负荷高到一定程度时，由于排气脉动等的影响，气门重叠期间排出气体的压力变化变大，难以用气门重叠之前或重叠开始时由缸内压力检测单元检测出的缸内压力Pc(θ₀)代替气门重叠期间排出气体的压力Pe(θ₁)。

即，在内燃机的负荷高到一定程度之前，代入上述(3)式的函数Φ中的气门重叠期间吸入空气的压力Pm(θ₁)和排出气体的压力Pe(θ₁)的比值，与气门重叠期间吸入空气的压力Pm(θ₁)和气门重叠之前或重叠开始时检测出的缸内压力Pc(θ₀)的比值基本一致，两者的值和负荷的增大一起增加。与此相对，当吸入空气的压力Pm(θ₁)和缸内压力Pc(θ₀)的比值超过实验性、经验性确定的规定值ε时，Pm(θ₁)/Pe(θ₁)＝Pm(θ₁)/Pc(θ₀)这样的相关不成立。

因此，在吸入空气的压力Pm(θ₁)和缸内压力Pc(θ₀)的比值超过规定值ε的情况下，优选的是，在假定气门重叠期间吸入空气的压力Pm(θ₁)和排出气体的压力Pe(θ₁)的比值固定为上述规定值ε的基础上，根据气门重叠期间吸入空气的压力Pm(θ₁)和上述规定值ε，将气门重叠期间排出气体的压力Pe(θ₁)确定为Pe(θ₁)＝Pm(θ₁)/ε。这样，在不能实测气门重叠期间排出气体的压力的情况下，即使内燃机的负荷增高，也不会受到伴随气门重叠的排出气体的压力变化产生的影响，可以高精度地计算出吸入燃烧室内的空气量。

而且，在具有多个燃烧室的内燃机中，优选的是，每个燃烧室设有缸内压力检测单元，这时，对每个燃烧室计算缸内压力的变化量ΔPc，并根据各燃烧室中的缸内压力的变化量ΔPc及由各缸内压力检测单元在规定的时序下检测出的各燃烧室的缸内压力Pc(θ₂)，计算吸入各燃烧室内的空气量。这样，能高精度地把握燃烧室间的吸入空气量的偏差，从而可以使各燃烧室中的空燃比控制等的精度提高。

而且，任何一个燃烧室在气门重叠期间的吸入空气的压力也可以根据先于该燃烧室进行吸气行程的燃烧室的吸气下止点的缸内压力来推测。

一般地，吸入空气的压力和缸内压力在吸气下止点大致相等。而且，某一燃烧室中进行气门重叠的时序与相对该燃烧室仅提前1/N循环(其中，吸气、压缩、膨胀、排气四个行程作为一个循环，N表示气缸数)进行吸气行程的燃烧室中、吸气下止点到来的时序基本一致。因此，据上所述，根据缸内压力推测吸入空气的压力，可以不需要检测吸入空气的压力的传感器，并能进一步降低计算吸入各燃烧室的空气量所需的成本。

下面，参照附图具体说明用于实施本发明的最佳方式。

图1为表示适用本发明的控制装置的内燃机的示意结构图。如该图所示，内燃机1使燃料和空气的混合气体在形成于气缸体2中的燃烧室3的内部燃烧，使活塞4在燃烧室3内往复移动，由此产生动力。优选的是，内燃机1构造为多缸发动机，本实施方式的内燃机1例如构造为四缸发动机。

各燃烧室3的进气口分别连接到进气管(进气歧管)5，各燃烧室3的排气口分别连接到排气管(排气歧管)6。而且，在内燃机1的气缸盖上对应每个燃烧室3配设进气门Vi和排气门Ve。各进气门Vi打开/关闭对应的进气口，各排气门Ve打开/关闭对应的排气口。各进气门Vi和各排气门Ve由包含可变气门定时机构的气门传动机构VM打开/关闭。另外，内燃机1具有和气缸数对应数目的点火塞7，点火塞7以面向对应的燃烧室3内的方式设置在气缸盖上。

如图1所示，进气管5连接到缓冲罐8。缓冲罐8上连接供气管路L1，供气管路L1通过空气滤清器9连接到图中未示出的空气入口。而且，在供气管路L1的中途(缓冲罐8和空气滤清器9之间)安装节气门(在本实施方式中，为电子控制式节气门)10。另一方面，如图1所示，包含例如三元催化剂的前段催化剂装置11a及包含例如NO_X吸附还原催化剂的后段催化剂装置11b连接到排气管6。

另外，内燃机1具有多个喷射器12，如图1所示，各喷射器12以面向对应燃烧室3内的方式设置在气缸盖上。而且，内燃机1的各活塞4构成为所谓的深盘顶面型活塞，在其上表面上具有凹部4a。而且，在内燃机1中，在空气被吸入各燃烧室3内的状态下，从各喷射器1 2向各燃烧室3内的活塞4的凹部4a直接喷射汽油等燃料。

这样，在内燃机1中，在点火塞7的附近，燃料和空气的混合气体层以与周围的空气层分离的状态形成(成层化)，所以可以使用极稀薄的混合气体实行稳定的成层燃烧。另外，本实施方式的内燃机1虽然以所谓的直喷发动机进行说明，但是不限于此，本发明当然能适用于进气管(进气口)喷射式内燃机。

上述各点火塞7、节气门10、各喷射器12及气门传动机构VM等电连接到作为内燃机1的控制装置起作用的ECU20上。ECU20包含均未在图中示出的CPU、ROM、RAM、输入/输出口、及存储装置等。如图1所示，在ECU20上电连接以内燃机1的曲轴角传感器14为首的各种传感器。ECU20使用储存在存储装置中的各种映射等并根据各种传感器的检测值等，控制点火塞7、节气门10、喷射器12、气门传动机构VM等，以得到所希望的输出。

而且，内燃机1具有与气缸数对应数目的缸内压力传感器(缸内压力检测单元)15，该传感器15包括半导体元件、压电元件、磁致伸缩元件和光纤维检测元件等。各缸内压力传感器15以受压面朝向对应的燃烧室3内的方式设置在气缸盖上，并通过图中未示出的A/D变换器等电连接到ECU20上。各缸内压力传感器15将在燃烧室3内施加在其受压面上的压力(缸内压力)作为与大气压力的相对值输出，并将与施加在其受压面上的压力(缸内压力)对应的电压信号(表示检测值的信号)供给ECU20。

另外，内燃机1具有将缓冲罐8内的吸入空气的压力(吸气压力)作为绝对压力进行检测的吸气压力传感器16。吸气压力传感器16也通过图中未示出的A/D变换器等电连接到ECU20上，并将表示检测出的缓冲罐8内的吸入空气的绝对压力的信号供给ECU20。另外，曲轴角传感器14、吸气压力传感器16的检测值每隔微小时间被顺次供给ECU20，并每次在ECU20的规定存储区域(缓冲区)中保存规定量。而且，各缸内压力传感器15的检测值(缸内压力)在根据吸气压力传感器16的检测值进行绝对压力校正的基础上，每次在ECU20的规定存储区域(缓冲区)中保存规定量。

