CN101317001A - 用于控制内燃机的装置和方法 - Google Patents

Abstract

内燃机(1)具有能够改变进气门(Vi)和排气门(Ve)中至少一个的气门打开特性的气门驱动机构(VM)、用于检测燃烧室(3)内缸内压力的缸内压力传感器(15)以及ECU(20)。ECU(20)计算由于进气门(Vi)和排气门(Ve)的气门重叠引起的缸内压力变化量，并且基于此缸内压力变化量和压缩行程中预定正时处检测的缸内压力计算抽吸到燃烧室(3)内的空气量，而且基于此计算的进气量确定点火正时。抽吸到燃烧室内的空气量能准确而又省时地计算，并且通过使用所计算的空气量能最优地确定点火正时。

Description

用于控制内燃机的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制内燃机的装置和方法，所述内燃机通过燃烧燃烧室内的燃料和空气的混合气来产生动力，具体地，本发明涉及一种用于控制内燃机的装置和方法，所述内燃机具有能够改变进气门和排气门中至少一个的气门打开特性的气门驱动机构。

背景技术

总的来说，火花点火型内燃机的点火正时基于抽吸到气缸燃烧室内的空气量(进气量)以及内燃机的转速近似地确定。而进气量则基于由设置在进气管路上游侧上的空气流量计检测的值确定。

基于由空气流量计检测的值确定的进气量有时不准确，并且相对于抽吸到缸内燃烧室内的实际进气量可能存在误差。即，空气流量计位于缸内燃烧室上游的位置处，并且如果用于汽车的话，则内燃机经常处于不稳定状态或者过渡状态，而不是处于稳定状态。因此，在空气经过空气流量计的时刻和空气进入缸内燃烧室的时刻之间存在时间滞后，并且在此时间间隔中，内燃机的运转状态已经发生变化也不足为奇。因此，从空气流量计获得的进气量的测量值并不总是与抽吸到气缸燃烧室内的实际空气量一致。而且，如果内燃机是多气缸类型的，则空气流量计在将进气分配到各个气缸之前的汇集点处测量进气量，因此如此测量的值并不总是反映实际抽吸到每一个相应气缸中的进气量。另外，由制造误差等引起的各个气缸之间的差异也可以是引起进气量的测量误差的一个因素。

既然通过空气流量计测量的进气量包含这样的误差，则基于其所确定的点火正时并不总是最优的。

一方面，在现有技术中已经提出了不依赖于空气流量计的、用于估算缸内燃烧室内的进气量的技术。例如在日本专利申请公开No.2-040054(1990)中，披露了一种用于控制内燃机的装置，其包括用于基于缸内压力、曲轴转角和节气门开度计算就在进气门打开之后的正时和就在点火之前的正时之间缸内压力的变化的装置，并且包括用于根据缸内压力的变化量和发动机转速计算进气量的装置。

另一方面，为了改善输出或效率并且降低排放，公知一种内燃机，其能够设定用来同时打开进气门和排气门的气门重叠。在这种内燃机中，公知有一类设置有控制装置，其能够计算由于进气门和排气门的气门重叠所引起的燃烧室内剩余的气体量(内部EGR量)(例如参见日本专利申请公开No.2004-108262)。既然实际剩余在燃烧室内的气体量是新抽吸的空气量和原来剩余的气体量的总和，则为了测量准确的进气量(新鲜空气量)以及确定最优点火正时，优选地是获知剩余气体量。

在日本专利申请公开No.2004-108262中所描述的控制装置基于排放温度传感器、进气压力传感器和排放压力传感器发出的信号来计算缸内温度和缸内压力以及气体常数，并且还基于这些缸内温度、缸内压力和气体常数来计算排气门闭合时气缸内的气体量。另外，此控制装置基于曲轴转角传感器、水温传感器、凸轮角传感器以及加速器开度传感器发出的信号计算在进气门和排气门重叠期间吹回气体的量，并且基于这些缸内气体量和吹回气体量来计算剩余在燃烧室内的气体量(内部EGR量)。

如上所述，根据传统的控制装置，当气门重叠被设定时可以计算内燃机中的进气量和剩余气体的量(内部EGR量)。但是，在上述的现有技术中，为了计算进气量或剩余气体量需要多个参数。因此，在传统的内燃机中，为了获得这些参数需要设置许多传感器，从而导致制造成本增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于控制内燃机的装置和方法，其能够准确并且经济地计算抽吸到燃烧室内的空气量并且使用所计算的空气量最优地确定点火正时。

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种用于控制内燃机的装置，所述内燃机具有气门驱动机构，所述气门驱动机构能够改变进气门和排气门中至少一个的气门打开特性从而使得燃料和空气的混合气在燃烧室的内部燃烧以产生动力，其特征在于，所述用于控制内燃机的装置包括：缸内压力检测装置，其用于检测所述燃烧室内的缸内压力，缸内压力变化量计算装置，其用于计算由于所述进气门和排气门的气门重叠而导致的所述缸内压力的变化量，进气量计算装置，其用于基于由所述缸内压力变化量计算装置所计算的缸内压力变化量、以及在预定正时处由所述缸内压力检测装置所检测的缸内压力来计算抽吸到所述燃烧室内的空气量，点火装置，其用于点燃所述燃烧室内的混合气，以及点火正时控制装置，其用于基于由所述进气量计算装置所计算的进气量来确定点火正时。

根据本发明的第二方面，在本发明的第一方面中，所述点火正时控制装置基于由空气流量计检测的进气量、或者基于根据节气门的开度和发动机转速所估算的进气量来确定基本点火正时；基于由所述进气量计算装置所计算的进气量来确定燃烧室中剩余气体的比率；基于所述剩余气体的比率确定点火正时校正量；并且基于所述点火正时校正量校正所述基本点火正时以确定所述点火正时。

根据本发明的第三方面，在本发明的第一或第二方面中，所述预定正时随所述内燃机的运转状态改变。

根据本发明的第四方面，在本发明的第三方面中，所述预定正时随所述发动机转速改变。

根据本发明的第五方面，在本发明的第二方面中，所述预定正时随所述基本点火正时改变。

根据本发明的第六方面，在本发明的第二方面中，当所述发动机转速超过预定转速时，所述点火正时控制装置不执行对所述基本点火正时的校正，而是将所述基本点火正时确定为所述点火正时。

根据本发明的第七方面，在本发明的第一方面中，本发明的第一方面中还进一步设置有进气量控制装置，以控制所述进气量，使得所述内燃机输出的扭矩与基于加速器的开度确定的目标扭矩一致，并且所述点火正时控制装置基于由空气流量计检测的进气量、或者基于根据节气门的开度和发动机转速所估算的进气量来确定基本点火正时；基于由所述进气量计算装置计算的进气量估算所述内燃机的输出扭矩；基于所估算的输出扭矩和所述目标扭矩确定点火正时校正量；并且基于所述点火正时校正量校正所述基本点火正时以确定所述点火正时。

根据本发明的第八方面，在第一到七方面中的任何一个方面中，所述内燃机具有多个燃烧室，每个燃烧室都具有缸内压力检测装置，其中所述缸内压力变化量计算装置计算各个燃烧室内的缸内压力变化量，其中所述进气量计算装置基于由各个缸内压力检测装置检测到的各个燃烧室的缸内压力和由所述缸内压力变化计算装置所计算的各个燃烧室内的缸内压力变化量来计算抽吸到各个燃烧室内的空气量，其中所述点火装置设置在各个燃烧室内，并且所述点火正时控制装置基于由所述进气量计算装置计算的各个燃烧室内的进气量来确定各个燃烧室内的点火装置的点火正时。

