CN102317606B - 内燃机的汽缸吸入空气量计算装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽缸吸入空气量计算装置，其计算作为被吸进内燃机汽缸的新空气量的汽缸吸入空气量。既能够取得作为通过内燃机的进气通路的新空气流量的吸入空气流量，又能检测出进气温度和进气压力。根据进气压力、进气温度和汽缸容积计算出理论汽缸内吸入空气量，用汽缸吸入空气量的前次计算值除以理论汽缸内吸入空气量，由此计算出体积效率。使用进气温度、进气压力、体积效率、吸入空气流量和汽缸吸入空气量的前次计算值，计算汽缸吸入空气量。

Description

内燃机的汽缸吸入空气量计算装置

技术领域

本发明涉及计算作为被吸进内燃机汽缸内的新空气量的汽缸吸入空气量的汽缸吸入空气量计算装置。

背景技术

专利文献1公开了使用内燃机转速、进气压力和填充效率(体积效率)计算汽缸吸入空气量的装置。根据该装置，根据检测空燃比计算用于校正填充效率的变动的空燃比学习值，使用通过空燃比学习值校正的填充效率计算汽缸吸入空气量。

另外，在专利文献2公开的装置中，计算表示内燃机体积效率的体积效率相当值，使用体积效率相当值的本次计算值和前次计算值以及检测出的新空气量，计算汽缸吸入空气量。根据该装置，根据与内燃机转速对应的系数f(Ne)、与排气回流率对应的系数G(Regr)、进气压力以及大气压力计算出体积效率相当值。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平7-259630号公报

专利文献2：日本特许第4120524号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在专利文献1所公开的装置中，检索根据内燃机转速和进气压力所设定的映射表来计算填充效率，因此需要用于预先设定映射表的工时。另外，在具备变更进气阀(和排气阀)的动作特性(升程量、开关阀正时)的阀动机构的内燃机中，需要根据进气阀(和排气阀)的动作特性设置多个映射表，映射表设定工时变得极大。另外，为了应对与映射表设定时的内燃机运转状态不同的运转状态，需要校正映射表检索值(例如基于所述空燃比学习值的校正)。

在专利文献2所公开的装置中，系数f(Ne)和系数G(Regr)是使用预先设定的图表计算出来的，因此无法应对由于内燃机特性随时间变化而使得表的设定值成为不适宜的值的情况(或者需要其他校正)。而且还需要排气回流率的计算，存在运算处理变得复杂的课题。

本发明就是考虑到所述情况而完成的，其目的在于提供一种能在不使用映射表和图表的情况下计算汽缸吸入空气量，而且能够在不受到内燃机特性随时间变化的影响的情况下始终取得正确的汽缸吸入空气量的汽缸吸入空气量计算装置。

为了达成所述目的，本发明第一方面涉及的发明是一种内燃机的汽缸吸入空气量计算装置，其计算作为被吸进内燃机汽缸的新空气量的汽缸吸入空气量(GAIRCYLN)，其特征在于，具有：吸入空气流量取得单元，其取得吸入空气流量(GAIR、HGAIR)，该吸入空气流量是通过所述内燃机的进气通路的新空气的流量；进气压力检测单元，其检测所述内燃机的进气压力(PBA)；进气温度检测单元，其检测进气温度(TA)，该进气温度是被吸入所述内燃机的空气的温度；理论汽缸吸入空气量计算单元，其根据所述进气压力(PBA)和进气温度(TA)计算理论汽缸吸入空气量(GAIRSTD)；体积效率计算单元，其将所述汽缸吸入空气量的前次计算值(GAIRCYLN(k-1))除以所述理论汽缸吸入空气量(GAIRSTD)，从而计算所述内燃机的体积效率(ηv)；以及汽缸吸入空气量计算单元，其使用所述体积效率(ηv)、所述吸入空气流量(GAIR、HGAIR)以及所述汽缸吸入空气量的前次计算值(GAIRCYLN(k-1))，计算所述汽缸吸入空气量(GAIRCYLN)。