下面，参照图2对上述内燃机1中计算吸入各燃烧室3的空气量的顺序进行说明。当起动内燃机1时，由ECU20对各燃烧室3重复进行图2所示的吸入空气量计算程序。图2的吸入空气量计算程序基本上使用上述(1)～(7)式计算吸入各燃烧室3内的空气量。当达到该程序的实行时序时，ECU20首先判断是否提前进气门Vi的打开时序(S10)。

ECU20在S10中判断进气门Vi的打开时序被提前时，ECU20从规定的存储区域，对目标燃烧室3读出在进气门Vi和排气门Ve的气门即将重叠之前或重叠开始时的规定时序(曲轴角成为θ₀的时序)下、由缸内压力传感器15检测出的缸内压力Pc(θ₀)，并且读出在进气门Vi和排气门Ve在气门重叠期间的规定时序(曲轴角成为θ₁的时序)下、由吸气压力传感器16检测出的吸入空气的压力Pm(θ₁)(S12)。而且，在S12中，ECU20根据气门重叠期间的规定时序(曲轴角成为θ₁的时序)下的曲轴角传感器14的检测值，求出曲轴角成为θ₁的时序下的内燃机转速Ne(θ₁)，并由气门传动机构VM取得曲轴角成为θ₁的时序下的VVT提前角量。

在本实施方式中，进气门Vi和排气门Ve的气门即将重叠之前或重叠开始时的规定时序为气门重叠开始时间、即进气门Vi的打开时间，并为曲轴角变成例如θ₀＝上止点前20°的时序。而且，气门重叠期间的规定时序为曲轴角变成例如θ₁＝上止点前10°(排气上止点前10°)的时序。当在S12中取得曲轴角成为θ₀的时序下的缸内压力Pc(θ₀)和曲轴角成为θ₁的时序下的吸入空气的压力Pm(θ₁)时，ECU20对目标燃烧室3，求出吸入空气的压力Pm(θ₁)和缸内压力Pc(θ₀)的比值、即Pm(θ₁)/Pc(θ₀)的值，同时判断Pm(θ₁)/Pc(θ₀)的值是否在规定的阈值ε(在本实施方式中，ε＝0.95)以下(S14)。

这里，作为吸入空气的压力Pm(θ₁)和缸内压力Pc(θ₀)之比的Pm(θ₁)/Pc(θ₀)与上述(3)式中使用的参数、即吸入空气的压力Pm(θ₁)和排出气体的压力Pe(θ₁)的比Pm(θ₁)/Pe(θ₁)之间，存在如图3所例示的关系。即，在内燃机1的负荷不那么大的范围内，Pm(θ₁)/Pe(θ₁)的值和Pm(θ₁)/Pc(θ₀)的值随负荷的增加而分别增加，Pm(θ₁)/Pe(θ₁)＝Pm(θ₁)/Pc(θ₀)这样的关系成立。

即，由于气门重叠，在进气门Vi即将打开之前的时序或打开时，排出气体的压力和缸内压力基本一致，在内燃机1的负荷不那么大的情况下，由于气门重叠，进气门Vi打开前后的排出气体的压力变化小。因此，在内燃机1的负荷不那么大的范围内，可以基于气门即将重叠之前或重叠开始时、即曲轴角成为θ₀的时序下由缸内压力传感器15检测出的缸内压力Pc(θ₀)，推测气门重叠期间、即曲轴角成为θ₁的时序下的排出气体的压力Pe(θ₁)，可以认为Pe(θ₁)＝Pc(θ₀)、Pm(θ₁)/Pe(θ₁)＝Pm(θ₁)/Pc(θ₀)。

与此相对，当内燃机1的负荷高到一定程度时，由于排气脉动等的影响，进气门Vi打开前后的排出气体的压力变化由于气门重叠的原因而变大。即，当内燃机1的负荷高到一定程度，吸入空气的压力Pm(θ₁)和缸内压力Pc(θ₀)的比Pm(θ₁)/Pc(θ₀)达到规定值ε以上时，Pm(θ₁)/Pe(θ₁)＝Pm(θ₁)/Pc(θ₀)这样的相关不成立，难以用气门即将重叠之前或重叠开始时由缸内压力检测单元检测出的缸内压力Pc(θ₀)代替气门重叠期间排出气体的压力Pe(θ₁)。

鉴于这些点，在内燃机1中，当在S14中对各燃烧室3判断出Pm(θ₁)/Pc(θ₀)的值为上述阈值ε以下时，用气门即将重叠之前或重叠开始时由缸内压力传感器15检测出的缸内压力Pc(θ₀)代替气门重叠期间的排出气体的压力Pe(θ₁)，并通过ECU20设定Pe(θ₁)＝Pc(θ₀)(S16)。而且，当在S14中对各燃烧室3判断出Pm(θ₁)/Pc(θ₀)的值超过上述阈值ε时，通过ECU20，使用上述规定值ε将气门重叠期间的排出气体的压力Pe(θ₁)设定为Pe(θ₁)＝Pm(θ₁)/ε(S18)。即，在S18的处理中，假定气门重叠期间的吸入空气的压力Pm(θ₁)和排出气体的压力Pe(θ₁)的比固定为作为界限值的阈值ε(在本实施方式中为0.95)，气门重叠期间的排出气体的压力Pe(θ₁)根据气门重叠期间的吸入空气的压力Pm(θ₁)和阈值ε确定。

当实行S16或S18的处理时，ECU20使用预定的函数式或映射确定与在S12中取得的VVT提前角量对应的dθ的值，并使用该值和在S12中取得的内燃机转速Ne(θ₁)由上述(2)式计算气体通过有效面积S(S20)。当求出气体通过有效面积S时，ECU20判断用在S16或S18设定的气门重叠期间的排出气体的压力Pe(θ₁)去除在S12中取得的吸入空气的压力Pm(θ₁)得到的值是否达到阈值(2/(κ+1))^κ/(κ-1)以上(S22)。在本实施方式中，作为阈值(2/(κ+1))^κ/(κ-1)，例如使用k＝1.32时得到的常数。

如上所述，表示计算由气门重叠引起的缸内压力变化量ΔPc时必需的Φ(Pm(θ₁)/Pe(θ₁))的式子，对应于Pm(θ₁)/Pe(θ₁)的值而变化。因此，当ECU20在S22中判断出Pm(θ₁)/Pe(θ₁)的值为上述阈值以上时，使用上述(3)式计算Φ(Pm(θ₁)/Pe(θ₁))的值(S24)。而且，当ECU20在S22中判断出Pm(θ₁)/Pe(θ₁)的值低于上述阈值时，使用上述(4)式计算Φ(Pm(θ₁)/Pe(θ₁))的值(S26)。

当在S20中求出气体通过有效面积S，并在S24或S26中求出Φ(Pm(θ₁)/Pe(θ₁))的值时，ECU20使用上述(6)式，对目标燃烧室3计算由气门重叠引起的缸内压力的变化量ΔPc(S28)。在S28的处理之后，ECU20从规定的存储区域，对目标燃烧室3读出压缩行程中曲轴角成为θ₂的时序下由缸内压力传感器15检测出的缸内压力Pc(θ₂)(S30)。另外，在本实施方式中，使压缩行程中的规定时序为曲轴角变成例如θ₂＝上止点前50°(压缩上止点前50°)的时序。