根据本发明的第九方面，提供了一种用于控制内燃机的方法，所述内燃机具有气门驱动机构，所述气门驱动机构能够改变进气门和排气门中至少一个的气门打开特性从而使得燃料和空气的混合气在燃烧室的内部燃烧以产生动力，所述用于控制内燃机的方法的特征在于：步骤(a)，其用于基于由空气流量计检测的进气量、或者基于根据节气门的开度和发动机转速估算的进气量来确定基本点火正时，步骤(b)，其用于计算由所述进气门和所述排气门的气门重叠引起的缸内压力变化量，并且基于所述缸内压力变化量和在预定正时处检测的所述燃烧室内的缸内压力来计算抽吸到所述燃烧室内的空气量，以及步骤(c)，其用于基于所计算的进气量来确定所述燃烧室内剩余气体的比率，并且基于所述剩余气体的比率确定点火正时校正量，并且通过基于所述点火正时校正量校正所述基本点火正时来确定点火正时。

根据本发明，可以实现一种用于控制内燃机的装置和方法，其能够准确并且经济地以低成本计算抽吸到燃烧室内的进气量并且使用所计算的空气量最优地确定点火正时。

附图说明

图1是应用根据本发明的控制装置的内燃机的示意图；

图2是用于说明图1中的内燃机的进气量计算程序的流程图；

图3是表示在气门重叠期间预定正时处的进气压力相对于就在气门重叠开始之前或开始处的缸内压力的比率和进气压力相对于在气门重叠期间预定正时处的排气的压力的比率之间关系的图例；

图4是表示在气门重叠期间预定正时处的进气压力相对于就在气门重叠开始之前或开始处缸内压力的比率和进气的压力相对于在气门重叠期间预定正时处排气的压力的比率之间关系的图例；

图5是用于说明基于缸内压力估算在气门重叠期间预定正时处的进气压力的程序的流程图；

图6是表示在这方面的控制装置中用于执行各个步骤的正时的时间图；

图7是根据第一方面用于控制点火正时的程序的流程图；

图8A和8B是表示根据第一和第二方面用于点火正时控制的各个步骤的执行正时的时间图；

图9是根据第二方面用于控制点火正时的程序的流程图；

图10是根据第二方面的点火正时控制的点火正时校正量映射图；

图11是根据第三方面的点火正时控制的程序的流程图；

图12是用于说明输出扭矩的估算方法的曲线图；以及

图13是根据第三方面的点火正时控制的点火正时校正量映射图。

具体实施方式

该创造性的用于控制内燃机的装置适于基于当进气门和排气门的气门重叠被设定时由于气门重叠而引起的缸内压力的变化量，并且适于基于该缸内压力的变化量以及在预定正时处由缸内压力检测装置检测的缸内压力来计算抽吸到燃烧室内的空气量。关于这点可以适当地参照表示相应正时的图6，这将在后文描述。

在此，在进气门和排气门之间的重叠被设定的情况下，由气门重叠引起的剩余在燃烧室内的气体的量Me用下面的公式(1)表示，其中在气门重叠期间预定正时(曲轴转角变成θ₁处的正时)处的进气压力是Pm(θ₁)，此预定正时处的排气压力是Pe(θ₁)，此时的排气温度是Te并且气体常数是R(J/kg·K)。

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

在上面的公式(1)中，S表示在气门重叠期间允许气体通过的气体通道有效面积。这种气体通道有效面积S用下面的公式(2)表示。在公式(2)中，Ne(θ₁)表示在曲轴转角为θ₁的正时处发动机转数(每分钟；基本对应于发动机转速)。此外，Ri表示进气门Vi的直径；Re表示排气门Ve的直径；Li(θ₁)表示进气门Vi的升程量；Le表示排气门Ve的升程量；IVO表示在打开进气门Vi的正时处的曲轴转角；而EVC表示在闭合排气门Ve的正时处的曲轴转角。另外，在公式(2)中，通过从IVO到EVC对

进行积分所获得的值(

)是根据可变气门正时机构的提前量(VVT提前量)确定的值。

而且，在上述公式(1)中，

是与进气压力相对于排气压力的比率有关的项，基本上由下面的公式(3)表示，其中当Pm(θ₁)/Pe(θ₁)的值小时，该项由下面的公式(4)表示。关于此点，在公式(3)和(4)中，k表示比热比。

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

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

另一方面，由气门重叠引起的剩余在燃烧室内的气体量Me和由于气门重叠而导致的缸内压力变化量ΔPc之间的关系由下面的公式(5)表示。因此，根据上述公式(1)和(5)，缸内压力变化量ΔPc基于由于气门重叠引起的剩余在燃烧室内的气体量Me由下面的公式(6)表示。关于这点，在公式(6)中，α表示基于实验等确定的常数。因为实验发现公式(5)中的温度项Te/vTe为常数，温度项包含在α内。根据缸内压力变化量ΔPc和在压缩行程期间预定正时(在进气门闭合之后、燃烧开始正时(点火正时)θig之前，曲轴转角为θ₂的正时)处由缸内压力检测装置检测的缸内压力Pc(θ₂)，抽吸到燃烧室内的空气量M_air由下面的公式(7)表示。关于这点，在公式(7)中，β表示基于实验等确定的常数。

$\mathrm{\&Delta;Pc}\&Proportional;\mathrm{Me}\&CenterDot;\mathrm{Te}=S\&CenterDot;\mathrm{\&phi;}(\mathrm{Pm}\left({\mathrm{\&theta;}}_1\right)/\mathrm{Pe}\left({\mathrm{\&theta;}}_1\right))\&CenterDot;\mathrm{Pe}\left({\mathrm{\&theta;}}_1\right)\&CenterDot;\mathrm{Te}/\sqrt{R\&CenterDot;\mathrm{Te}}$

$\&Proportional;S\&CenterDot;\mathrm{\&phi;}(\mathrm{Pm}\left({\mathrm{\&theta;}}_1\right)/\mathrm{Pe}\left({\mathrm{\&theta;}}_1\right))\&CenterDot;\mathrm{Pe}\left({\mathrm{\&theta;}}_1\right)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(5\right)$

ΔPc＝α·S·φ(Pm(θ₁)/Pe(θ₁))·Pe(θ₁)...(6)

M_air＝β·(Pc(θ₂)-ΔPc)...(7)

因此，如在根据本发明的用于控制内燃机的装置中所执行的一样，获得在气门重叠期间预定正时处的进气压力Pm(θ₁)和发动机转数Ne(θ₁)以及在预定正时处检测的缸内压力Pc(θ₂)，可以准确而又经济地计算抽吸到燃烧室内的空气量，而不用许多传感器。

而且，如上所述，当基于进气压力Pm(θ₁)和排气压力Pe(θ₁)计算由于气门重叠而导致的缸内压力变化量ΔPc时，优选地基于就在气门重叠开始之前或开始处(在曲轴转角变为θ₀的正时处)由缸内压力检测装置检测的缸内压力Pc(θ₀)来估算排气压力Pe(θ₁)。

即，进气门为了气门重叠而打开之前或者在进气门打开时刻排气压力近似地与缸内压力一致，并且如果内燃机的负荷不是特别大，则进气门打开前后的压力变化很小。因此，基于就在气门重叠开始之前或开始时刻由缸内压力检测装置检测的缸内压力Pc(θ₀)，可以估算在气门重叠期间的排气压力Pe(θ₁)，并且如果内燃机负荷较低，则下面的关系Pe(θ₁)＝Pc(θ₀)成立。从而，因为不需要用于检测排气压力的传感器，所以可以降低计算抽吸到燃烧室内空气量所需的成本。

