CN100465422C - 内燃机的控制装置 - Google Patents

Abstract

将缸内填充空气量分为第一空气量和第二空气量，分别计算第一空气量和第二空气量，并将第一空气量和第二空气量进行合计，由此计算缸内填充空气量。第一空气量为相对进行进气冲程产生的节气门通过空气量的、缸内填充空气量的超过部分。对每个气缸检测由进行进气冲程产生的进气压力的降低量、即进气压力降低量，算出720°曲轴角范围内的进气压力降低量的合计值。根据进气压力降低量和进气压力降低量合计值计算第一空气量。这样能简单且正确地算出缸内填充空气量。

Description

内燃机的控制装置

技术领域

本发明涉及内燃机的控制装置。

背景技术

在具有多个气缸、仅仅节气门通过空气量的空气通过节气门流入从节气门至进气门的进气管内，以及在进行进气冲程时、仅仅缸内填充空气量的空气通过相应的进气门从进气管流出并被填充到各气缸内的内燃机中，公知的是使用由关于进气管的质量守恒定律和关于进气管内空气的状态方程式得到的算式计算各气缸的缸内填充空气量(参照日本专利特开2002-70633号公报)。

为了使用该算式计算缸内填充空气量，必须求出例如进气管内的空气的温度及进气管的容积。但是，为了求出空气温度，不仅例如温度传感器是必需的，而且在考虑响应延迟的情况下、即使使用温度传感器也难以正确地求出空气温度。而且，由于在进气管内有制造误差，所以不能认为进气管的容积例如等于设计值。每次测定进气管的容积根本是不现实的。

而且，对于使用算式推定缸内填充空气量的情况，由于在照原样使用基于质量守恒定律、状态方程式得到的算式时，算式复杂、计算负荷大，所以通常将这样的算式简化后利用。这种情况中，当将进气门开闭时间设定到延迟侧时，进气门在进气下止点以后也是打开的。这时，即使活塞开始上升，进气门也保持打开状态，所以存在吸入气缸内的空气倒流到进气管内的担忧。但是，当如上所述推定缸内填充空气量、简化利用算式时，未将这种空气的倒流考虑进去，由此会在算出的缸内填充空气量中产生误差。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能简单且正确地算出缸内填充空气量的内燃机的控制装置。

作为解决上述课题用的手段，本发明提供了一种记载在权利要求范围的各权利要求中的内燃机的控制装置。

为了解决上述课题，根据第1发明，在一种具有多个气缸、仅节气门通过空气量的空气通过节气门流入从节气门至进气门的进气通路部分内，在进行进气冲程时，仅缸内填充空气量的空气从该进气通路部分通过相应的进气门流出并被填充到各气缸内的内燃机中，提供了一种控制装置，其中，将缸内填充空气量分为第一空气量和第二空气量，该第一空气量为缸内填充空气量相对进行进气冲程产生的节气门通过空气量的超过部分，该控制装置具有进气压力降低量检测机构，其对每个气缸检测由进行进气冲程产生的进气压力的降低量、即进气压力降低量；第一空气量计算机构，其根据相应的进气压力降低量计算各气缸的第一空气量；节气门通过空气量检测机构，其检测节气门通过空气量；第二空气量计算机构，其根据节气门通过空气量计算各气缸的第二空气量；缸内填充空气量计算机构，其通过将相应的第一空气量和第二空气量合计起来、算出各气缸的缸内填充空气量；根据各气缸的缸内填充空气量进行内燃机控制的控制机构，该第一空气量计算机构以包含待计算缸内填充空气量的至少两个气缸的进气冲程的方式设置设定曲轴角范围，计算在该设定曲轴角范围内进行进气冲程的气缸的进气压力降低量的合计值，根据各自的进气压力降低量和该进气压力降低量合计值算出第一空气量。

而且，根据第2发明，在第1发明中，当进气冲程末期产生空气从缸内向进气通路部分倒流时，禁止上述第二空气量计算机构的第二空气量计算作用。

为了解决上述课题，根据第3发明，提供了一种控制装置，其作为具有多个气缸和多个进气门的内燃机的缸内填充空气量推定装置，并将相对各气缸的缸内填充空气量分割为基本空气量和两部分，上述超过空气量为由于进气门打开而超过节气门通过空气流量的、从进气通路部分流入气缸内的空气量，该控制装置具有基本空气量计算机构，其根据通过节气门流入进气通路部分的节气门通过空气流量和各进气门的打开时间计算基本空气量；超过空气量计算机构，其根据由上述进气门的打开引起的进气压力的降低量计算超过空气量；缸内填充空气量计算机构，其将上述基本空气量和超过空气量进行合计，算出相对各气缸的缸内填充空气量；根据各气缸的缸内填充空气量进行内燃机控制的控制机构，其中，上述基本空气量计算机构算出相对所有气缸的平均空气流量与节气门通过空气流量相等时的假想的进气门打开时间，将该假想的进气门打开时间用作上述进气门的打开时间。

根据第3发明，将假想的进气门打开时间视作相对所有气缸的平均空气流量与节气门通过空气流量相等时的值。因此，当存在从气缸内向进气管内的空气的倒流时，假想的进气门打开时间比实际的进气门打开时间短，当使用该假想的进气门打开时间由基本空气量计算机构计算基本空气量时，能正确地算出基本空气量。