然后，ECU20使用上述(7)式，根据在S28中求出的缸内压力的变化量ΔPc和在S30中取得的缸内压力Pc(θ₂)，对目标燃烧室3计算吸入空气量M_air(S32)。这样，在内燃机1中，通过取得气门重叠期间规定时序下的吸入空气的压力Pm(θ₁)、排出气体的压力Pe(θ₁)、内燃机转速Ne(θ₁)和在规定的时序下检测出的缸内压力Pc(θ₂)，可以不使用许多传感器而以低成本高精度地计算出吸入各燃烧室3内部的空气量。

而且，在内燃机1中，在负荷比较低、并在S14中判断出Pm(θ₁)/Pc(θ₀)的值为阈值ε以下的情况中，用气门即将重叠之前或重叠开始时由缸内压力传感器15检测出的缸内压力Pc(θ₀)代替气门重叠期间的排出气体的压力Pe(θ₁)。这样，不需要实测排出气体压力用的传感器，从而可以使计算吸入各燃烧室3的空气量所需要的成本降低。

而且，在省略实测排出气体压力用的传感器的内燃机1中，在负荷变高并在S14中判断出Pm(θ₁)/Pc(θ₀)的值超过阈值ε的情况下，在假定气门重叠期间的吸入空气的压力Pm(θ₁)和排出气体的压力Pe(θ₁)的比固定为作为所谓界限值的阈值ε(在本实施方式中为0.95)的前提下，气门重叠期间的排出气体的压力Pe(θ₁)基于阈值ε来确定(S18)。这样，在内燃机1的负荷变高时，吸入空气的压力和排出气体的压力之差小，而且，残留气体本身也减少，所以，即使实行S18这样的处理，也可以不受排出气体压力变化的影响，高精度地算出吸入各燃烧室3内的空气量，从而能得到实用上良好的结果。

另外，在具有多个燃烧室3和对每个燃烧室3设置的缸内压力传感器15的内燃机1中，对每个燃烧室3计算缸内压力的变化量ΔPc，并根据各燃烧室3中的缸内压力的变化量Pc及由各缸内压力传感器15检测出的各燃烧室3的缸内压力Pc(θ₂)，计算吸入各燃烧室3内的空气量。这样，能高精度地把握燃烧室3间的吸入空气量的偏差，从而能使各燃烧室3中的空燃比控制等的精度提高。

另一方面，当在S10中判断出进气门Vi的打开时序未提前，且未设定进气门Vi和排气门Ve的气门重叠时，ECU20将要用在S32中的缸内压力的变化量ΔPc设定为零(S34)。这样，在不设定气门重叠的情况下，在S32中，仅根据在S30中取得的缸内压力Pc(θ₂)计算吸入各燃烧室3内的空气量M_air。这里，压缩行程中的缸内压力表示相对高的值，与缸内压力传感器15的检测精度或缸内压力数据的分解能等无关，能被高精度地检测到。因此，如果使用压缩行程中规定时序下的燃烧室3内的缸内压力，则能高精度地求出吸入燃烧室3内的空气量。

另外，在上述内燃机1中，当在S14中得出否定判断时，虽然假定气门重叠期间的吸入空气的压力Pm(θ₁)和排出气体的压力Pe(θ₁)的比固定为作为界限值的阈值ε，但是不限于此。即，如图4所示，吸入空气的压力Pm(θ₁)和缸内压力Pc(θ₀)的比Pm(θ₁)/Pc(θ₀)与吸入空气的压力Pm(θ₁)和排出气体的压力Pe(θ₁)的比Pm(θ₁)/Pe(θ₁)之间的关系也可以使用多个函数来近似。

在图4的例子中，使用两条直线来近似Pm(θ₁)/Pc(θ₀)与Pm(θ₁)/Pe(θ₁)之间的关系，在0≤Pm(θ₁)/Pc(θ₀)≤ε₁(其中，ε₁为实验性、经验性确定的常数)的范围内，Pm(θ₁)/Pe(θ₁)＝Pm(θ₁)/Pc(θ₀)，在ε₁≤Pm(θ₁)/Pc(θ₀)≤1.0的范围内，Pm(θ₁)/Pe(θ₁)由下面的(8)式表示(其中，在(8)式中，ε₂为实验性、经验性确定的常数，ε₂＞ε₁)。在采用这种近似方法的情况下，当在图2的S14中得出否定判断时，在S18中根据下面的(9)式设定Pe(θ₁)的值。

$\mathrm{Pm}\left({\mathrm{\&theta;}}_1\right)/\mathrm{Pe}\left({\mathrm{\&theta;}}_1\right)=\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_2-{\mathrm{\&epsiv;}}_1}{1-{\mathrm{\&epsiv;}}_1}\&CenterDot;(\mathrm{Pm}\left({\mathrm{\&theta;}}_1\right)/\mathrm{Pc}\left({\mathrm{\&theta;}}_0\right)-{\mathrm{\&epsiv;}}_1)+{\mathrm{\&epsiv;}}_1\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(8\right)$

$\mathrm{Pe}\left({\mathrm{\&theta;}}_1\right)=\frac{\mathrm{Pm}\left({\mathrm{\&theta;}}_1\right)}{\{{\mathrm{\&epsiv;}}_1+\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_2-{\mathrm{\&epsiv;}}_1}{1-{\mathrm{\&epsiv;}}_1}\&CenterDot;(\frac{\mathrm{Pm}\left({\mathrm{\&theta;}}_1\right)}{\mathrm{Pc}\left({\mathrm{\&theta;}}_0\right)}-{\mathrm{\&epsiv;}}_1)\}}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(9\right)$

而且，在本实施方式中，虽然在缓冲罐8中设置用于检测吸入空气压力的吸气压力传感器16，但是也可以省去吸气压力传感器16，气门重叠期间规定时序(曲轴角成为θ₁的时序)下的吸入空气的压力Pm(θ₁)也可以基于缸内压力来推测。

即，吸入空气的压力和缸内压力在吸气下止点大致相等。而且，在某一燃烧室3中进行气门重叠的时序，与在四缸发动机的情况下、相对该燃烧室3仅提前1/4循环(180°)进行吸气行程的燃烧室3中吸气下止点到来的时序大致一致。因此，根据这些，某一燃烧室3在气门重叠期间的吸入空气的压力，可以根据相对该燃烧室3仅提前1/4循环进行吸气行程的燃烧室3的吸气下止点时的缸内压力来推测。这样，不需要检测吸入空气压力的吸气压力传感器16，可以进一步使计算吸入各燃烧室3内的空气量所需要的成本降低。

图5为流程图，用于说明根据缸内压力推测气门重叠期间规定时序下的吸入空气的压力的程序。图5的程序由ECU20例如在图2的S14前的规定时序实行。这时，ECU20从规定的存储区域，读出比目标燃烧室3仅提前1/4循环进行吸气行程的燃烧室(先行燃烧室)3的紧邻吸气下止点时的缸内压力传感器15的检测值Pc(θ_BDC)(S100)。另外，ECU20从规定的存储区域，读出比目标燃烧室3仅提前1/4循环进行吸气行程的燃烧室3的上述吸气下止点后的压缩行程中的、规定两点上的缸内压力传感器15的检测值Pc(θ_a)、Pc(θ_b)(S102)。另外，曲轴角θ_a及θ_b只要包含在压缩行程中而选择，则各自的值可以为任意值。