另一方面，当内燃机的负荷大到一定程度时，受排气压力脉动等影响在气门重叠期间的排气压力变化增加，因此难以使用就在气门重叠开始之前或开始时刻用缸内压力检测装置检测的缸内压力Pc(θ₀)来代替气门重叠期间的排气压力Pe(θ₁)。

即，直到内燃机的负荷变高到一定程度，代入公式(3)中函数

内的、在气门重叠期间进气压力Pm(θ₁)相对于排气压力Pe(θ₁)的比率与在气门重叠期间的进气压力Pm(θ₁)相对于就在气门重叠开始之前或开始时刻处的缸内压力Pc(θ₀)的比率一致，此两个比率均随负荷的增加而变大。相反地，如果进气压力Pm(θ₁)相对于缸内压力Pc(θ₀)的比率超过根据实验或基于经验定义的预定值ε，则由公式Pm(θ₁)/Pe(θ₁)＝Pm(θ₁)/Pc(θ₀)所表示的关系不成立。

因此，当进气压力Pm(θ₁)相对于缸内压力Pc(θ₀)的比率超过预定值ε时，首先假设在气门重叠期间进气压力Pm(θ₁)相对于排气压力Pe(θ₁)的比率固定到预定值ε，并且然后基于气门重叠期间的进气压力Pm(θ₁)和预定值ε优选地由下面的公式定义在气门重叠期间的排气压力Pe(θ₁)：Pe(θ₁)＝Pm(θ₁)/ε。因此，即使当没有实际测量在气门重叠期间的排气压力时内燃机的负荷增加，也可以准确地计算抽吸到燃烧室内的空气量，而不受伴随气门重叠的排气压力变化的影响。

在多气缸类型的内燃机中，优选地在各个燃烧室内设置缸内压力检测装置。优选地，在这种情况下，计算各个燃烧室的缸内压力的变化量ΔPc，并且优选地基于各个燃烧室内的该变化量ΔPc以及在预定正时处由各个缸内压力检测装置检测的各个燃烧室内的缸内压力Pc(θ₂)计算抽吸到各个燃烧室内的空气量。因此，既然可以准确地知道燃烧室之间的进气量的差异，所以改善了各个燃烧室内空燃比等参数的控制准确度。

而且，在气门重叠期间任何一个燃烧室中的进气压力都可以基于进气行程执行得早于所述燃烧室的燃烧室的下死点处的缸内压力进行估算。通常，在进气行程的下死点处进气压力和缸内压力彼此近似相等。而且，在特定燃烧室内执行气门重叠的正时近似地与进气行程比前述燃烧室提前进行1/N周期(关于此点，进气行程、压缩行程、膨胀行程和排气行程组成一个周期，并且N表示气缸的个数)的另一燃烧室内达到进气行程的下死点的正时一致。因此，通过在考虑这些情况的同时基于缸内压力估算进气压力，不需要用于检测进气压力的传感器，因此可以进一步降低计算抽吸到各个燃烧室内的空气量所需的成本。

接下来，下面将描述用于执行本发明的具体实施方式。

图1是应用该创造性控制装置的内燃机的示意图。此图中所示的内燃机1被构造成通过使形成于气缸体2中的燃烧室3的内部的燃料和空气的混合气燃烧并且使活塞4在燃烧室内往复运动来产生动力。该内燃机1优选为多气缸类型，并且根据本实施方式的内燃机1构成为用于汽车的四缸发动机。

各个燃烧室3的进气口连接到进气管(进气歧管)5，各个燃烧室3的排气口连接到排气管(排气歧管)6。而且，在内燃机1的气缸盖内，进气门Vi和排气门Ve置于各个燃烧室3内。各个进气门Vi打开和闭合相应的进气口，各个排气门Ve打开和闭合相应的排气口。各个进气门Vi和排气门Ve由包括变化正时机构的气门驱动机构VM打开和闭合。另外，内燃机1具有与气缸个数对应的多个火花塞7，其中火花塞7在气缸盖中设置成与相应燃烧室的内部相对。

如图1中所示，进气管5连接到稳压罐8。供气管线L1连接到稳压罐8，并且经由空气滤清器9进一步连接到未图示的进气口。在供气管线L1中(在稳压罐8和空气滤清器9之间的位置处)，设置有节气门(在此实施方式中为电控式节气门)10。在节气门10上游侧的供气管线L1中，设置有空气流量计21作为用于检测抽吸到内燃机内的空气量的进气量检测装置。另一方面，如图1中所示，包含例如三元催化剂等的前置催化装置11a和包含例如NO_X吸收还原催化剂等的后置催化装置11b连接到排气管6。

另外，内燃机1具有多个喷射器12，每个喷射器12都设置成与相应的燃烧室3相对，如图1中所示。内燃机1中各个活塞4形成为所谓的凹顶型的，即在其上表面上具有凹部4a。在内燃机1中，例如汽油等燃料直接从各个喷射器12朝各个燃烧室3中的活塞4的凹部4a喷射，同时将空气抽吸到各个燃烧室3中。

因此，在内燃机1中，因为在火花塞7附近形成(分层)一层燃料和空气混合气——其同时与环境空气层分开，所以可以使用极稀薄的气体混合物执行稳定的分层燃烧。关于此点，本实施方式中的内燃机1是所谓的直喷式发动机。但是不应认为本发明局限于这类发动机，其当然也可应用于进气管(进气口)喷射式发动机。

上述火花塞7、节气门10、喷射器12和气门驱动机构Vm等电连接到电控单元(后文称作“ECU”)20。ECU 20包括中央处理器(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、输入/输出端口和内存等，所有这些均未示于图中。如图1中所示，例如曲轴转角传感器14、用于检测加速器开度的传感器22、结合入节气门传感器10的节气门开度传感器等的多个传感器电连接到ECU 20。ECU 20控制火花塞7、节气门10、喷射器12、气门驱动机构等，使得可以获得所需的输出。

内燃机1具有与气缸个数对应的多个缸内压力传感器(缸内压力检测装置)15，其包括半导体元件、压电元件、磁应变元件、光纤探测元件等。各个缸内压力传感器15置于气缸盖内，使得受压面与相应的燃烧室3的内部相对，并且通过未图示的A/D转换器等电连接到ECU 20。缸内压力传感器15以相对于大气压的值输出燃烧室3内的、施加到缸内压力传感器15的受压面的压力(缸内压力)，并且提供电压信号(表示检测到的值的信号)到ECU 20，该信号对应于燃烧室内施加到受压面的压力(缸内压力)。

另外，内燃机1具有进气压力传感器16，其用于检测稳压罐8内的进气的压力(进气压力)作为绝对压力。而且，进气压力传感器16经由未图示的A/D转换器等电连接到ECU 20以将表示所检测的稳压罐8内进气绝对压力的信号提供到ECU 20。关于这点，由曲轴转角传感器14和进气压力传感器16检测的值以短时间间隔相继提供给ECU 20并且逐渐存储在ECU 20的预定区域(缓冲区)内。而且，在基于由进气压力传感器16检测的值将各个缸内压力传感器15检测的值(缸内压力)修正到绝对压力后，由各个缸内压力传感器15检测的值(缸内压力)逐渐存储在ECU 20的预定区域(缓冲区)内。