根据该结构，根据进气压力和进气温度计算理论汽缸吸入空气量，将汽缸吸入空气量的前次计算值除以理论汽缸吸入空气量，从而计算出体积效率，使用体积效率、吸入空气流量和汽缸吸入空气量的前次计算值，计算汽缸吸入空气量。因此能够在不使用映射表和图表的情况下计算汽缸吸入空气量，还由于使用检测参数更新体积效率，因此能在不受到内燃机特性随时间变化的影响的情况下始终取得正确的汽缸吸入空气量。

优选所述吸入空气流量取得单元使用吸入空气流量传感器(13)检测所述吸入空气流量(GAIR)。

根据该结构，使用由吸入空气流量传感器检测出的吸入空气流量计算汽缸吸入空气量。虽然使用进气压力和节气门开度也能估计出吸入空气流量，然而通过流量传感器直接进行检测，能够取得不包含估计误差在内的汽缸吸入空气量。

所述吸入空气流量取得单元也可以根据所述内燃机的节气门开度(TH)和所述进气压力(PBA)估计所述吸入空气流量(HGAIR)。

根据该结构，使用根据内燃机的节气门开度和进气压力估计出来的吸入空气流量计算汽缸吸入空气量，因此无需设置吸入空气流量传感器，能减少成本。另外，在过渡运转状态下，与使用吸入空气量传感器的情况相比，检测延迟的影响较小，能取得正确的汽缸吸入空气量。另外，通过同时使用吸入空气流量传感器，能够补偿过渡运转状态下吸入空气流量传感器的检测延迟。在这种情况下，还能够进行吸入空气流量传感器的故障检测，能够提升应用于汽缸吸入空气量的吸入空气流量的可靠性。

优选所述体积效率计算单元将所述汽缸吸入空气量计算单元计算出的汽缸吸入空气量用作所述前次计算值(GAIRCYLN(i-1))，至少更新1次所述体积效率(ηv(i))，所述汽缸吸入空气量计算单元使用更新后的体积效率(ηv(i))，至少更新1次所述汽缸吸入空气量(GAIRCYLN(i))。

根据该结构，将通过汽缸吸入空气量计算单元计算出的汽缸吸入空气量用作前次计算值，至少更新1次体积效率，还使用更新后的体积效率至少更新1次汽缸吸入空气量，因此能够在过渡的内燃机运转状态下取得更加正确(接近真正值)的体积效率和汽缸吸入空气量。

优选所述体积效率计算单元和汽缸吸入空气量计算单元分别执行预定次数(iMAX)的所述体积效率的更新和所述汽缸吸入空气量的更新。

根据该结构，由于执行预定次数的体积效率的更新和汽缸吸入空气量的更新，因此能使得更新运算所需时间固定。

所述体积效率计算单元和汽缸吸入空气量计算单元可以分别执行所述体积效率的更新和所述汽缸吸入空气量的更新，直到所述体积效率的前次值与更新后的值之差(Dηv)小于第1预定量(DηvL)或者所述汽缸吸入空气量的前次值与更新后的值之差(DGACN)小于第2预定量(DGACNL)为止。

根据该结构，进行体积效率和汽缸吸入空气量的更新，直到体积效率的前次值与更新后的值之差小于第1预定量或者汽缸吸入空气量的前次值与更新后的值之差小于第2预定量为止，因此能够在适当的正时结束更新运算。