这里，在省略吸气压力传感器的情况下，不能根据吸气压力传感器16的检测值对缸内压力传感器15的输出(相对压力)进行绝对压力校正，所以，缸内压力传感器15的检测值Pc(θ_a)、Pc(θ_b)不进行绝对压力校正而直接(以表示相对压力的状态)储存在该存储区域中。这里，当将曲轴角成为θ_a时的绝对压力校正后的缸内压力(真值)设为Pa、将曲轴角成为θ_b时的绝对压力校正后的缸内压力(真值)设为Pb、将缸内压力传感器15的绝对压力校正值设为Pr时，得到Pa＝Pc(θ_a)+Pr，Pb＝Pc(θ_b)+Pr。而且，在将内燃机的压缩行程看作绝热过程、且比热比为κ的情况下，Pa·V^κ(θ_a)＝Pb·V^κ(θ_b)这样的关系成立。该关系能如下面的(10)式那样表示。而且，当针对绝对压力校正值Pr求解(10)式时，绝对压力校正值Pr可以表达为下面的(11)式。

(Pc(θ_a)+Pr)·V^κ(θ_a)＝(Pc(θ_b)+Pr)·V^κ(θ_b)…(10)

$\mathrm{Pr}=\frac{\mathrm{Pc}\left({\mathrm{\&theta;}}_b\right)\&CenterDot;V^{\mathrm{\&kappa;}}\left({\mathrm{\&theta;}}_b\right)-\mathrm{Pc}\left({\mathrm{\&theta;}}_a\right)\&CenterDot;V^{\mathrm{\&kappa;}}\left({\mathrm{\&theta;}}_a\right)}{V^{\mathrm{\&kappa;}}\left({\mathrm{\&theta;}}_a\right)-V^{\mathrm{\&kappa;}}\left({\mathrm{\&theta;}}_b\right)}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(11\right)$

因此，ECU20在S102的处理后，使用先行燃烧室3的压缩行程中规定两点上的缸内压力传感器15的检测值Pc(θ_a)、Pc(θ_b)及该规定两点上的缸内容积V(θ_a)、V(θ_b)，根据上述(11)式计算设置在先行燃烧室3中的缸内压力传感器15的绝对压力校正值Pr(S104)。另外，用在S104中的缸内容积V(θ_a)、V(θ_b)的值，预先算出之后被保存在存储装置中，ECU20将这些缸内容积V(θ_a)、V(θ_b)的值从存储装置中读出并用在S20的处理中。

当在S104中求出绝对压力校正值Pr时，ECU20使用在S100中取得的吸气下止点时的缸内压力传感器15的检测值Pc(θ_BDC)、和在S104中求得的绝对压力校正值Pr，计算目标燃烧室3在气门重叠期间的吸入空气的压力Pm(θ₁)(S106)。即，某一燃烧室3在气门重叠期间的吸入空气的压力Pm(θ₁)，当将相对该燃烧室3仅提前1/4循环(在N缸发动机中，为1/N循环)进行吸气行程的燃烧室3中吸气下止点时的缸内压力设为Pc_-180(θ_BDC)时，能算出Pm(θ₁)＝Pr+Pc_-180(θ_BDC)。这样，通过实行图5的程序，可以不使用检测吸入空气压力的吸气压力传感器而根据缸内压力P(θ)和缸内容积V(θ)(根据缸内压力P(θ)与缸内容积V(θ)以比热比(规定的指数)κ累乘得到的值V^κ(θ)的乘积值P(θ)·V^κ(θ))高精度地计算吸入各燃烧室3内的空气量。

可是，在以上说明的计算吸入燃烧室3内的空气量M_air的方法中，最终使用上述(7)式计算上述吸入空气量M_air，所以上述缸内压力Pc(θ₂)是必需的。这里，如上所述，上述缸内压力Pc(θ₂)根据在压缩行程中的规定时序(进气门打开后、燃烧开始前(火花点火前或压缩着火前)的时序)下检测出的值求得，因此，通过以上说明的计算吸入空气量M_air的方法来算出该空气量M_air，在其循环(即，本次循环)中发生在压缩行程业已开始之后。

因此，通常难以在本次循环的内燃机控制中直接利用通过以上说明的计算吸入空气量M_air的方法而得到的计算结果。即，以空燃比控制为例，由于为了将空燃比设定为目标空燃比，必须喷射与吸入空气量对应的适当量的燃料，所以需要在燃料喷射前求出上述吸入空气量M_air，以确定与其对应的适当的燃料喷射量。可是，在以上说明的吸入空气量M_air的计算方法中，由于如上所述、是在压缩行程已经开始后才求上述吸入空气量M_air，所以在进气管(进气口)喷射式内燃机的情况中，求上述吸入空气量M_air是在燃料喷射之后，即使在如上述内燃机1那样的直喷式内燃机的情况下，求上述吸入空气量M_air较早，也是在即将燃料喷射之前。因此，通常难以在本次循环的内燃机空燃比控制中直接利用该计算结果、即吸入空气量M_air。

根据如上的情况，在本发明的其它实施方式中，如下面说明的那样，在内燃机的控制中利用由上述吸入空气量M_air的计算方法得到的计算结果。即，在该实施方式中，也通过和上述基于缸内压力和缸内压力的变化量计算吸入燃烧室3内的空气量的方法(下面，称作“第一吸入空气量计算方法”)不同的方法、即第二吸入空气量计算方法求出吸入燃烧室3内的空气量。这里，该第二吸入空气量计算方法能在本次循环的压缩行程开始前求出吸入燃烧室3内的空气量，而且，能充分地在本次循环的燃料喷射前求出吸入燃烧室3内的空气量，更详细地说，该方法为事先推测吸入空气量的方法。

而且，在本实施方式中，求出上次循环中由上述第一吸入空气量计算方法算出的吸入空气量M_air(下面，称作“第一吸入空气量”)与由上述第二吸入空气量计算方法算出的吸入空气量(下面，称作“第二吸入空气量”)两者的差，根据该差对本次循环中由上述第二吸入空气量计算方法算出的吸入空气量、即第二吸入空气量的值进行校正。而且，根据该校正后的第二吸入空气量实施内燃机的控制。

即，如上所述，根据上述第二吸入空气量计算方法，能充分地在本次循环的燃料喷射前求出吸入燃烧室3内的空气量。而且，上述校正中使用的值为上次循环中的上述第一吸入空气量M_air和上述第二吸入空气量的差，所以能在本次循环开始前求出。因此，能充分地在本次循环的燃料喷射前求出上述校正后的第二吸入空气量，从而可以在本次循环的内燃机控制中使用该校正后的第二吸入空气量。即，例如，能根据该校正后的第二吸入空气量确定本次循环中的燃料喷射量，以进行空燃比控制。而且，在具有多个燃烧室的情况下，还能以根据如此校正后的第二吸入空气量确定的燃料喷射量的气缸间的偏差为基础，推测生成扭矩在气缸间的偏差，并与此对应地为各气缸设定点火时期的延迟角量，以实施点火时期延迟角控制，抑制生成扭矩的气缸间的偏差。