接下来将参照图2说明用于在不使用由空气流量计21检测的值的情况下计算或估算抽吸到上述内燃机1的各个燃烧室3内的空气量的过程。当内燃机1启动时，ECU 20在各个燃烧室3中反复地执行图2中所示的进气量计算程序。进气量计算程序被构造成基本上使用上述公式(1)至(7)计算抽吸到各个燃烧室3中的空气的量。在执行该程序的正时处，ECU 20首先确定进气门Vi的气门打开正时是否被提前(在S10处)。

如果在S10处ECU 20确定进气门Vi的气门打开正时被提前，则ECU 20从预定的存储区域读取就在进气门Vi和排气门Ve的气门重叠之前或者当该气门重叠开始时(在曲轴转角变为θ₀的正时处)由缸内压力传感器15检测到的所针对的燃烧室3的缸内压力Pc(θ₀)，并且读取在进气门Vi和排气门Ve的气门重叠期间预定正时(曲轴转角变为θ₁的正时)处由进气压力传感器16所检测的进气压力Pm(θ₁)(在S12处)。而且，在S12处，ECU 20基于在气门重叠期间预定正时(曲轴转角变为θ₁的正时处)处由曲轴转角传感器14所检测的值确定发动机转速Ne(θ₁)，并且获得在曲轴转角变为θ₁的正时处气门驱动机构VM的VVT提前量。

如图6中所示，在本实施方式中，就在进气门Vi和排气门Ve的气门重叠之前或者在该气门重叠开始时的预定正时是气门重叠的开始的正时，即进气门Vi开始打开操作时的正时；在此处曲轴转角是例如上死点之前的θ₀＝20°(排气行程中的20°BTDC)处。而且，在气门重叠期间的预定正时是曲轴转角为例如上死点之前的θ1＝10°(排气行程中的10°BTDC)处。在S12中获得了曲轴转角变为θ₀时的缸内压力Pc(θ₀)以及曲柄转角变为θ₁时的进气压力Pm(θ₁)后，ECU 20计算Pm(θ₁)/Pc(θ₀)的值(其是进气压力Pm(θ₁)相对于缸内压力Pc(θ₀)的比率)，并且确定Pm(θ₁)/Pc(θ₀)的值是否小于等于预定的阈值ε(在本实施方式中，ε＝0.95)(在S14处)。

在此，如图3中所示为Pm(θ₁)/Pc(θ₀)和Pm(θ₁)/Pe(θ₁)之间存在的关系，其中Pm(θ₁)/Pc(θ₀)是进气压力Pm(θ₁)相对于缸内压力Pc(θ₀)的比率，而Pm(θ₁)/Pe(θ₁)是进气压力Pm(θ₁)相对于排气压力Pe(θ₁)的比率，其用作上述公式(3)中的参数。即，在内燃机1的负荷不太大的范围内，Pm(θ₁)/Pe(θ₀)和Pm(θ₁)/Pc(θ₀)随负荷变高而分别增加，且存在关系Pm(θ₁)/Pe(θ₀)＝Pm(θ₁)/Pc(θ₀)。

即，就在为了气门重叠而打开进气门Vi之前的正时处或者打开进气门的正时处，排气压力和缸内压力近似地彼此一致，并且如果内燃机1的负荷不太大，则进气门Vi为了气门重叠而打开之前和之后的排气的压力变化较小。因此，在内燃机1的负荷不太大的范围内，可以基于就在气门重叠开始之前、或者在气门重叠开始时——即在曲轴转角是θ₀处的正时处——由缸内压力传感器15检测的缸内压力Pc(θ₀)估算气门重叠期间即曲轴转角为θ₁时的正时处的排气压力Pe(θ₁)，可以估算如下：Pe(θ₁)＝Pc(θ₀)以及Pm(θ₁)/Pe(θ₁)＝Pm(θ₁)/Pc(θ₀)。

相反，当内燃机1的负荷大到一定程度时，由于排气压力脉动等原因，为了气门重叠而打开进气门Vi前后的排气压力变化变大。即，如果内燃机1的负荷变得大到一定程度，并且进气压力Pm(θ₁)相对于缸内压力Pc(θ₀)的比率Pm(θ₁)/Pc(θ₀)超过预定值ε，则Pm(θ₁)/Pe(θ₁)＝Pm(θ₁)/Pc(θ₀)的关系不再成立，难以用就在气门重叠开始之前或气门重叠开始处检测的缸内压力Pc(θ₀)来替代气门重叠期间的排气压力Pe(θ₁)。

鉴于这些情况，如果在S14确定相应燃烧室内的Pm(θ₁)/Pc(θ₀)的值小于等于上述阈值ε，则就在气门重叠开始之前或在气门重叠开始时由缸内压力传感器15检测的缸内压力Pc(θ₀)替代气门重叠期间的排气压力Pe(θ₁)，并且由ECU 20设定Pe(θ₁)＝Pc(θ₀)(在S16处)。此外，如果在S14处确定在各个燃烧室3内的Pm(θ₁)/Pc(θ₀)值超过阈值ε，则ECU 20根据公式Pe(θ₁)＝Pm(θ₁)/ε确定气门重叠期间的排气压力Pe(θ₁)。即，在S18处的步骤中，假设气门重叠期间进气压力Pm(θ₁)相对于排气压力Pe(θ₁)的比率固定到作为安全值的阈值ε(在本实施方式中为0.95)，并且基于气门重叠期间的进气压力Pm(θ₁)和阈值ε确定气门重叠期间的排气压力Pe(θ₁)。

如果执行了S16或S18中的步骤，ECU 20使用预定函数或映射确定与在S12处获得的VVT提前量相对应的(

)的值，并且使用该值和在S12处获得的发动机转速Ne(θ₁)计算有效气体通道面积S(在S20处)。在获得有效气体通道面积S之后，ECU 20确定由在S12处获得的进气压力Pm(θ₁)除以在S16或S18处设定的、气门重叠期间的排气压力Pe(θ₁)所获得的值是否超过阈值(2/(k+1))k/(k-1)(在S22处)。根据本实施方式，例如采用用k＝1.32获得的常数作为阈值(2/(k+1))k/(k-1)。

如上所述，在计算由于气门重叠导致的缸内压力变化量ΔPc时所必需的、代表

的公式随Pm(θ₁)/Pe(θ₁)的值变化。因此，如果在S22处确定Pm(θ₁)/Pe(θ₁)的值超过上述阈值，则ECU 20使用公式(4)计算

的值(在S26处)。

在S20处确定了气体有效通道面积S并且在S24或S26处确定了Pm(θ₁)/Pe(θ₁)之后，ECU 20计算由气门重叠引起的所针对的燃烧室3内缸内压力的变化量ΔPc(在S28处)。经过在S28处的步骤后，ECU 20读取在压缩行程中曲轴转角变成θ₂的正时处、由缸内压力传感器15检测的所针对的燃烧室3内的缸内压力Pc(θ₂)(在S30处)。关于此点，在本实施方式中，压缩行程中的预定正时是曲轴转角θ₂为例如上死点之前50°(压缩行程中BTDC 50°)处的正时。

ECU 20使用上述公式(7)、根据在S28处获得的缸内压力变化量和在S30处获得的缸内压力Pc(θ₂)计算所针对的燃烧室3内的进气量M_air(在S32处)。这样，在内燃机1中，通过获得在气门重叠期间预定正时处的进气压力Pm(θ₁)、排气压力Pe(θ₁)和发动机转速Ne(θ₁)，以及在预定正时处检测的缸内压力Pc(θ₂)，可以不需要使用多个传感器而经济而又准确地计算抽吸到各个燃烧室3内的空气量。