而且，根据第4发明，在第3发明中，当在进气门打开时期附近或进气门关闭时期附近、产生向上述进气通路部分的空气倒流时，上述基本空气量计算机构将上述假想的进气门打开时间用作上述进气门的打开时间。

根据本发明，能简单且正确地算出缸内填充空气量。

下面，能从附图和本发明的优选实施例的描述中更充分地理解本发明。

附图说明

图1为内燃机的总体图。

图2为表示进气门开闭时期的图。

图3为表示进气压力Pm的检测结果的图。

图4为用于说明进气压力降低量ΔPmdwni的时间图。

图5为用于说明缸内填充空气量Mci的计算方法的图。

图6A及图6B为用于说明参数Km的计算方法的时间图。

图7A及图7B为用于说明参数Km的计算方法的其它例子的时间图。

图8为用于说明将进气门开闭阀时期设定到延迟侧时的缸内吸入空气流量mci的时间图。

图9为表示燃料喷射时间TAUi的计算程序的流程图。

图10为涉及第一实施例的、表示缸内填充空气量Mci的计算程序的流程图。

图11为用于说明近似的误差的时间图。

图12A及12B为用于说明假想的进气门打开时间x的计算方法的时间图。

图13为用于说明假想的进气门打开时间x的计算方法的时间图。

图14为涉及第二实施例的、表示缸内填充空气量Mci的计算程序的流程图。

图15为表示变量x的值的计算程序的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。图1表示将本发明适用到四冲程缸内喷射型火花点火式内燃机上的情况。另外，本发明也可以适用到其它火花点火式内燃机或压缩着火式内燃机上。

如图1所示，在本实施例中，具有例如8个气缸的内燃机主体1包括气缸体2、在气缸体2内往复运动的活塞3、和固定到气缸体2上的气缸盖4。在活塞3和气缸盖4之间形成燃烧室5。在每个气缸上、在气缸盖4上设置进气门6、进气口7、排气门8和排气口9。另外，如图1所示，在气缸盖4的内壁面的中央部设置点火塞10，在气缸盖4的内壁面周边部设置燃料喷射阀11。而且，在活塞3的顶面形成从燃料喷射阀11的下方延伸到点火塞10的下方的腔12。

各气缸的进气口7通过进气支管13连接到缓冲罐14，缓冲罐14通过进气管15连接到空气滤清器16。在进气管15内设置由步进电动机17驱动的节气门18。另外，在本说明书中，将由节气门18下游的进气管15、缓冲罐14、进气支管13及进气口7构成的进气通路的部分，即从节气门18至进气门6的进气通路的部分称作“进气管部分IM”。另一方面，各气缸的排气口9通过排气支管及排气管19连接到内置排气净化装置20的催化剂转化器21上，该催化剂转化器21通过消声器(图中未示出)与大气连通。

各气缸的进气门6由进气门驱动装置22驱动使其开闭。该进气门驱动装置22具有凸轮轴、以及使与曲轴角对应的凸轮轴的旋转角在提前侧和延迟侧之间选择地切换用的切换机构。当使凸轮轴的旋转角提前时，如图2中的AD所示，进气门6的打开时期VO及关闭时期VC提前，因此，开闭气门时期提前。另一方面，当使凸轮轴的旋转角延迟时，如图2中的RT所示，进气门6的打开时期VO及关闭时期VC延迟，因此，开闭气门时期延迟。这种情况下，在保持进气门6的升程及作用角(气门打开期间)的同时改变相位角(气门打开时期)。在如图1所示的内燃机中，将凸轮轴的旋转角与内燃机运转状态对应地切换到提前侧或延迟侧。另外，本发明也能适用于使进气门6的打开时期连续变化的情况、使升程或作用角变化的情况。

参照图1，电子控制单元(ECU)31由数字计算机构成，具有通过双向总线32相互连接的RAM(随机存取存储器)33、ROM(只读存储器)34、CPU(微处理器)35、输入端口36及输出端口37。在节气门18上游的进气管15上设置用于检测通过进气管15的空气(吸入气体)的流量的空气流量计40。而且，在缓冲罐14上设置用于检测进气管部分IM内的空气压力(以下，称作“进气压力”)Pm的压力传感器41。另外，在加速踏板42上连接产生与加速踏板42的踏下量成比例的输出电压的负荷传感器43，在节气门18上设置用于检测节气门18的开度的节气门开度传感器(图中未示出)。这些传感器40、41、43的输出信号通过各自对应的AD转换器38输入到输入端口36。另外，在输入端口36上连接曲轴角传感器44，曲轴每旋转例如30°，该传感器产生输出脉冲。由CPU35根据曲轴角传感器44的输出脉冲计算内燃机转速。另一方面，输出端口37通过对应的驱动电路39分别连接到点火塞10、燃料喷射阀11、步进电动机17及进气门驱动装置22，根据电子控制单元31的输出控制它们。

在本实施例的内燃机中，第i号气缸(i＝1，2，...，8)的燃料喷射量(燃料喷射时间)TAUi例如根据下式(1)计算。

TAUi＝TAUb·ηi·k...(1)