可是，作为上述第二吸入空气量计算方法，虽然假想的有基于空气流量计的检测值、吸气压力传感器的检测值等求出吸入空气量的方法等各种手段，但是，在本实施方式中，作为上述第二吸入空气量计算方法，采用使用了进气系统的物理模型的方法。因此，下面对在本实施方式中用作上述第二吸入空气量计算方法的、使用进气系统的物理模型计算吸入空气量的方法进行说明。

即，该方法对内燃机的进气系统进行模型化，并对这些模型适用能量守恒定律、质量守恒定律、状态方程式等，以算出内燃机的吸入空气量(吸入燃烧室3内的空气量)。在该方法中，例如，关于内燃机的进气系统，构造节气门模型、进气管模型、进气门模型等，并通过利用所述各模型由节气门开度、大气压力及大气温度等求出吸入空气量。在本实施方式中，为了通过该方法求出吸入空气量，在图1所示的结构中，还设置节气门开度传感器、大气压力传感器、大气温度传感器。而且，涉及该方法的计算在ECU20中进行。

图6表示为了该方法对内燃机的进气系统进行模型化后的吸入空气量模型M20。如图6所示，吸入空气量模型M20具有节气门模型M21、进气管模型M22、进气门模型M23。在节气门模型M21中输入由节气门开度传感器检测出的节气门的开度(节气门开度)θt、由大气压力传感器检测出的内燃机周围的大气压力Pa、由大气温度传感器检测出的内燃机周围的大气温度Ta、和后述的在进气管模型M22中算出的从节气门到进气门之间的进气管内的压力(进气管内压力)Ps，将这些被输入的各参数的值代入后述的节气门模型M21的模型式中，由此算出单位时间内通过节气门的空气流量(节气门通过空气流量)mt。将在节气门模型M21中算出的节气门通过空气流量mt输入进气管模型M22中。

在进气管模型M22中，输入在节气门模型M21中算出的节气门通过空气流量mt和下面详细描述的单位时间内吸入燃烧室内的空气的流量(以下，称作“燃烧室内吸入空气流量mc”。另外，关于燃烧室内吸入空气流量mc的定义将在进气门模型M23的说明中详细描述)，将这些被输入的各参数的值代入后述的进气管模型M22的模型式中，由此算出上述进气管内压力Ps和从节气门至进气门的进气管内的温度(进气管内温度)Tm。将在进气管模型M22中算出的进气管内压力Ps和进气管内温度Tm一起输入进气门模型M23中，另外还将进气管内压力Ps输入节气门模型M21中。

在进气门模型M23中，输入在进气管模型M22中算出的进气管内压力Ps及进气管内温度Tm，此外，还输入大气温度Ta，并将这些值代入后述的进气门模型M23的模型式中，由此算出燃烧室内吸入空气流量mc。根据该燃烧室内吸入空气流量mc，即，变换该燃烧室内吸入空气流量mc，以算出吸入空气量(吸入燃烧室3内的空气的量)Mc。而且，将在进气门模型M23中算出的燃烧室内吸入空气流量mc输入进气管模型M22中。

从图6可以清楚地得知，在吸入空气量模型M20中，在某一模型中算出的参数值可以用作其它模型的输入值。因此，在使用吸入空气量模型M20的情况下，可以根据大气压力Pa、大气温度Ta、节气门开度θt及内燃机转速算出上述吸入空气量Mc。

接着，对吸入空气量模型M20的各模型M21～M23进行说明。

在节气门模型M21中，根据下述(12)式，由大气压力Pa(kPa)、大气温度Ta(K)、进气管内压力Ps(kPa)、节气门开度θt计算出节气门通过空气流量mt(g/s)。这里，在(12)式中，μ为节气门的流量系数，为节气门开度θt的函数，根据图7所示的映射确定。而且，At(m²)表示节气门的开口截面积(节气门开口面积)，为节气门开度θt的函数。另外，汇总该流量系数μ及节气门开口面积At后的μ·At也可以根据节气门开度θt由一个映射求出。而且，R为气体常数。

$\mathrm{mt}=\mathrm{\&mu;}\&CenterDot;\mathrm{At}\&CenterDot;\frac{\mathrm{Pa}}{\sqrt{R\&CenterDot;\mathrm{Ta}}}\&CenterDot;\mathrm{\&Phi;}\left(\frac{\mathrm{Ps}}{\mathrm{Pa}}\right)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(12\right)$

Φ(Ps/Pa)为下述(13)式表示的函数，在该(13)式中的κ为比热比(κ＝Cp(等压比热)/Cv(等容比热)，为一定值)。由于该函数Φ(Ps/Pa)可以表示为图8所示的曲线图，所以，该曲线图可以作为映射保存在ECU的ROM中，实际上可以不使用(13)式计算，而从映射求出Φ(Ps/Pa)的值。

$\mathrm{\&Phi;}\left(\frac{\mathrm{Ps}}{\mathrm{Pa}}\right)=\left\{\begin{array}{c}\sqrt{\frac{\mathrm{\&kappa;}}{2(\mathrm{\&kappa;}+1)}}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\frac{\mathrm{Ps}}{\mathrm{Pa}}\&le;\frac{1}{\mathrm{\&kappa;}+1}\\ \sqrt{\{\left(\frac{\mathrm{\&kappa;}-1}{2\mathrm{\&kappa;}}\right)\&CenterDot;(1-\frac{\mathrm{Ps}}{\mathrm{Pa}})+\frac{\mathrm{Ps}}{\mathrm{Pa}}\}\&CenterDot;(1-\frac{\mathrm{Ps}}{\mathrm{Pa}})}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\frac{\mathrm{Ps}}{\mathrm{Pa}}>\frac{1}{\mathrm{\&kappa;}+1}\end{array}\right.\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(13\right)$

节气门模型M21的(12)式及(13)式通过如下方式得到，即，将节气门10上游的气体的压力作为大气压力Pa，将节气门10上游的气体的温度作为大气温度Ta，将通过节气门10的气体的压力作为进气管内压力Ps，并对图9所示的节气门10的模型，适用质量守恒定律、能量守恒定律及动量守恒定律，并利用气体状态方程式、比热比的定义式及迈尔关系式而得到。

在进气管模型M22中，根据下述(14)式及(15)式，由节气门通过空气流量mt(g/s)、燃烧室内吸入空气流量mc(g/s)、及大气温度Ta(K)算出进气管内压力Ps(kPa)及进气管内温度Tm(K)。另外，(14)式及(15)式中的Vm(m³)为与包含缓冲罐8的、从节气门10至进气门Vi的进气管等部分(以下，称作“进气管部分”)8′的容积相等的常数。

$\frac{d}{\mathrm{dt}}\left(\frac{\mathrm{Ps}}{\mathrm{Tm}}\right)=\frac{R}{\mathrm{Vm}}\&CenterDot;(\mathrm{mt}-\mathrm{mc})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(14\right)$