而且，在内燃机1中，如果负荷较低，并且确定Pm(θ₁)/Pc(θ₀)的值小于阈值ε，则用就在气门重叠开始之前或开始时由缸内压力传感器15检测的缸内压力Pc(θ₀)来替代在气门重叠期间的排气压力Pe(θ₁)。因此，由于不需要实际测量排气压力的传感器，所以可以降低计算抽吸到各个燃烧室3内的空气量所需的成本。

在没有实际测量排气压力的传感器的内燃机1中，如果由于负荷增加从而在S14处确定Pm(θ₁)/Pc(θ₀)的值超过阈值ε，则在如下的假设下，即在气门重叠期间进气压力Pm(θ₁)相对于排气压力Pe(θ₁)的比率被固定到作为安全值的阈值ε(在本实施方式中为0.95)，基于阈值ε确定在气门重叠期间的排气压力Pe(θ₁)(在S18)。如上所述，由于当内燃机1的负荷变高时进气压力和排气压力之间的差变小并且剩余气体本身也很少，所以即使执行了由S18限定的步骤也可以准确地计算抽吸到各个燃烧室3内的空气量，而不会受排气压力变化的影响；即，可以获得实际上满意的结果。

另外，在具有多个燃烧室3、且各个燃烧室3内均设置缸内压力传感器15的内燃机1中，计算各个燃烧室3内的缸内压力变化量ΔPc，并且基于各个燃烧室3内的这种缸内压力变化量ΔPc和由各个缸内压力传感器15检测的各个燃烧室3内的缸内压力Pc(θ₂)计算抽吸到各个燃烧室3内的空气量。因此，可以准确地知道各个燃烧室3之间进气量的差异并且提高各个内燃机3内空燃比等参数的控制准确度。

另一方面，如果在S10处确定进气门Vi的打开正时未提前，从而在进气门Vi和排气门Ve之间不存在气门重叠，则ECU 20设定将在S32处使用的缸内压力变化量ΔPc为零(在S34处)。从而，当未设定气门重叠时，在S32处仅基于在S30处获得的缸内压力Pc(θ₂)计算抽吸到各个燃烧室3内的空气量M_air。在此，在压缩行程期间的缸内压力具有较高的值，并且不论缸内压力传感器15的检测精度或缸内压力数据的分辨率如何，都可以准确地进行检测。因此，如果使用在压缩行程期间预定正时处燃烧室3内的缸内压力，则可以准确地获得抽吸到燃烧室3内的空气量。

在上述内燃机1内，如果在S14处的结果为否，则假定在气门重叠期间进气压力Pm(θ)相对于排气压力Pe(θ)的比率被固定到作为安全值的阈值ε。但是，这并不是限制性的。即，如图4中所示，可以使用多个函数来近似表示Pm(θ₁)/Pc(θ₀)和Pm(θ₁)/Pe(θ₁)之间的关系，其中Pm(θ₁)/Pc(θ₀)是进气压力Pm(θ₁)相对于缸内压力Pc(θ₀)的比率，而Pm(θ₁)/Pe(θ₁)是进气压力Pm(θ₁)相对于Pe(θ₁)的比率。

在图4所示的示例中，使用两条直线近似表示Pm(θ₁)/Pc(θ₀)和Pm(θ₁)/Pe(θ₁)之间的关系；即，在0≤Pm(θ₁)/Pc(θ₀)≤ε1(其中ε1是根据实验或经验确定的常数)范围内，Pm(θ₁)/Pe(θ₁)＝Pm(θ₁)/Pc(θ₀)；在ε1≤Pm(θ₁)/Pc(θ₀)≤1.0的范围内，用下面的公式(8)表示Pm(θ₁)/Pe(θ₁)(其中ε2是基于实验或经验确定的常数，并且ε2＞ε1)。当在图2中S14处采取此近似并且结果为否时，在S18处根据下面的公式(9)设定Pe(θ₁)的值：

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

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

虽然在此实施方式中在稳压罐8中设置有用于检测进气压力的进气压力传感器16，但可以取消此传感器16，并且可以基于缸内压力估算在气门重叠期间预定正时处(曲轴转角变成θ₁处)的进气压力Pm(θ₁)。

即，在进气行程的下死点处进气压力和缸内压力近似地彼此相等。在四缸发动机中，在特定燃烧室3中执行气门重叠的正时近似地与进气行程相对于所针对的燃烧室3提前1/4周期(180度)的另一燃烧室3内达到下死点时的正时一致。因此，从这种角度出发，特定燃烧室3内气门重叠期间的进气压力可以基于在进气行程相对于所针对的燃烧室3提前1/4周期的另一燃烧室3中进气行程的下死点处的缸内压力来估算。因此，不再需要用于检测进气压力的进气压力传感器16以节省计算抽吸到各个燃烧室3内的空气量所需的成本。

图5是用于说明基于缸内压力估算在气门重叠期间预定正时处的进气压力的程序的流程图。图5中所示的程序例如由ECU 20在图2中S14之前的预定正时处执行。在此情况下，ECU 20从预定存储区域读取在进气行程相对于所针对的燃烧室3提前1/4周期的燃烧室内进气行程的下死点处由缸内压力传感器15检测的最新的值Pc(θ_BDC)(在S100处)。另外，ECU 20读取进气行程相对于所针对的压缩室3提前1/4周期的燃烧室3的上述下死点之后的压缩行程中预定的两点处由缸内压力传感器15检测的值Pc(θ_a)和Pc(θ_b)(在S102处)。关于此点，曲轴转角θ_a和θ_b可以任选，只要其包含于该压缩行程内即可。

因为当取消进气压力传感器16后不能将缸内压力传感器15的输出(相对压力)校正到绝对压力，所以由缸内压力传感器15检测的值Pc(θ_a)和Pc(θ_b)在没有被校正到绝对压力的情况下(即，在表示相对压力的状态下)被存储在存储区域中。在此，如果将校正到绝对压力(真实值)之后的、曲轴转角为θ_a处的缸内压力称为Pa，将校正到绝对压力(真实值)之后的、曲轴转角为θ_b处的缸内压力称为Pb，并且将缸内传感器15的绝对压力校正值称为Pr，则有下面的公式：

Pa＝Pc(θ_a)+Pr

Pb＝Pc(θ_b)+Pr

而且，如果假设内燃机的压缩行程是绝热过程并且比热比是k，则存在Pa·V^k(θ_a)＝Pb·V^k(θ_b)的关系，并且用下面的公式(10)表示。绝对压力校正值Pr通过从公式(10)导出的下述公式(11)获得：

(Pc(θ_a)+Pr)·V^k(θ_a)＝(Pc(θ_b)+Pr)·V^k(θ_b)...(10)

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

为此目的，在S102处的步骤之后，ECU 20根据上述公式(11)使用在之前的燃烧室3内压缩行程期间预定的两点处由缸内压力传感器15检测的值Pc(θ_a)和Pc(θ_b)、以及在所述预定的两点处的缸内体积V(θ_a)和V(θ_b)计算缸内压力传感器15的绝对压力校正值Pr(在S104处)。关于这点，在S104处使用的缸内体积V(θ_a)和V(θ_b)的值被初步计算并且存储在内存中，并且ECU 20从内存中读取这些气缸体积V(θ_a)和V(θ_b)的值并且用于S20处的步骤中。