这里，TAUb表示基本燃料喷射量(基本燃料喷射时间)，ηi表示第i号气缸的空气量偏差校正系数，k表示其它的校正系数。

基本燃料喷射量TAUb为使空燃比与目标空燃比一致所必需的燃料喷射量。该基本燃料喷射量TAUb作为与内燃机运转状态有关的参数(例如，内燃机负荷及内燃机转速NE等。以下，称作“运转参数”)的函数被预先求出，并以映射的形式存储在ROM 34内，或者由基于运转参数的算式算出。而且，校正系数k为将空燃比校正系数、加速增量校正系数等总括到一起表示的系数，当没有校正必要时，该系数为1.0。

如果将第i号气缸中的进气冲程结束时填充到缸内的空气的量称作缸内填充空气量Mci(g)，则空气量偏差校正系数ηi为用于补偿缸内填充空气量Mci的气缸间偏差的系数。第i号气缸的空气量偏差校正系数ηi例如根据下式(2)计算。

ηi＝Mci/Mcave...(2)

这里，Mcave表示缸内填充空气量Mci的平均值(＝∑Mci/8。这里“8”表示气缸数)。

当在例如进气管部分IM的内周表面或进气门6的外周表面上形成主要由碳构成的沉积物时，沉积物的附着量在每个气缸都不同，所以有在缸内填充空气量Mci中产生气缸间偏差的担忧。而且，存在对燃烧室5的容积等产生气缸间的制造误差的情况，在这种情况下，也会有在缸内填充空气量Mci中产生气缸间偏差的担忧。如果在缸内填充空气量Mci存在气缸间偏差的情况下、对所有的气缸保持相等的燃料喷射量，则在空燃比、输出扭距中会产生气缸间的偏差。因此，在本实施例中，导入空气量偏差校正系数ηi，以补偿缸内填充空气量的气缸间偏差。

另外，考虑实际进行燃料喷射的定时比燃料喷射量TAUi的算出定时领先一段时间的情况，能将式(1)中的基本燃料喷射量TAUb作为比式(1)的燃料喷射量TAUi的算出定时领先一段时间的预测值。

或者，能根据下式(3)计算第i号气缸的燃料喷射量TAUi。

TAUi＝Mci·kAF·k...(3)

这里，kAF为使空燃比与目标空燃比一致用的校正系数。

在这种情况下，考虑实际进行燃料喷射的定时比燃料喷射量TAU的算出定时领先一段时间的情况，也能将式(3)中的缸内填充空气量Mci作为比燃料喷射量TAU的算出定时领先一段时间的预测值。

这样，在根据式(1)计算燃料喷射量TAUi的情况下、在根据式(3)计算的情况下，为了对所有的气缸使空燃比和目标空燃比一致而没有气缸间的偏差，有必要正确地求出缸内填充空气量Mci。

在本实施例中，根据进行第i号气缸的进气冲程所产生的进气压力Pm的降低量、即进气压力降低量ΔPmdwni，计算缸内填充空气量Mci。下面，参照图3至图5首先说明进气压力降低量ΔPmdwni。

图3表示例如每隔一定时间间隔、在720°曲轴角范围内由压力传感器41检测出的进气压力Pm。如图3所示的内燃机中的进气顺序为#1—#8—#4—#3—#6—#5—#7—#2。在图3中，OPi(i＝1，2，...，8)表示第i号气缸的进气门开闭时期，0°曲轴角表示第1号气缸#1的进气上止点。从图3中可以知道，当某气缸的进气冲程开始时，上升了的进气压力Pm开始降低，这样一来，在进气压力Pm中产生向上的峰值。进气压力Pm进一步降低后再次上升，这样一来，在进气压力Pm中产生向下的峰值。这样，在进气压力Pm中交替产生向上的峰值和向下的峰值。在图3中，由于进行第i号气缸的进气冲程而在进气压力Pm中产生的向上的峰值由UPi表示、向下的峰值由DNi表示。

如图4所示，如果将向上的峰值UPi中的进气压力Pm称作最大值Pmmaxi，将向下的峰值DNi中的进气压力Pm称作最小值Pmmini，则由于进行第i号气缸的进气冲程，进气压力Pm从最大值Pmmaxi降低到最小值Pmmini。因此，这种情况下的进气压力降低量ΔPmdwni由下式(4)表示。

ΔPmdwni＝Pmmaxi—Pmmini...(4)

另一方面，如图4所示，当进气门6打开时，从进气管部分IM流出并被吸入缸内CYL的空气的流量、即缸内吸入空气流量mci(克/秒，参照图5)开始增大。接着，当缸内吸入空气流量mci比通过节气门18流入进气管部分IM内的空气的流量、即节气门通过空气流量mt(克/秒，参照图5)大时，进气压力Pm开始降低。接着，当缸内吸入空气流量mci降低并比节气门通过空气流量mt小时，进气压力Pm开始增大。

即，如果考虑仅仅节气门通过空气流量mt的空气通过节气门18流入进气管部分IM内，进行向第i号气缸的进气和从进气管部分IM经各进气门6流出仅仅缸内吸入空气流量mci的空气，则作为流出部分的缸内吸入空气流量mci暂时超过作为流入部分的节气门通过空气流量mt，因此，作为进气管部分IM内的压力的进气压力Pm仅减少进气压力降低量ΔPmdwni。