$\frac{\mathrm{dPs}}{\mathrm{dt}}=\mathrm{\&kappa;}\&CenterDot;\frac{R}{\mathrm{Vm}}\&CenterDot;(\mathrm{mt}\&CenterDot;\mathrm{Ta}-\mathrm{mc}\&CenterDot;\mathrm{Tm})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(15\right)$

这里，参照图10对进气管模型M22进行说明。当将进气管部分8′的总气体量设为M时，总气体量M随时间的变化等于流入进气管部分8′的气体的流量(即，节气门通过空气流量mt)与从进气管部分8′流出的气体的流量(即，燃烧室内吸入空气流量mc)的差，所以，根据质量守恒定律，得到下述(16)式，由该(16)式及气体的状态方程式(Ps·Vm＝M·R·Tm)，得到(14)式。

$\frac{\mathrm{dM}}{\mathrm{dt}}=\mathrm{mt}-\mathrm{mc}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(16\right)$

而且，进气管部分8′的气体的能量M·Cv·Tm随时间的变化量等于流入进气管部分8′的气体的能量和从进气管部分8′流出的气体的能量之差。因此，当将流入进气管部分8′的气体的温度作为大气温度Ta、将从进气管部分8′流出的气体的温度作为进气管内温度Tm时，根据能量守恒定律，得到下述(17)式，由该(17)式及上述气体状态方程式，得到(15)式。

$\frac{d(M\&CenterDot;\mathrm{Cv}\&CenterDot;\mathrm{Tm})}{\mathrm{dt}}=\mathrm{Cp}\&CenterDot;\mathrm{mt}\&CenterDot;\mathrm{Ta}-\mathrm{Cp}\&CenterDot;\mathrm{mc}\&CenterDot;\mathrm{Tm}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(17\right)$

在进气门模型M23中，根据下述(18)式，由进气管内压力Ps、进气管内温度Tm及大气温度Ta算出燃烧室内吸入空气流量mc。(18)式中的a、b为至少根据内燃机转速Ne确定的适当参数，可以预先作成映射，根据需要通过检索映射而求出。另外，如图1的结构所示，在相对进气门Vi设置包含可变气门定时机构的气门传动机构VM的情况下，上述适当参数a、b还根据进气门Vi的开闭时序(即，相对基准开闭时序的提前角或延迟角的量)等确定。

$\mathrm{mc}=\frac{\mathrm{Ta}}{\mathrm{Tm}}(a\&CenterDot;\mathrm{Ps}-b)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(18\right)$

参照图11对上述进气门模型M23进行说明。一般地，进气门Vi关闭时填充到燃烧室3内的空气量、即吸入空气量Mc在进气门Vi关闭时(进气门关闭时)确定，其与进气门关闭时的燃烧室3内的压力成比例。而且，进气门关闭时的燃烧室3内的压力可以视为与进气门上游的气体压力、即，进气管内压力Ps相等。因此，上述吸入空气量Mc能近似成与进气门关闭时的进气管内压力Ps成比例。

这里，将单位时间内从进气管部分8′流出的全部空气的量平均化后得到的值，或将单位时间内从进气管部分8′吸入全部燃烧室3中的空气的量在一个气缸的吸气行程的范围内平均化后得到的值，设为燃烧室内吸入空气流量mc(在下面详细描述)时，由于上述吸入空气量Mc与进气管内压力Ps成比例，所以认为燃烧室内吸入空气流量mc也与进气管内压力Ps成比例。由此，根据理论及经验规律，得到上述(18)式。另外，(18)式中的适当参数a为比例系数，适当参数b为与排气门关闭时残留在燃烧室3内的已燃气体量相关的值。而且，由于在实际的运转中，存在过渡时期进气管内温度Tm较大变化的情况，所以作为对此的校正，乘以基于理论及经验规律导出的Ta/Tm。

这里，对于内燃机为四缸的情况，参照图12对燃烧室内吸入空气流量mc进行说明。另外，图12中横轴为曲轴的旋转角度，纵轴为单位时间内从进气管部分8′实际流入燃烧室3内的空气的量。如图12所示，在四缸内燃机中，进气门Vi例如以第一缸、第三缸、第四缸、第二缸的顺序打开，空气与对应各缸的进气门Vi的开启量相对应地从进气管部分8′流入各气缸的燃烧室3内。从进气管部分8′流入各气缸的燃烧室3内的空气的流量变化如图12中的虚线所示，综合它们之后得到的从进气管部分8′流入所有气缸的燃烧室3内的空气的流量如图12中的实线所示。而且，例如第一气缸的上述吸入空气流量Mc相当于图12中斜线表示的部分。

与此相对，由实线表示的从进气管部分8′流入所有气缸的燃烧室3内的空气量进行平均化后的值为燃烧室内吸入空气流量mc，在图中以单点划线表示。在由该单点划线表示的燃烧室内吸入空气流量mc上，在四缸的情况下，乘上曲轴旋转180°(即，在四行程式内燃机中，一个循环中曲轴旋转的角度720°除以气缸数后得到的角度)所需的时间ΔT_180°(可由内燃机转速算出)后得到的值为上述吸入空气流量Mc。因此，在进气门模型M23中算出的燃烧室内吸入空气流量mc上乘以ΔT_180°，能算出上述吸入空气量Mc(Mc＝mc·ΔT_180°)。

接着，使用上述吸入空气量模型M20，对实际计算上述吸入空气量Mc的情况进行说明。使用吸入空气量模型M20，通过求解上述(12)式、(14)式、(15)式及(18)式，求出上述吸入空气量Mc。这种情况下，为了在ECU20中进行处理，有必要将这些式子离散化。当使用时刻t、计算间隔(离散时间)Δt使(12)式、(14)式、(15)式及(18)式离散化时，分别得到下述(19)式、(20)式、(21)式及(22)式。另外，进气管内温度Tm(t+Δt)根据由(20)式及(21)式分别算出的Ps/Tm(t+Δt)及Ps(t+Δt)、通过(23)式计算。

$\mathrm{mt}\left(t\right)=\mathrm{\&mu;}\&CenterDot;\mathrm{At}\left(\mathrm{\&theta;t}\left(t\right)\right)\&CenterDot;\frac{\mathrm{Pa}}{\sqrt{R\&CenterDot;\mathrm{Ta}}}\mathrm{\&Phi;}\left(\frac{\mathrm{Ps}\left(t\right)}{\mathrm{Pa}}\right)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(19\right)$

$\frac{\mathrm{Ps}}{\mathrm{Tm}}(t+\mathrm{\&Delta;t})=\frac{\mathrm{Ps}}{\mathrm{Tm}}\left(t\right)+\mathrm{\&Delta;t}\&CenterDot;\frac{R}{\mathrm{Vm}}\&CenterDot;(\mathrm{mt}\left(t\right)-\mathrm{mc}\left(t\right))\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(20\right)$

$\mathrm{Ps}(t+\mathrm{\&Delta;t})=\mathrm{Ps}\left(t\right)+\mathrm{\&Delta;t}\&CenterDot;\mathrm{\&kappa;}\&CenterDot;\frac{R}{\mathrm{Vm}}\&CenterDot;(\mathrm{mt}\left(t\right)\&CenterDot;\mathrm{Ta}-\mathrm{mc}\left(t\right)\&CenterDot;\mathrm{Tm}\left(t\right))\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(21\right)$