另外，优选所述体积效率计算单元和汽缸吸入空气量计算单元在紧接所述内燃机启动之后将所述理论汽缸吸入空气量用作所述汽缸吸入空气量的前次计算值。

由于在内燃机刚刚启动时，不存在汽缸吸入空气量的前次计算值，因此通过使用理论汽缸吸入空气量，能够尽早取得正确的汽缸吸入空气量。

附图说明

图1是表示本发明一个实施方式涉及的内燃机及其控制装置的结构的图。

图2是示意性示出图1所示的内燃机的图。

图3是示出打开节气门时的节气门通过空气流量(GAIRTH)和汽缸吸入空气量(GAIRCYLN)的变化的时序图。

图4是示出计算汽缸吸入空气量(GAIRCYLN)的模块结构的框图(第1实施方式)。

图5是示出计算汽缸吸入空气量(GAIRCYLN)的模块结构的框图(第2实施方式)。

图6是示出估计吸入空气流量(HGAIR)的计算中所使用的图表的图。

图7是本发明第3实施方式的汽缸吸入空气量计算处理的流程图。

图8是用于说明图7的处理的时序图。

图9是示出图7的处理的变形例的流程图。

图10是本发明第4实施方式的汽缸吸入空气量计算处理的流程图。

图11是用于说明理论汽缸吸入空气量的其他计算方法的图。

图12是计算理论汽缸吸入空气量(GAIRSTD)的处理的流程图。

图13是示出在图12的处理中参照的图表的图。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的实施方式。

图1是示出本发明的一个实施方式涉及的内燃机及其控制装置的结构的图，在图1中，例如具有4个汽缸的内燃机(以下简称为“发动机”)1具备连续变更进气阀的动作相位的阀动作特性可变机构40。

发动机1的进气管2的中途配设有节气门3。另外，节气门3连结有检测其开度TH的节气门开度传感器4，输出与节气门开度TH对应的电信号并提供给电子控制单元(以下称之为“ECU”)5。节气门3连接有驱动节气门3的致动器7，致动器7的动作是通过ECU 5来控制的。

在进气管2上设有检测吸入空气流量GAIR的吸入空气流量传感器13，所述吸入空气流量GAIR是经由节气门3而被吸进发动机1的空气(新空气)的流量，还在节气门3的上游侧设有检测进气温度TA的进气温度传感器9。这些传感器13和9的检测信号被提供给ECU 5。

针对每个汽缸将燃料喷射阀6设置于发动机1与节气门3之间且位于进气管2的未图示的进气阀的略微上游侧，各喷射阀与未图示的燃料泵连接，并且与ECU 5电连接，通过来自该ECU 5的信号控制燃料喷射阀6的打开时间。

发动机1的各汽缸的火花塞12与ECU 5连接，ECU 5向火花塞12提供点火信号，进行点火正时控制。

在节气门3的下游安装有检测进气压力PBA的进气压力传感器8。另外，在发动机1的主体安装有检测发动机冷却水温TW的发动机冷却水温传感器10。这些传感器8和10的检测信号被提供给ECU 5。

ECU 5连接有检测发动机1的曲轴(未图示)的旋转角度的曲轴角度位置传感器11，向ECU 5提供与曲轴的旋转角度对应的信号。曲轴角度位置传感器11包括：在发动机1的特定汽缸的预定曲轴位置处输出脉冲(以下称之为“CYL脉冲”)的汽缸判别传感器；针对各汽缸的进气冲程开始时的上死点(TDC)在预定曲轴角度之前的曲轴角度位置处(在4缸发动机中为每隔曲轴角180度)输出TDC脉冲的TDC传感器；以及通过比TDC脉冲短的一定曲轴角周期(例如6度周期)产生1个脉冲(以下称之为“CRK脉冲”)的CRK传感器。CYL脉冲、TDC脉冲和CRK脉冲被提供给ECU 5。这些脉冲用于燃料喷射正时、点火正时等各种定时控制、发动机转速(发动机旋转速度)NE的检测。

ECU 5连接有检测通过发动机1驱动的车辆的油门踏板的踩入量(以下称之为“油门踏板操作量”)AP的油门传感器31、检测通过发动机1驱动的车辆的行进速度(车速)VP的车速传感器32以及检测大气压PA的大气压传感器33。这些传感器的检测信号被提供给ECU 5。