另外，缸内填充空气量Mci为对缸内吸入空气流量mci进行时间积分后得到的值。因此，如果能忽略进气门开闭时期OPi(参照图3)对缸内填充空气量Mci或空气量偏差校正系数ηi的重复影响，则能如下式(5)那样表示缸内填充空气量Mci。

$\mathrm{Mci}={\∫}_{t\max i}^{t\min i}(\mathrm{mci}-\mathrm{mt})\mathrm{dt}+\mathrm{mt}\·\frac{\mathrm{\Δtdwni}+\mathrm{\Δtoc}}{2}\·\·\·\left(5\right)$

这里，tmaxi表示在进气压Pm中产生向上的峰值的时刻、即向上峰值发生时刻，tmini表示在进气压Pm中产生向下的峰值的时刻、即向下峰值发生时刻，Δtdwni表示从向上峰值发生时刻tmaxi到向下峰值发生时刻tmini之间的时间间隔(秒)，Δtoc表示进气门打开时间(秒)(参照图4)。

在式(5)中，右边第1项表示图4中由T1表示的部分(下面称作“区域T1”)，即，由缸内吸入空气流量mci和节气门通过空气流量mt围起来的部分的面积；右边第2项以梯形近似地表示图4中由T2表示的部分(下面称作“区域T2”)，即，由缸内吸入空气流量mci、节气门通过空气流量mt和直线mci＝0围起来的部分的面积。

如上所述，由于进行进气冲程，所以缸内吸入空气流量mci暂时超过节气门通过空气流量mt。因此，对缸内吸入空气流量mci进行时间积分后得到的缸内填充空气量Mci超过节气门通过空气流量mt的时间积分值。这样，区域T1表示相对进行进气冲程产生的节气门通过空气流量mt的积分值的、缸内填充空气量Mci的超过部分。

因此，一般而言，将缸内填充空气量分为由区域T1的面积表示的第一空气量(超过空气量)和由区域T2的面积表示的第二空气量(基本空气量)，第一空气量为相对进行进气冲程产生的节气门通过空气量的、缸内填充空气量的超过部分，对各气缸将第一空气量和第二空气量合计起来，由此算出各气缸的缸内填充空气量。

另一方面，使用关于进气管部分IM内的空气的状态方程式、由下式(6)表示关于进气管部分IM的质量守恒定律。

$\frac{\mathrm{dPm}}{\mathrm{dt}}=\frac{\mathrm{Ra}\·\mathrm{Tm}}{\mathrm{Vm}}\·(\mathrm{mt}-\mathrm{mci})\·\·\·\left(6\right)$

这里，Vm表示进气管部分IM的容积(m³)，Ra表示由空气的平均分子量除气体常数后得到的值(下面，简单地称作“气体常数”)，Tm表示进气管部分IM内的空气的温度(K)(参照图5)。

从时刻tmaxi到时刻tmini之间，进气压力Pm仅减小进气压力降低量ΔPmdwni。因此，如果将Vm/(Ra·Tm)用参数Km统一表示，将节气门通过空气流量mt用其平均值mtave表示，则能使用式(6)将式(5)改写成式(7)那样。

$\mathrm{Mci}=\mathrm{\ΔPmdwni}\·\mathrm{Km}+\mathrm{mtave}\·\frac{\mathrm{\Δtdwni}+\mathrm{\Δtoc}}{2}\·\·\·\left(7\right)$

那样，如果由压力传感器41检测出进气压力Pm并计算进气压力降低量ΔPmdwni，求出上述参数Km，由空气流量计40检测出节气门通过空气流量mt并算出其平均值mtave，并且根据进气压力Pm及节气门通过空气流量平均值mtave检测出时刻tmaxi、tmini并计算时间间隔Δtdwni(＝tmini—tmaxi)，则能使用式(7)计算缸内填充空气量Mci。另外，进气门打开时间Δtoc预先存储在ROM34内。

但是，如开头所述，难以正确地求出进气管容积Vm及进气管温度Tm。因此，在本实施例中，在不求进气管容积Vm及进气管温度Tm的情况下求参数Km。下面，参照图6A及6B说明本实施例的参数Km的计算方法。

在本实施例中，在以包含待计算的缸内填充空气量Mci的至少两个气缸的进气冲程的方式设定的设定曲轴角范围内、关注流入进气管部分IM内的空气量和从进气管部分IM流出的空气量。

图6A及图6B表示将包含全部气缸的进气冲程、例如从第1号气缸的进气上止点到下次的第1号气缸的进气上止点之间的720°曲轴角范围设为设定曲轴角范围的情况。

在该720°曲轴角范围内流入进气管部分IM内的空气的总量为图6A中由剖面线表示的部分的面积，由该720°曲轴角范围中的节气门通过空气流量平均值mtave与曲轴仅旋转720°曲轴角所需要的所需时间t₇₂₀的积表示(mtave·t₇₂₀)。另一方面，在该720°曲轴角范围内从进气管部分IM流出并填充到气缸内的空气的总量为图6B中由剖面线表示的部分的面积，由缸内填充空气量Mci的合计值∑Mci表示。

如果在720°曲轴角范围的始点和终点处进气压力Pm大致不变，则该720°曲轴角期间流入进气管部分IM内的空气的总量与从进气管部分IM流出并填充到气缸内的空气的总量应该相互大致相等。因此，在这种情况下，下式(8)成立。

$\mathrm{mtave}\·t_{720}=\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Mci}\·\·\·\left(8\right)$