在S104处获得绝对压力校正值Pr后，ECU 20使用在S100处通过缸内压力传感器15在进气行程下死点处检测到的值Pc(θ_BDC)和在S104处获得的在所针对的燃烧室3内气门重叠期间的进气压力Pm(θ₁)计算在所针对的燃烧室3内气门重叠期间的进气压力Pm(θ₁)(在S106处)。即，在特定燃烧室3内气门重叠期间的进气压力Pm(θ₁)能够通过下面的公式计算：

Pm(θ₁)＝Pr+Pc-180(θBDC)

其中Pc-180(θBDC)是进气行程相对于所针对的燃烧室3提前1/4周期(在N气缸发动机中为1/N周期)的燃烧室3内下死点处的缸内压力。通过这样执行图5中的程序，无需使用用于检测进气压力的进气压力传感器，基于缸内压力P(θ)和气缸体积V(θ)(基于缸内压力P(θ)和值V^k(θ)的积P(θ)·V^k(θ)，其中V^k(θ)通过使缸内体积V(θ)自身反复相乘k次而获得(k是与比热比相对应的预定指数))，即可准确地计算抽吸到各个燃烧室3内的空气量。

以上述方式计算的各个气缸内燃烧室3的进气量比通过空气流量计21检测的值所获得的进气量更加准确。这是因为该进气量是基于所针对的气缸的当前周期内的缸内压力等计算，而不必考虑由于从所针对的气缸到空气流量计21的距离所引起的时间滞后、由于此时间滞后引起的发动机运转状态变化、气缸之间的差异等因素。因此，通过使用这种进气量控制点火正时，可以准确地在最优点火正时处执行点火。

下面将描述根据本发明的、使用通过上述方法(后面称为“使用缸内压力的方法”)计算的进气量的点火正时控制。

图7示出根据该点火正时控制的第一方面的控制程序。当内燃机1启动时，图7中所示的点火正时控制程序由ECU 20在各个燃烧室3内反复执行。首先，ECU 20通过上述使用缸内压力的方法计算进气量M_air(在S1010处)。然后，ECU 20使用预定映射(或函数)基于所计算的进气量M_air和发动机转速Ne(θ₁)确定点火正时θig(在S1020处)。关于此点，因为在计算进气量M_air时已经获得了发动机转速Ne(θ₁)(参见图2中的S20和上述公式(2))，所以在此步骤S1020中也优选地使用发动机转速Ne(θ₁)。在此处使用的映射(或函数)中，基于实验等确定相对于进气量和发动机转速的点火正时，使得在抑制产生爆震和NO_X的同时还可以获得最大发动机输出。此后，ECU 20将电流供应到火花塞7以在由曲轴转角传感器14检测的曲轴转角与确定的点火正时θig一致时(即，在达到点火正时θig时)执行点火(在S1030处)。

根据点火正时控制的第一方面，因为点火正时θig基于通过上述使用缸内压力的方法计算获得的准确进气量确定而不使用空气流量计21，并且在此点火正时θig处执行点火，所以点火正时与基于空气流量计21的检测值来确定进气量的现有技术相比更加优化。因而可以在抑制产生爆震和NO_X的同时获得最大的发动机输出。在这方面，因为去除了空气流量计21，所以能够降低成本。

根据点火正时控制的第一方面，如图8A中所示，在压缩行程中预定正时θ₂(闭合进气门之后、点火正时θig之前的正时；此后称其为“缸内压力采样终点”)处通过缸内压力检测装置(缸内压力传感器15)检测了缸内压力Pc(θ₂)之后，计算进气量M_air，然后通过搜索点火正时映射来确定点火正时θig，并且当达到点火正时θig时立即执行点火。

另一方面，出于如下原因，缸内压力采样终点优选为设定成尽量接近点火正时θig(即设定为尽量滞后)。如果这样，从缸内压力采样终点到点火正时θ₂的时间段变短，不能保证足够的计算时间，并且在最坏的情况下，可能存在在实际点火正时θig之前不能确定点火正时θig的风险。即，因为就在闭合进气门之后燃烧室3内存在气流，所以在这种状态下并不总是能够检测到准确的缸内压力Pc(θ₂)。因此，优选地在燃烧室内没有空气扰动时——即打开进气门后的特定时间段——执行缸内压力Pc(θ₂)的检测。而且，由于为了使检测误差最小化所获得的缸内压力Pc(θ₂)本身应变得更高，所以检测缸内压力Pc(θ₂)的正时优选地尽量晚。由于上述原因，使用于检测缸内压力Pc(θ₂)的正时尽可能地滞后。

关于此点，缸内压力Pc(θ₂)的滞后检测正时相当于缩短了从其正时θ₂到点火正时θig的时间段，因此需要ECU 20的快速处理。另外，点火映射是二维的映射，其中进气量和发动机转速是参数，并且其搜索相当耗时。另外，发动机转速越高，从缸内压力Pc(θ₂)的检测正时到点火正时θig的时间段越短。实际上，正时θ₂是考虑到缸内压力检测准确度和ECU 20的处理速度之间的平衡来确定的。映射上从缸内压力Pc(θ₂)的检测正时θ₂(在本实施方式中为压缩行程中上死点之前50°处)到点火正时θig的时间段仅近似为20到40°，因此ECU 20必需在如此短的时间段内确定点火正时。

下面将基于图9说明适于解决该问题的点火正时控制的第二方面。在此，图9中所示的点火正时控制程序由ECU 20在各个燃烧室3内反复执行。

ECU 20首先基于通过空气流量计21检测的值获得进气量M_airAFM，并且然后获得发动机转速(在S2010处)。虽然基于数据共用的观点在此获得的发动机转速优选为在“使用缸内压力的方法”中所用到的正时θ₁处的发动机转速Ne(θ₁)，但是也不总是必需这样。接下来，ECU 20基于所获得的进气量M_airAFM和发动机转速Ne(θ₁)，通过使用点火正时映射临时确定成为基数的点火正时θigb(在S2020处)。上述步骤与现有技术中用于确定点火正时的步骤相同，并且在此确定的点火正时θigb并不总是最优点火正时，但是为了简化后处理过程，其可以用作粗略的点火正时。

然后，ECU 20使用如图2中所示的上述使用缸内压力的方法来计算剩余气体比率H(在S2030处)。即，图2中S32处的公式(7)改写为下面的公式(7)’：

β·Pc(θ)＝M_air+β·ΔPc...(7)’

其中右侧上的进气量M_air代表存在于燃烧室3内的气体中新引进空气的量，右侧上的β·ΔPc代表存在于燃烧室3内的气体中剩余气体的量，并且左侧上的β·Pc(θ)(前两者的和)代表存在于燃烧室3内的气体总量。ECU 20基于在图2中S32处获取的进气量M_air计算剩余气体的量β·ΔPc，并且基于燃烧室3内剩余气体的量β·ΔPc以及总气体量β·Pc(θ₂)，计算燃烧室3内剩余气体的比率：H＝β·ΔPc/β·Pc(θ₂)＝ΔPc/Pc(θ₂)。

ECU 20使用预定映射(或函数)基于此剩余气体的比率H确定点火正时校正量Δθig(在2040处)。此映射(函数)通过实验等设定，使得在抑制爆震和NO_X的同时获得最大发动机输出。

此点火正时校正量映射的一个有利示例示出图10中。在图10中，水平轴表示剩余气体的比率H(向右逐渐变大)，竖轴表示点火正时校正量Δθig(越往上提前量越大)。实线和虚线分别表示在考虑爆震裕度和NO_X裕度的情况下确定的剩余气体的比率H和点火校正量Δθig之间的关系。