另外，发动机1还具备排气回流机构(未图示)，发动机1的排气回流到进气管2的节气门3的下游侧。

ECU 5构成为具有：具备对来自各种传感器的输入信号波形进行整形，将电压电平修正为预定电平，将模拟信号值转换为数字信号值等的功能的输入电路；中央运算处理单元(以下称之为“CPU”)；存储由CPU执行的运算程序和运算结果等的存储电路；以及向致动器7、燃料喷射阀6、阀动作特性可变机构40提供驱动信号的输出电路等。

ECU 5的CPU根据所述传感器的检测信号进行点火正时控制、节气门3的开度控制、提供给发动机1的燃料量(燃料喷射阀6的打开时间)的控制以及进气阀的动作相位控制。

进而，ECU 5的CPU根据检测出的吸入空气流量GAIR、进气压力PBA和进气温度TA计算作为被吸进发动机1的汽缸的新空气量的汽缸吸入空气量GAIRCYLN[g/TDC](1个TDC期间、即每个发动机1的曲轴旋转180度所需时间的空气量)。计算出的汽缸吸入空气量GAIRCYLN用于燃料供给量和点火正时的控制。

图2是示意性示出发动机1的图，示出了进气阀21、排气阀22、汽缸1a。进气管2的节气门下游侧部分2a内的空气量的变化量DGAIRIN可通过下式(1)给出。式(1)的Vin是节气门下游侧部分2a的容积，TAK是转换为绝对温度的进气温度TA，R是气体常数，DPBA是进气压力PBA的变化量(PBA(k)-PBA(k-1))。另外，“k”是在TDC期间离散化的离散化时刻。

DGAIRIN＝Vin×DPBA/(R×TAK)    (1)

因此，如下式(2)所示，作为通过节气门3的新空气流量(吸入空气流量)的节气门通过空气流量GAIRTH[g/TDC]与汽缸吸入空气量GAIRCYLN[g/TDC]之差与所述变化量DGAIRIN相等。

DGAIRIN＝GAIRTH(k)-GAIRCYLN(k-1)    (2)

另一方面，汽缸吸入空气量GAIRCYLN可通过下式(3)给出。式(3)的Vcyl是汽缸容积，ηv是体积效率。

GAIRCYLN＝Vcyl×ηv×PBA/(R×TAK)    (3)

如果使用式(3)，则进气压力变化量DPBA可通过下式(4)给出。将式(4)给出的DPBA和式(2)的关系用于式(1)，从而可得下式(5)。

数学式1

$\begin{array}{c}\mathrm{DPBA}=\mathrm{PBA}\left(k\right)-\mathrm{PBA}(k-1)\\ =\frac{(\mathrm{GAIRCYLN}\left(k\right)-\mathrm{GAIRCYLN}(k-1))\×R\×\mathrm{TAK}}{\mathrm{Vcyl}\×\mathrm{\ηv}}\end{array}---\left(4\right)$

$\mathrm{GAIRCYLN}\left(k\right)=(1-\frac{\mathrm{Vcyl}\×\mathrm{\ηv}}{\mathrm{Vin}})\×\mathrm{GAIRCYLN}(k-1)+\frac{\mathrm{Vcyl}\×\mathrm{\ηv}}{\mathrm{Vin}}\×\mathrm{GAIRTH}\left(k\right)---\left(5\right)$

因此，若通过下式(6)定义延迟系数CGAIRCYLN，则可通过下式(5a)表示式(5)，可使用以节气门通过空气流量GARITH作为输入的一次延迟模型的算式计算汽缸吸入空气量GAIRCYLN。

CGAIRCYLN＝Vcyl×ηv/Vin    (6)

GAIRCYLN(k)＝(1-CGAIRCYLN)×GAIRCYLN(k-1)+CGAIRCYLN×GAIRTH(k)    (5a)