当将式(7)代入式(8)的右边并进行整理时，能如下式(9)那样表示参数Km。

$\mathrm{Km}=\mathrm{mtave}\·\frac{2t_{720}-\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{\Δtdwni}+\mathrm{\Δtoc})}{2\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\ΔPmdwni}}\·\·\·\left(9\right)$

即，如果根据由空气流量计40检测出的节气门通过空气流量mt算出节气门通过空气流量平均值mtave，根据曲轴角传感器44的输出算出所需时间t₇₂₀，算出时间间隔Δtdwni(参照图4)的合计值∑Δtdwni或者时间间隔Δtdwni与进气门打开时间Δtoc(参照图4)的和的合计值∑(Δtdwni+Δtoc)，并且算出进气压力降低量ΔPmdwni的合计值∑ΔPmdwni，则能算出参数Km。这样，不用求进气管容积Vm及进气管温度Tm就能简单的求得参数Km，因此，能简单且正确地求出缸内填充空气量Mci。

如图7A及图7B所示，也能将包含例如四个气缸的进气冲程的360°曲轴角范围设为设定曲轴角范围。在如图7A及图7B所示的例子中，设定从第1号气缸的进气上止点到第6号气缸的进气上止点的第一个360°曲轴角范围、和从第6号气缸的进气上止点到下次的第1号气缸的进气上止点的第二个360°曲轴角范围。

对于第一个360°曲轴角范围，根据第一个360°曲轴角范围中的节气门通过空气流量平均值mtave、曲轴仅旋转第一个360°曲轴角范围所需要的所需时间t₃₆₀、和在第一个360°曲轴角范围内进行进气冲程的气缸的缸内填充空气量Mcj的合计值∑Mcj(j＝1，2，3，4)，下式(10)成立。这里，j表示进气冲程顺序。同样地，对于第二个360°曲轴角范围，根据第二个360°曲轴角范围中的节气门通过空气流量平均值mtave’、曲轴仅旋转第二个360°曲轴角范围所需要的所需时间t’₃₆₀、和在第二个360°曲轴角范围内进行进气冲程的气缸的缸内填充空气量Mcj的合计值∑Mcj(j＝5，6，7，8)，下式(11)成立。

$\underset{j=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Mcj}=\mathrm{mtave}\·t_{360}\·\·\·\left(10\right)$

$\underset{j=5}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Mcj}=\mathrm{mtave}\′\·{t\′}_{360}\·\·\·\left(11\right)$

因此，关于第一曲轴角范围的参数Km能如下式(12)那样表示，关于第二曲轴角范围的参数Km能如下式(13)那样表示。

$\mathrm{Km}=\mathrm{mtave}\·\frac{2t_{360}-\underset{j=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{\Δtdwnj}+\mathrm{\Δtoc})}{2\underset{j=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\ΔPmdwnj}}\·\·\·\left(12\right)$

$\mathrm{Km}=\mathrm{mtave}\′\·\frac{2{t\′}_{360}-\underset{j=5}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{\Δtdwnj}+\mathrm{\Δtoc})}{2\underset{j=5}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\ΔPmdwnj}}\·\·\·\left(13\right)$

这种情况下，使用由式(12)算出的参数Km通过式(7)计算在第一曲轴角范围内进行进气冲程的气缸的缸内填充空气量Mcj(j＝1，2，3，4)，使用由式(13)算出的参数Km通过式(7)计算在第二曲轴角范围内进行进气冲程的气缸的缸内填充空气量Mcj

(j＝5，6，7，8)。

因此，一般而言，以包含待计算的缸内填充空气量的至少两个气缸的进气冲程的方式设置设定曲轴角范围，计算在该设定曲轴角范围内进行进气冲程的气缸的进气压力降低量ΔPmdwni的合计值∑ΔPmdwni，基于各自的进气压力降低量ΔPmdwni和该进气压力降低量合计值∑ΔPmdwni算出上述第一空气量。或者，可以基于相应的进气压力降低量ΔPmdwni、进气压力降低量合计值∑ΔPmdwni、节气门通过空气流量mt或其平均值、曲轴仅旋转设定曲轴角范围所需要的所需时间、从进气压力Pm产生向上峰值UPi(参照图4)到产生向下峰值DNi的时间间隔Δtdwni或其合计值∑Δtdwni、或进气门打开时间Δtoc或其合计值∑Δtoc，算出第一空气量。

可是，当将例如进气门开闭时期设定到延迟侧RT(参照图2)时，进气门关闭时期VC变成进气下止点以后。这时，即使活塞开始上升，进气门6也保持打开状态，因此存在吸入缸内的空气倒流到进气管部分IM内的担忧。如果产生这种倒流，则如图8中由X所表示的那样，缸内吸入空气流量mci暂时成为负值，区域T2已经不能用梯形近似了。即，当进气冲程末期产生空气从缸内到进气管部分IM的倒流时，根据式(7)不能正确地算出缸内填充空气量Mci。

因此，在本实施例中，当将进气门开闭时期设定到延迟侧RT时，禁止式(7)的缸内填充空气量Mci的计算作用。这种情况下，不进行缸内填充空气量Mci的更新，而是根据在前面的计算循环中算出的缸内填充空气量Mci计算空气量偏差校正系数ηi。