当考虑爆震裕度时，如果选择了正好在实线上或者在实线下方(在滞后侧上)的点火正时校正量Δθig，爆震被抑制。相反，如果选择了在实线上方(在提前侧上)的点火正时校正量Δθig，则可能产生爆震。而且，当考虑NO_X裕度时，如果选择了正好在虚线上或者在虚线下方的点火正时校正量Δθig，NO_X产生量被抑制到低于预定允许量。相反，如果选择了在虚线上方(在提前侧上)的点火正时校正量Δθig，则NO_X的产生量可能超过预定允许量。另一方面，从发动机输出的角度看，点火正时校正量Δθig优选地在提前侧上尽可能提前。

为此原因，在S2040处ECU 20选择实线和虚线上对应于剩余气体的比率H的值中较小的一个(在滞后侧上)，并且确定该值为点火正时校正量Δθig。因此，在抑制爆震和NO_X的同时可以获取最大发动机输出。

然后，ECU 20通过将在S2040处获得的点火正时校正量Δθig与在S2020处获得的点火正时θigb相加来校正点火正时，以确定最终点火正时θig(在S2050处)。即，θig＝θigb+Δθig。然后，ECU 20在达到点火正时θig的同时向火花塞7供应电流以执行点火(在S2060处)。

根据点火正时控制的第二方面，如图8B中所示，首先在预定正时θ₂(缸内压力采样终点)之前，基于由空气流量计21检测的值通过搜索点火正时映射确定基本点火正时θigb，然后执行图10中所示的点火正时校正量映射的搜索以确定正时θ₂之后的点火正时校正量Δθig。从而获得最终点火正时θig。

图10中所示的点火正时校正量映射是仅使用剩余气体的比率H作为参数的一维映射，其搜索所需的时间比搜索二维点火正时映射的时间短。需要较长时间的点火正时映射的搜索转换成在正时θ₂之前的具有相当大裕度的时间段。因此，确定在正时θ₂之后的点火正时θig所需的时间与第一方面相比可以缩短，因此可以在不晚于实际点火正时θig的情况下完成计算。而且，正时θ₂可以更晚地确定。在这种情况下，可以进一步改善进气量的检测准确度以及点火正时控制的准确度。

虽然在此例中基于由空气流量计21所检测的值来确定基本点火正时θig，但确定基本点火正时θig的方法可以随意任选。例如，可以不使用空气流量计21而通过下面的空气模型方法估算进气量，并且基本点火正时θigb可以基于估算的进气量根据点火正时映射确定。空气模型方法是这样一种方法，其中以映射或函数的形式初步确定(如此确定的映射或函数被称为空气模型)进气量和进气量之外的其它参数(例如节气门开度或发动机转速等)之间的关系，并且基于这些其它参数的检测数据来估算进气量。根据此空气模型方法，不必考虑当空气从空气流量计传送到缸内燃烧室所引起的时间延迟，所以可以实现所谓的预辨识检测。因此如果使用空气模型方法，则进气量的检测准确度或点火正时控制的准确度存在进一步提高的可能。而且，因为可以去除空气流量计，所以有利于节约成本。

在第二方面中，如果由于发动机转速高——即如果发动机转速超过预定值——而使得在实际点火正时θig之前来不及确定点火正时θig，则程序跳过S2030、S2040和S2050，并且实际上可以使用在S2020处确定的基本点火正时θigb来执行点火。

另外，在第二方面中，优选地根据内燃机的运转状态(优选为发动机转速)改变压缩行程期间的预定正时(缸内压力采样终点)θ₂。例如，ECU 20在S2020处根据预定的映射(或函数)并基于在S2010处获得的发动机转速来确定缸内压力采样终点。在该映射中存储了发动机转速和缸内压力采样终点θ₂之间的关系；随发动机转速增加，能够获得更早的缸内压力终点θ₂，并且保证用于确定点火正时θig所需的时间段。因此，随发动机转速增加可以提前缸内压力采样终点θ₂，并且稳定地保证根据缸内压力采样终点θ₂确定点火正时θig所需的时间。而且，当发动机转速低时，可以滞后缸内压力采样终点θ₂以提高进气量的检测准确度和点火正时控制的准确度。在这点上，而且在第一方面也同样，可以根据内燃机的运转状态(优选为发动机的转速)以相同的方式改变缸内压力采样终点θ₂。

另外，在第二方面中，可以根据在S2020处确定的基本点火正时θigb改变压缩行程期间预定正时(缸内压力采样终点)θ₂。例如，根据预定映射(或函数)，ECU 20基于在S2020处确定的基本点火正时θigb确定缸内压力采样终点θ₂。此时，在映射中，初步输入基本点火正时θigb和缸内压力采样终点θ₂之间的关系以能够获取基本点火正时较早时的早期的缸内压力采样终点θ₂，同时能够保证用于确定点火正时θig所需的时间。因为当基本点火正时θigb变早时最终确定的点火正时变早，所以通过改变与基本点火正时θigb有关的缸内压力采样终点θ₂，可以确保用于确定从点火正时θig所需的缸内压力采样终点θ₂的时间。

接下来，下面将描述点火正时控制的第三方面。第三方面的特点是在所谓的扭矩需求控制中实际输出扭矩有利地以高准确度靠近目标扭矩。在根据第三方面的用于内燃机的控制装置中，ECU 20使用预定映射(函数)并基于由相应的燃烧室3中的加速器开度传感器22检测的加速器开度来确定要从内燃机1输出的目标扭矩Td。加速器开度之外的其它各种参数，例如车速等，可以用于确定目标扭矩Td。然后，ECU20参照预定映射(或函数)并基于目标扭矩Td控制节气门10的开度，使得从内燃机1实际输出的扭矩与目标扭矩Td一致并且控制进气量。因此，进气量被控制到基本上与目标扭矩Td相对应的值。

图11示出点火正时控制的第三方面的程序。ECU 20在相应的燃烧室3中反复地执行图11中所示的点火正时控制程序。

首先，ECU 20基于由空气流量计21所检测的值获得进气量M_airAFM以确度发动机转速，并且获得由加速器开度传感器22检测的加速器开度(在S3010处)。以与S2010处相同的方式，虽然发动机转速优选为正时θ₁处的发动机转速Ne(θ₁)，但是也允许其它正时处的发动机转速。除了由空气流量计21检测的进气量M_airAFM外，也可以使用通过空气模型估算的进气量。

然后，ECU 20基于所获得的进气量M_airAFM和发动机转速Ne(θ₁)通过使用点火正时映射确定基本点火正时θigb。而且，ECU 20至少基于根据预定映射(或函数)获得的加速器开度确定目标扭矩Td，并且基于此目标扭矩Td同时参照映射(或函数)来控制节气门10的开度以将进气量控制成与目标扭矩Td一致的值(在S3020处)。

另外，以与图7中S1010处相同的方式，ECU 20使用图2中所示的方法通过缸内压力计算进气量M_air(在S3030处)。然后，ECU 20通过下面作为一个示例描述的过程基于所计算的进气量M_air计算输出扭矩Te(在S3040处)，该扭矩Te是从内燃机1实际输出的扭矩的估算值。

图12是用于说明输出扭矩Te的估算方法的示意图，具体地说，是内燃机1的最大扭矩图。在最大扭矩曲线Tmax上任意点处，节气门的开度均是最大的(100％)，并且燃烧室3内的进气量变得也是最大。此时，充气效率KL变成最大值。充气效率KL是实际在缸内燃烧室3内的新鲜空气的质量AG相对于活塞的下死点处缸内燃烧室3的容积内新鲜空气的质量AGmax的比率。即，KL＝AG/AGmax。虽然充气效率KL的最大值理论上为1(100％)，但是由于进气阻力等原因其实际上小于1。但是，为方便起见，实际上可以将其视为1。