$\mathrm{mc}\left(t\right)=\frac{\mathrm{Ta}}{\mathrm{Tm}\left(t\right)}\&CenterDot;(a\&CenterDot;\mathrm{Ps}\left(t\right)-b)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(22\right)$

$\mathrm{Tm}(t+\mathrm{\&Delta;t})=\frac{\mathrm{Ps}(t+\mathrm{\&Delta;t})}{\mathrm{Ps}/\mathrm{Tm}(t+\mathrm{\&Delta;t})}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(23\right)$

这样，在设置的吸入空气量模型M20中，向进气管模型M22的(20)式和(21)式中，代入由节气门模型M21的(19)式算出的时刻t时的节气门通过空气流量mt(t)及由进气门模型M23的(22)式算出的时刻t时的燃烧室内吸入空气流量mc(t)，由此算出时刻t+Δt时的进气管内压力Ps(t+Δt)及进气管内温度Tm(t+Δt)。接着，将算出的Ps(t+Δt)及Tm(t+Δt)代入节气门模型M21及进气门模型M23的(19)式及(22)式中，由此算出时刻t+Δt时的节气门通过空气流量mt(t+Δt)及燃烧室内吸入空气流量mc(t+Δt)。通过反复进行这种计算，根据节气门开度θt、大气压力Pa及大气温度Ta算出任意时刻t时的燃烧室内吸入空气流量mc，并在算出的燃烧室内吸入空气流量mc上乘以上述时间ΔT_180°，由此算出任意时刻t的上述吸入空气量Mc。从以上的说明可以明白，根据该方法可推测此后吸入燃烧室3内的空气量。

另外，在内燃机的起动时，即，在时刻t＝0时，设定进气管内压力Ps和大气压力相等(Ps(0)＝Pa)、进气管内温度Tm和大气温度相等(Tm(0)＝Ta)，开始各模型M21～M23中的计算。

而且，在上述吸入空气量模型M20中，尽管设定大气温度Ta及大气压力Pa一定，但是将其设为随时刻变化的值也可以，例如，也可以将由检测大气温度的大气温度传感器在时刻t检测出的值作为大气温度Ta(t)、将由检测大气压力的大气压力传感器在时刻t检测出的值作为大气压力Pa(t)，并将它们代入上述(19)式、(22)式及(23)式。

下面，根据以上说明，参照图13对本实施方式中计算吸入各燃烧室3内的空气量的顺序进行说明。在本实施方式中，当内燃机1起动时，由ECU20对每燃烧室重复实行图13所示的吸入空气量计算程序。另外，在内燃机1的起动时，将表示该控制中使用的循环数的参数n的值设为1(n＝1)。

当开始该控制程序时，首先在S101中判断上述参数n的值是否为1。如上所述，由于该参数n在内燃机1的起动时被设为1，所以该判断可以说是内燃机1是否处于刚起动之后的判断。当在S101中判断出上述参数n为1、即内燃机1处于刚起动之后时，前进到S103。另一方面，当在S101中判断出上述参数n不为1、即内燃机1不是处于刚起动之后时，前进到S107。

在前进到S103的情况中，通过上述第二吸入空气量计算方法计算第n次循环的吸入空气量、即本次循环中吸入燃烧室3内的空气量Mc(n)。而且，接着在S105中，作为第n次循环的吸入空气量、即本次循环中吸入燃烧室3内的空气量，确定用在控制中的吸入空气量Ms(n)。即，根据这里确定的吸入空气量Ms(n)，例如确定本次循环中的燃料喷射量，实施空燃比控制。

在前进到S105的情况中，设定吸入空气量Ms(n)为在S103中由上述第二吸入空气量计算方法算出的吸入空气量Mc(n)。当在S105中确定了上述吸入空气量Ms(n)时，前进到S115。在S115中通过上述第一吸入空气量计算方法计算第n次循环的吸入空气量、即本次循环中吸入燃烧室3内的空气量M_air(n)。

当在S115中算出上述吸入空气量M_air(n)时，前进到S117，在表示上述循环数的参数n的值上加1。之后，立即从开始(即，从S101)再次实行本控制程序。

另一方面，当在S101中判断出上述参数n不为1、即内燃机1不是处于刚起动之后时，如上所述前进到S107，但是，在这种情况中，和前进到S103的情况相同，通过上述第二吸入空气量计算方法计算第n次循环的吸入空气量、即本次循环中吸入燃烧室3内的空气量Mc(n)。

在S107中，当算出上述吸入空气量Mc(n)时，前进到S109。在S109中计算校正量Dm(n)，其用于求出用在控制中的吸入空气量Ms(n)作为第n次循环的吸入空气量、即本次循环中吸入燃烧室3内的空气量。这里，该校正量Dm(n)作为下述两者的差算出(Dm(n)＝M_air(n-1)-Mc(n-1))：由上述第一吸入空气量计算方法算出的第n-1次循环的吸入空气量、即上次循环中吸入燃烧室3中的空气量M_air(n-1)；及由上述第二吸入空气量计算方法算出的第n-1次循环的吸入空气量、即上次循环中吸入燃烧室3中的空气量Mc(n-1)。

当在S109中算出上述校正量Dm(n)时，前进到S111。在S111中，判断在S109中算出的上述校正量Dm(n)是否小于预定的值Dc。而且，当在S111中判断出上述校正量Dm(n)小于预定的值Dc时，前进到S113。

在S113中，和上述的S105相同，作为第n次循环的吸入空气量、即本次循环中吸入燃烧室3内的空气量，确定用在控制中的吸入空气量Ms(n)。即，如上所述，根据这里确定的吸入空气量Ms(n)，例如确定本次循环中的燃料喷射量，实施空燃比控制。

但是，在前进到S113的情况中，和前进到S105的情况不同，该吸入空气量Ms(n)为在S107中由上述第二吸入空气量计算方法算出的吸入空气量Mc(n)上加上所述校正量Dm(n)后得到的值。当在S113中确定了上述吸入空气量Ms(n)时，前进到S115，实施如上所述的从那里开始的控制。

另一方面，当在S111中判断出上述校正量Dm(n)为预定的值Dc以上时，前进到S105。而且，在这种情况中，设定上述吸入空气量Ms(n)为在S107中由上述第二吸入空气量计算方法算出的吸入空气量Mc(n)。之后，前进到S115，实施如上所述的从其开始的控制。

另外，从以上的说明可以理解，上述S111中的判断为用于确定在求出上述吸入空气量Ms(n)时是否实施基于上述校正量Dm(n)的校正的判断。即，在本实施方式中，通过上述S111中的判断，在上述校正量Dm(n)为预定的值Dc以上的情况下，不实施上述校正。