图9表示本实施例的第i号气缸的燃料喷射量TAUi的计算程序。该程序通过每预定的设定曲轴角的中断来实行。

参照图9，在步骤101中，根据负荷传感器43及曲轴角传感器44等检测出的内燃机负荷、内燃机转速等计算基本燃料喷射量TAUb。接着，在步骤102中，执行图10所示的缸内填充空气量Mci的计算程序，由此算出向各气缸的缸内填充空气量Mci。接着，在步骤103中，根据步骤102中算出的向各气缸的缸内填充空气量Mci及该缸内填充空气量的全部气缸的平均值Mcave、使用式(2)计算第i号气缸的空气量偏差校正系数ηi(i＝1，2，...8)。接着，在步骤104中算出校正系数k。接着，在步骤105中，根据步骤101、103、104中算出的基本燃料喷射量TAUb、空气量偏差校正系数ηi及校正系数k、使用式(1)计算燃料喷射量TAUi。由第i号气缸的燃料喷射阀11喷射仅燃料喷射量TAUi的燃料。

图10表示本实施例的第i号气缸的缸内填充空气量Mci的计算程序。

参照图10，在步骤121中判断是否将进气门6的打开时期设定到提前侧AD(参照图2)。当进气门6的打开时期被设定到提前侧AD时，前进到下一步骤122，计算节气门通过空气流量平均值mtave。接着，在步骤123中计算所需时间t₇₂₀。接着，在步骤124中检测关于第i号气缸的向上峰值发生时刻tmaxi及向下峰值发生时刻tmini(i＝1，2，...8)。接着，在步骤125中计算第i号气缸的时间间隔Δtdwni(Δtdwni＝tmini—tmaxi)。接着，在步骤126中计算∑(Δtdwni+Δtoc)。接着，在步骤127中检测关于第i号气缸的最大值Pmmaxi及最小值Pmmini。接着，在步骤128中使用式(4)计算第i号气缸的进气压力降低量ΔPmdwni。接着，在步骤129中计算进气压力降低量合计值∑ΔPmdwni。接着，在步骤130中使用式(9)计算参数Km。接着，在步骤131中使用式(7)计算第i号气缸的缸内填充空气量Mci。与此相对，当在步骤121中将进气门6的打开时期设定到延迟侧RT时，结束处理循环。因此，禁止缸内填充空气量Mci的计算。

在之前所示的实施例中，将图4所示的区域T2近似为上边及下边分别为Δtdwni及Δtoc的梯形。但是，也能将区域T2近似为一边例如为Δtdwni的长方形。这种情况下，上述式(7)和式(9)分别成为下式(14)及(15)。

Mci＝ΔPmdwni·Km+mtave·Δtdwni…(14)

$\mathrm{Km}=\mathrm{mtave}\·\frac{t_{720}-\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δtdwni}}{\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\ΔPmdwni}}\·\·\·\left(15\right)$

接着，对本发明的第二实施例进行说明。如果将Vm/Ra作为参数Km’来表示，则上述式(6)变形为式(16)。

$\mathrm{mt}-\mathrm{mci}=\frac{\mathrm{Km}\′}{\mathrm{Tm}}\·\frac{\mathrm{dPm}}{\mathrm{dt}}\·\·\·\left(16\right)$

由于从时刻tmaxi到时刻tmini之间，进气压力Pm仅降低进气压力降低量ΔPmdwni，所以能使用式(16)将上述式(5)改写为下式(17)。

$\mathrm{Mci}=\mathrm{\ΔPmdwni}\·\frac{\mathrm{Km}\′}{\mathrm{Tm}}+\mathrm{mt}\·\frac{\mathrm{\Δtdwni}+\mathrm{\Δtoc}}{2}\·\·\·\left(17\right)$

那样，如果由压力传感器41检测出进气压力Pm并计算进气压力降低量ΔPmdwni，求出上述参数Km’，由空气流量计40检测出节气门通过空气流量mt并算出其平均值mtave，并且根据进气压力Pm检测出时刻tmaxi、tmini并计算时间间隔Δtdwni(＝tmini—tmaxi)，则能使用式(17)计算缸内填充空气量Mci。另外，在式(17)中，进气门打开时间Δtoc为从ECU 31发给进气门驱动装置22的指示值，因此为进气门6实际打开的时间。

但是，如开头所述，由于吸入气缸内的空气向进气管内的倒流，或者由于其它主要原因，当如上所述那样计算缸内填充空气量时，会在缸内填充空气量中产生误差。即，式(17)的右边第二项以梯形近似图4的区域T2。可是，在产生空气的倒流等的情况下，由式(17)的右边第二项近似算出的值与区域T2相比，会多出由图11的斜线表示的量，结果，会偏多地算出缸内填充空气量，从而会产生误差。换言之，当将进气门打开时间Δtoc设为和进气门6实际打开的时间相等的值时，会在由式(17)的右边第二项近似算出的值中产生误差。

因此，在本发明中，以不设为进气门6实际打开时间的方式将进气门打开时间Δtoc调整到适当的值，由此，即使在产生空气的倒流等情况下，也能高精度地算出区域T2。下面，参照图12A、图12B及图13说明本发明的缸内填充空气量的计算方法。