在最大扭矩曲线Tmax上各个转速处进气量的最大值初步通过实验获得，并且以映射(或函数)的形式存储在ECU 20内。ECU 20获得与在S3010处获得的发动机转速(例如Ne(θ₁))对应的进气量最大值，并用在S3030处通过使用缸内压力的方法获得的进气量M_air除以进气量的最大值来计算充气效率。然后，ECU 20通过使用预定映射(或函数)基于所计算的充气效率KL和发动机转速(例如Ne(θ₁))估算输出扭矩Te。

如此估算的输出扭矩Te应该是接近目标扭矩Td的值，因为节气门10被初步控制以调整进气量使得获得这种结果。但是，实际进气量(＝M_air)并不总是与预定目标值一致。因此，基于实际进气量M_air估算的输出扭矩不同于目标扭矩Td。

为了补偿此不同，执行点火正时的校正。如图11中所示，ECU 20计算输出扭矩Te和目标扭矩Td之间的差(在S3050处)，即，扭矩误差ΔT＝Te-Td；并且，基于此扭矩误差ΔT，根据如图13中所示的预定映射(或函数)计算点火正时校正量Δθig(在S3060处)。在如图13中所示的映射中，点火正时校正量Δθig设定为当扭矩误差ΔT沿正向变大时点火正时校正量Δθig在滞后侧上变大，同时点火正时校正量Δθig设定为当扭矩误差ΔT沿负向变大时点火正时校正量Δθig在提前侧上变大。注意，如果扭矩误差ΔT是零，则点火正时校正量也是零。然后，ECU 20将在S3060处获得的点火正时校正量Δθig与在S3020处获得的基本点火正时θigb相加以校正点火正时并且确定最终点火正时θig(在S3070处)。即，θig＝θigb+Δθig。然后，在达到点火正时θig的同时，ECU 20向火花塞7供应电流以执行点火(在S3080处)。

从图13可以理解，当扭矩误差ΔT沿正向变大时，可以滞后点火正时，同时，当扭矩误差ΔT沿负向变大时，可以提前点火正时。即，当估算的输出扭矩Te大于目标扭矩Td时，使点火正时滞后以补偿扭矩的增加，同时，当估算的输出值Te小于目标扭矩Td时，使点火正时提前以补偿扭矩的降低。因此，可以使实际输出扭矩进一步接近目标扭矩Td以提高扭矩需求控制的准确度。而且可以有利地控制点火正时以实现此目的。

关于此点，以与第二方面相同的方式，优选为相应于内燃机的转运状态改变压缩行程期间的预定正时(缸内压力采样终点)θ₂，或者根据在S3020处确定的基本点火正时θigb改变缸内压力采样终点θ₂。

虽然上面描述了本发明的实施方式，但是本发明的实施方式并不局限于上述实施方式。例如，可以设置两个或更多火花塞(点火装置)，其中两个火花塞既可以在相同正时处点火也可以在不同正时处点火。当采用不同点火正时时，上述点火正时控制优选地在首先执行点火的火花塞中进行。而且，作为点火装置，除了火花塞外，还可以设置具有高自由度的点火装置，例如激光式点火装置。

工业应用

本发明可以应用到具有能够改变进气门和排气门中至少一个的气门打开特性的气门驱动机构的内燃机。

Claims (9)

1.一种用于控制内燃机的装置，所述内燃机具有气门驱动机构，所述气门驱动机构能够改变进气门和排气门中至少一个的气门打开特性从而使得燃料和空气的混合气在燃烧室的内部燃烧以产生动力，其特征在于，所述用于控制内燃机的装置包括：

缸内压力检测装置，其用于检测所述燃烧室内的缸内压力，

缸内压力变化量计算装置，其用于计算由于所述进气门和排气门的气门重叠而导致的所述缸内压力的变化量，

进气量计算装置，其用于基于由所述缸内压力变化量计算装置所计算的缸内压力变化量、以及在预定正时处由所述缸内压力检测装置所检测的缸内压力来计算抽吸到所述燃烧室内的空气量，

点火装置，其用于点燃所述燃烧室内的混合气，以及

点火正时控制装置，其用于基于由所述进气量计算装置所计算的进气量来确定点火正时。

2.如权利要求1所述的用于控制内燃机的装置，其中所述点火正时控制装置基于由空气流量计检测的进气量、或者基于根据节气门的开度和发动机转速所估算的进气量来确定基本点火正时；基于由所述进气量计算装置所计算的进气量来确定燃烧室中剩余气体的比率；基于所述剩余气体的比率确定点火正时校正量；并且基于所述点火正时校正量校正所述基本点火正时以确定所述点火正时。

3.如权利要求1或2所述的用于控制内燃机的装置，其中所述预定正时随所述内燃机的运转状态改变。

4.如权利要求3所述的用于控制内燃机的装置，其中所述预定正时随所述发动机转速改变。

5.如权利要求2所述的用于控制内燃机的装置，其中所述预定正时随所述基本点火正时改变。

6.如权利要求2所述的用于控制内燃机的装置，其中当所述发动机转速超过预定转速时，所述点火正时控制装置不执行对所述基本点火正时的校正，而是将所述基本点火正时确定为所述点火正时。

7.如权利要求1所述的用于控制内燃机的装置，其中还进一步设置有进气量控制装置，以控制所述进气量，使得所述内燃机输出的扭矩与基于加速器的开度确定的目标扭矩一致，并且

所述点火正时控制装置基于由空气流量计检测的进气量、或者基于根据节气门的开度和发动机转速所估算的进气量来确定基本点火正时；基于由所述进气量计算装置计算的进气量估算所述内燃机的输出扭矩；基于所估算的输出扭矩和所述目标扭矩确定点火正时校正量；并且基于所述点火正时校正量校正所述基本点火正时以确定所述点火正时。

8.如权利要求1所述的用于控制内燃机的装置，其中所述内燃机具有多个燃烧室，每个燃烧室都具有缸内压力检测装置，其中所述缸内压力变化量计算装置计算各个燃烧室内的缸内压力变化量，其中所述进气量计算装置基于由各个缸内压力检测装置检测到的各个燃烧室的缸内压力和由所述缸内压力变化计算装置所计算的各个燃烧室内的缸内压力变化量来计算抽吸到各个燃烧室内的空气量，其中所述点火装置设置在各个燃烧室内，并且所述点火正时控制装置基于由所述进气量计算装置计算的各个燃烧室内的进气量来确定各个燃烧室内的点火装置的点火正时。

9.一种用于控制内燃机的方法，所述内燃机具有气门驱动机构，所述气门驱动机构能够改变进气门和排气门中至少一个的气门打开特性从而使得燃料和空气的混合气在燃烧室的内部燃烧以产生动力，所述用于控制内燃机的方法的特征在于：

步骤(a)，其用于基于由空气流量计检测的进气量、或者基于根据节气门的开度和发动机转速估算的进气量来确定基本点火正时，

步骤(b)，其用于计算由所述进气门和所述排气门的气门重叠引起的缸内压力变化量，并且基于所述缸内压力变化量和在预定正时处检测的所述燃烧室内的缸内压力来计算抽吸到所述燃烧室内的空气量，以及

步骤(c)，其用于基于所计算的进气量来确定所述燃烧室内剩余气体的比率，并且基于所述剩余气体的比率确定点火正时校正量，并且通过基于所述点火正时校正量校正所述基本点火正时来确定点火正时。

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