这是由于，当在S109中算出的上述校正量Dm(n)很大的情况下，该校正量本身的精度不充分的可能性高，所以在这种情况中，最好不实施校正。特别是，由于在述第一吸入空气量计算方法中，根据缸内压力传感器15的检测值计算吸入空气量M_air，所以担心在传感器输出中出现噪声等情况下算出的吸入空气量M_air的精度暂时很低。因此，在本实施方式中，在上述校正量Dm(n)大的情况下，即，在上述校正量Dm(n)为上述预定的值Dc以上的情况下，不实施上述校正，且用在控制中的上述吸入空气量Ms设定为由上述第二吸入空气量计算方法算出的吸入空气量Mc(S105)。另外，考虑以上的原因及上述第一及第二吸入空气量计算方法的技术特征等，预先适当地设定在上述S111的判断中使用的值Dc。

而且，从以上的说明可以明白，在实行图13所示的吸入空气量计算程序的情况下，为了内燃机的控制而使用的吸入燃烧室3内的空气量Ms，可以说是根据由上述第一吸入空气量计算方法算出的吸入燃烧室3内的空气量M_air及由上述第二吸入空气量计算方法算出的吸入燃烧室3内的空气量Mc算出的。

详细地说，在这种情况下，由上述第二吸入空气量计算方法算出的本次循环中吸入燃烧室3内的空气量Mc(n)，根据由上述第一吸入空气量计算方法算出的上次循环中吸入燃烧室3内的空气量M_air(n-1)进行校正，更详细地说，根据由上述第一吸入空气量计算方法算出的上次循环中吸入燃烧室3内的空气量M_air(n-1)与由上述第二吸入空气量计算方法算出的上次循环中吸入燃烧室3内的空气量Mc(n-1)的差Dm(n)进行校正，由此，算出用于内燃机控制的本次循环中吸入燃烧室3内的空气量Ms(n)。

这样，通过有效地利用上述第一吸入空气量计算方法的计算结果、即吸入空气量M_air，可以更高精度地求出用于内燃机控制的吸入空气量Ms。

而且，如上所述，对于实行图13所示的吸入空气量计算程序的情况，在由上述第一吸入空气量计算方法算出的上次循环中吸入燃烧室3内的空气量M_air(n-1)与由上述第二吸入空气量计算方法算出的上次循环中吸入燃烧室3内的空气量Mc(n-1)的差Dm(n)为预定的值Dc以上时，禁止根据上述差Dm(n)校正由上述第二吸入空气量计算方法算出的本次循环中吸入燃烧室3内的空气量Mc(n)，来计算本次循环中吸入燃烧室3内的空气量Ms(n)。

如上所述，在上述差Dm(n)很大的情况下，该Dm(n)值本身的精度不充分的可能性高，所以在这种情况中，最好不实施校正。因此，通过适当地设定上述预定值Dc，如上所述，在上述差Dm(n)为该值Dc以上时，禁止根据上述差Dm(n)校正上述吸入空气量Mc(n)以计算上述吸入空气量Ms(n)，由此能防止进行不适当的校正使上述吸入空气量Ms(n)的计算精度反而降低的情况。

另外，尽管根据特定的实施方式对本发明进行了详细描述，但是，本领域的普通技术人员可以不偏离本发明的要求保护范围及思想而对其进行各种变化、修改等。

Claims (12)

1.一种内燃机的控制装置，所述内燃机具有能使进气门及排气门的至少一方的开启特性变化的气门传动机构，并通过使燃料和空气的混合气体在燃烧室内部燃烧而产生动力，其特征在于，具有：

缸内压力检测单元，用于检测所述燃烧室内的缸内压力；和

吸入空气量计算单元，根据所述进气门和所述排气门在气门重叠期间的吸入空气的压力、所述气门重叠期间的排出气体的压力、由所述缸内压力检测单元检测出的压缩行程中的缸内压力、和所述气门重叠期间的气体通过有效面积计算吸入所述燃烧室内的空气量。

2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，根据所述气门重叠之前或重叠开始时由所述缸内压力检测单元检测出的缸内压力，推测所述气门重叠期间的排出气体的压力。

3.根据权利要求2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，还根据内燃机的负荷推测所述气门重叠期间的排出气体的压力。

4.根据权利要求3所述的内燃机的控制装置，其特征在于，在所述内燃机的负荷比预定的负荷高的情况下，推测为所述气门重叠期间的排出气体的压力比所述气门重叠之前或重叠开始时由所述缸内压力检测单元检测出的缸内压力高。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述内燃机具有多个所述燃烧室，每个所述燃烧室设有所述缸内压力检测单元，任何一个燃烧室在所述气门重叠期间的吸入空气的压力根据先于该燃烧室进行吸气行程的燃烧室的吸气下止点的缸内压力来推测。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，还具有第二吸入空气量计算单元，其采用和作为第一吸入空气量计算单元的所述吸入空气量计算单元不同的方法计算吸入所述燃烧室内的空气量，

根据由所述第一吸入空气量计算单元算出的吸入所述燃烧室的空气量及由所述第二吸入空气量计算单元算出的吸入所述燃烧室的空气量，计算用于所述内燃机控制的吸入所述燃烧室的空气量。

7.根据权利要求5所述的内燃机的控制装置，其特征在于，还具有第二吸入空气量计算单元，其采用和作为第一吸入空气量计算单元的所述吸入空气量计算单元不同的方法计算吸入所述燃烧室内的空气量，

根据由所述第一吸入空气量计算单元算出的吸入所述燃烧室的空气量及由所述第二吸入空气量计算单元算出的吸入所述燃烧室的空气量，计算用于所述内燃机控制的吸入所述燃烧室的空气量。

8.根据权利要求6所述的内燃机的控制装置，其特征在于，根据由所述第一吸入空气量计算单元算出的上次循环中吸入所述燃烧室的空气量，校正由所述第二吸入空气量计算单元算出的本次循环中吸入所述燃烧室的空气量，由此计算本次循环中吸入所述燃烧室内的空气量。

9.根据权利要求8所述的内燃机的控制装置，其特征在于，根据由所述第一吸入空气量计算单元算出的上次循环中吸入所述燃烧室的空气量与由所述第二吸入空气量计算单元算出的上次循环中吸入所述燃烧室的空气量之差，校正由所述第二吸入空气量计算单元算出的本次循环中吸入所述燃烧室的空气量，由此计算本次循环中吸入所述燃烧室内的空气量。

10.根据权利要求9所述的内燃机的控制装置，其特征在于，在由所述第一吸入空气量计算单元算出的上次循环中吸入所述燃烧室的空气量与由所述第二吸入空气量计算单元算出的上次循环中吸入所述燃烧室的空气量之差在预定值以上的情况下，禁止根据所述差校正由所述第二吸入空气量计算单元算出的本次循环中吸入所述燃烧室的空气量，来计算本次循环中吸入所述燃烧室内的空气量。

11.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述气体通过有效面积根据所述气门重叠期间进气门和排气门的升程量及内燃机转速来计算。

12.一种内燃机的控制方法，所述内燃机具有能使进气门及排气门的至少一方的开启特性变化的气门传动机构，并通过使燃料和空气的混合气体在燃烧室内部燃烧而产生动力，其特征在于，

根据所述进气门和所述排气门在气门重叠期间的吸入空气的压力、所述气门重叠期间的排出气体的压力、所述内燃机的压缩行程中的所述燃烧室内的缸内压力、和所述气门重叠期间的气体通过有效面积计算吸入所述燃烧室内的空气量。

Images