图12A及图12B表示从第1号气缸的进气上止点到下次的第1号气缸的进气上止点的曲轴角720°期间的、关于所有气缸的缸内填充空气流量mci及节气门通过空气流量平均值mtave。

在该曲轴角720°期间流入进气管部分IM内的空气的总量为图12A中由剖面线表示的部分的面积，由该曲轴角720°期间的节气门通过空气流量平均值mtave与曲轴仅旋转曲轴角720°所需要的所需时间t₇₂₀的积表示(mtave·t₇₂₀)。另一方面，在该曲轴角720°期间从进气管部分IM流出并填充到气缸内的空气的总量为图12B中由剖面线表示的部分的面积，由缸内填充空气量Mci的合计值∑Mci表示。

如果在曲轴角720°的始点和终点处进气压力Pm大致不变，则该曲轴角720°期间流入进气管部分IM内的空气的总量与从进气管部分IM流出并填充到气缸内的空气的总量应该相互大致相等。因此，在这种情况下，下式(18)成立。

$\mathrm{mtave}\·t_{720}=\underset{i=8}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Mci}\·\·\·\left(18\right)$

而且，当将式(17)代入式(18)的右边并进行整理时，能如下式(19)那样表示。

$\mathrm{mtave}\·t_{720}=\underset{i=8}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\ΔPmdwni}\·\frac{\mathrm{Km}\′}{\mathrm{Tmave}}+\mathrm{mtave}\·\frac{\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δtdwni}+\mathrm{\Δtoc}\·8}{2}\·\·\·\left(19\right)$

这里，Tmave表示曲轴角720°期间的进气管部分IM内的空气温度平均值。

可是，式(19)实际上有不成立的可能性。这是由于如上所述，将进气门打开时间Δtoc设定为和进气门6实际打开的时间相等的值，从而在由式(17)的右边第二项近似算出的值中会产生误差。

因此，在本发明中，对于上述式(19)，使用变量x代替进气门打开时间Δtoc。这时，上述式(19)被表示为下式(20)。

$\mathrm{mtave}\·t_{720}=\underset{i=8}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\ΔPmdwni}\·\frac{\mathrm{Km}\′}{\mathrm{Tmave}}+\mathrm{mtave}\·\frac{\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δtdwni}+x\·8}{2}\·\·\·\left(20\right)$

而且，关于变量x整理式(20)，能将式(20)表示为式(21)。

$x=\frac{t_{720}}{4}-\frac{\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δtdwni}}{8}-\frac{\mathrm{Km}\′}{\mathrm{Tmave}}\·\frac{\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\ΔPmdwni}}{4\·\mathrm{mtave}}\·\·\·\left(21\right)$

这样算出的变量x为与进气门打开时间Δtoc对应的值，在假定曲轴角720°期间流入进气管部分IM内的空气的总量与从进气管部分IM流出并填充到各气缸内的空气的总量相等的情况下，该变量为确定的值(下面，称作“假想的进气门打开时间”)。即，假想的进气门打开时间x为以下述方式确定的值，所述方式为使图13中由虚线包围的部分(即，上底为Δtdwni、下底为假想的进气门打开时间x、高为mtave的梯形部分)的面积与由缸内吸入空气流量mci、节气门通过空气流量mtave和直线mci＝0包围的部分(区域T2)的面积相等。不过，图13中仅示出1个气缸，而实际上假想的进气门打开时间x以下述方式确定，即，使所有气缸的由上述点线包围的部分的面积的合计值与所有气缸的区域T2的面积的合计值相等。

另一方面，当使用变量x代替Δtoc来表示式(17)时，得到下式(22)。

$\mathrm{Mci}=\mathrm{\ΔPmdwni}\·\frac{\mathrm{Km}\′}{\mathrm{Tm}}+\mathrm{mt}\·\frac{\mathrm{\Δtdwni}+x}{2}\·\·\·\left(22\right)$

而且，将由式(21)算出的变量x的值代入式(22)中，由此正确地算出向各气缸的缸内填充空气量。

即，根据本发明，算出相对所有气缸的平均空气流量与节气门通过空气流量相等时的假想的进气门打开时间，将如此假想的进气门打开时间用作进气门的打开时间来算出区域T2，由此能正确地算出向各气缸的缸内填充空气量。

图14表示根据第二实施例的、第i号气缸的缸内填充空气量Mci的计算程序。在第二实施例中，代替第一实施例中图10所示的计算程序，由图14所示的计算程序计算第i号气缸的缸内填充空气量Mci。

参照图14，在步骤141中根据空气流量计40的输出等检测节气门通过空气流量mt。接着，在步骤142中根据压力传感器41的输出检测由第i号气缸的进气门6打开引起的进气压力的向上峰值发生时刻tmaxi及向下峰值发生时刻tmini(i＝1，2，...8)。接着，在步骤143中根据步骤142检测出的峰值发生时刻tmaxi、tmini计算第i号气缸的时间间隔Δtdwni(Δtdwni＝tmini—tmaxi)。接着，在步骤144中，取得由图15所示的假想的进气门打开时间x的计算程序算出的变量x。

在步骤145中，根据压力传感器41的输出检测由第i号气缸的进气门6打开引起的进气压力的最大值Pmmaxi及最小值Pmmini。接着，在步骤146中，根据步骤145检测出的最大值Pmmaxi及最小值Pmmini使用式(4)计算第i号气缸的进气压力降低量ΔPmdwni。在步骤147中根据温度传感器(图中未示出)等的输出检测进气管部分IM内的温度Tm。而且，在步骤148中，根据步骤141、143、144、146及147算出的mt、Δtdwni、x、ΔPmdwni及Tm使用式(22)计算向各气缸的缸内填充空气量Mci。将算出的向各气缸的缸内填充空气量Mci用于图9所示的向各气缸的燃料喷射量TAUi的计算中。

图15表示本发明实施例的变量x的计算程序。曲轴每旋转720°就进行该计算程序。

参照图15，在步骤161中根据曲轴角传感器44的输出等检测曲轴旋转720°需要的时间t₇₂₀。接着，在步骤162中根据空气流量计40的输出等计算曲轴旋转720°期间的节气门通过空气流量的平均值mtave。接着，在步骤163中，关于所有的气缸，将由图14的步骤143算出的时间间隔Δtdwni进行合计，由此算出∑Δtdwni。在步骤164中，关于所有的气缸，将由图14的步骤146算出的进气压力降低量ΔPmdwni进行合计，由此算出∑ΔPmdwni。接着，在步骤165中，根据温度传感器的输出计算进气管部分IM内的温度的平均值Tmave。接着，在步骤166中，根据步骤161、162、163、164及165算出的t₇₂₀、mtave、∑Δtdwni、∑ΔPmdwni及Tmave，使用式(21)计算变量x的值。

另外，如上所述，由于式(21)的成立以曲轴角720°的始点和终点处进气压力Pm大致不变为条件，所以仅在正常运转时计算缸内填充空气量Mci，在曲轴角720°的始点和终点处进气压力Pm易于变动的过渡运转时，最好中止缸内填充空气量Mci的计算。这里，所谓正常运转时是指例如内燃机负荷或内燃机转速基本一定的运转时期，所谓过渡运转时是指例如内燃机负荷或内燃机转速变动的运转时期。

而且，根据上述说明，对于将进气门开闭时期设定到延迟侧、进气门在进气下止点以后也打开，由此吸入气缸内的空气向进气管内倒流的情况，也适用本发明。但是，本发明不仅仅适用于上述情况，对于例如将进气门开闭时期设定到提前侧、进气门从进气上止点以前开始打开，由此进气门虽然打开、但空气未流入进气管内的情况，也能适用本发明。

另外，虽然基于特定的实施例对本发明进行了详细描述，但是，对于本领域的技术人员，在不脱离本发明的权利要求范围及思想的情况下，可以进行各种变更、修正等。

Claims (4)

1.一种内燃机的控制装置，该内燃机具有多个气缸，仅节气门通过空气量的空气通过节气门流入从节气门至进气门的进气通路部分内，在进行进气冲程时，仅缸内填充空气量的空气从该进气通路部分通过相应的进气门流出并被填充到各气缸内，

将缸内填充空气量分为第一空气量和第二空气量，该第一空气量为缸内填充空气量相对进行进气冲程产生的节气门通过空气量的超过部分，

该控制装置具有进气压力降低量检测机构，其对每个气缸检测由进行进气冲程产生的进气压力的降低量、即进气压力降低量；

第一空气量计算机构，其根据相应的进气压力降低量计算各气缸的第一空气量；

节气门通过空气量检测机构，其检测节气门通过空气量；

第二空气量计算机构，其根据节气门通过空气量计算各气缸的第二空气量；

缸内填充空气量计算机构，其通过将相应的第一空气量和第二空气量进行合计，算出各气缸的缸内填充空气量；

根据各气缸的缸内填充空气量进行内燃机控制的控制机构，

该第一空气量计算机构以包含待计算缸内填充空气量的至少两个气缸的进气冲程的方式设置设定曲轴角范围，计算在该设定曲轴角范围内进行进气冲程的气缸的进气压力降低量的合计值，根据各自的进气压力降低量和该进气压力降低量合计值算出第一空气量。

2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中，当进气冲程末期产生空气从缸内向进气通路部分倒流时，禁止上述第二空气量计算机构的第二空气量计算作用。

3.一种控制装置，其作为具有多个气缸和多个进气门的内燃机的缸内填充空气量推定装置，

将相对各气缸的缸内填充空气量分割为基本空气量和超过空气量两部分，上述超过空气量为由于进气门打开而超过节气门通过空气流量的、从进气通路部分流入气缸内的空气量，

该控制装置具有基本空气量计算机构，其根据通过节气门流入进气通路部分的节气门通过空气流量和各进气门的打开时间计算基本空气量；

超过空气量计算机构，其根据由上述进气门的打开引起的进气压力的降低量计算超过空气量；

缸内填充空气量计算机构，其将上述基本空气量和超过空气量进行合计，算出相对各气缸的缸内填充空气量；

根据各气缸的缸内填充空气量进行内燃机控制的控制机构，

其中，上述基本空气量计算机构算出相对所有气缸的平均空气流量与节气门通过空气流量相等时的假想的进气门打开时间，将该假想的进气门打开时间用作上述进气门的打开时间。

4.如权利要求3所述的控制装置，其中，当在进气门打开时期附近或进气门关闭时期附近、产生向上述进气通路部分的空气倒流时，上述基本空气量计算机构将上述假想的进气门打开时间用作上述进气门的打开时间。

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