图3是示出急速打开节气门3时的节气门通过空气流量GAIRTH(虚线)和汽缸吸入空气量GAIRCYLN(实线)的变化的图，确认可通过式(5a)进行近似。

为了使用式(6)计算延迟系数CGAIRCYLN，需要计算体积效率ηv。体积效率ηv是取决于发动机运转状态(发动机转速NE、进气压力PBA)、进气阀动作相位、排气回流率等发生变化的，如果按照所述专利文献2所示的方法进行计算，则存在无法应对发动机特性随时间产生的变化或运算处理变得复杂的问题。

于是在本实施方式中，通过下式(7)计算体积效率ηv，该体积效率ηv用于计算汽缸吸入空气量GAIRCYLN(k)。

ηv＝GAIRCYLN(k-1)/GAIRSTD(k)    (7)

式(7)的GAIRSTD(k)是通过下式(8)计算出的理论汽缸吸入空气量。

GAIRSTD(k)＝PBA(k)×Vcyl/(R×TAK)    (8)

通过使用式(7)，可以在不使用映射表和图表的情况下计算出体积效率ηv，而且由于经常更新，因此能在不受到发动机特性随时间产生的变化的影响的情况下取得最佳值。

图4是示出通过所述方法计算汽缸吸入空气量GAIRCYLN的汽缸吸入空气量计算模块的结构的框图。该模块的功能实际可通过ECU 5的CPU的运算处理实现。

图4所示的汽缸吸入空气量计算模块具备延迟系数计算部51、转换部52、汽缸吸入空气量计算部53。

延迟系数计算部51使用上式(6)～(8)计算延迟系数CGAIRCYLN。转换部52将检测出的吸入空气流量GAIR[g/sec]和发动机转速NE用于下式(9)，计算每TDC期间的作为吸入空气量的节气门通过空气流量GAIRTH[g/TDC]。式(9)的KCV是转换系数。

GAIRTH＝GAIR×KCV/NE    (9)

汽缸吸入空气量计算部53使用上式(5a)计算汽缸吸入空气量GAIRCYLN。

式(5a)是递推式，而且计算体积效率ηv的式(7)由于使用汽缸吸入空气量GAIRCYLN的前次值，因此需要设定汽缸吸入空气量GAIRCYLN的初始值GAIRCYLNINI。在本实施方式中，初始值GAIRCYLNINI通过下式(10)被设定为理论汽缸吸入空气量GAIRSTD。因此体积效率ηv的初始值为“1”(式(7))。

GAIRCYLNINI＝GAIRSTD＝PBA×Vcyl/(R×TAK)    (10)

如上所述，在本实施方式中，根据进气压力PBA、进气温度TA和汽缸容积Vcyl计算理论汽缸吸入空气量GAIRSTD，将汽缸吸入空气量的前次计算值GAIRCYLN(k-1)除以理论汽缸吸入空气量GAIRSTD，由此计算出体积效率ηv，使用体积效率ηv、节气门通过空气流量GAIRTH和汽缸吸入空气量的前次计算值GAIRCYLN(k-1)计算汽缸吸入空气量GAIRCYLN(k)。因此，能够在不使用映射表和图表的情况下计算汽缸吸入空气量GAIRCYLN，还由于使用式(7)更新体积效率ηv，因此能够在不受到发动机特性随时间产生的变化的影响的情况下始终取得正确的汽缸吸入空气量GAIRCYLN。

在本实施方式中，吸入空气流量传感器13相当于吸入空气流量取得单元，进气压力传感器8和进气温度传感器9分别相当于进气压力检测单元和进气温度检测单元。另外，ECU 5构成理论汽缸吸入空气量计算单元、体积效率计算单元和汽缸吸入空气量计算单元。

【第2实施方式】

本实施方式中使用图5所示的汽缸吸入空气量计算模块以代替图3所示的汽缸吸入空气量计算模块。除去以下所说明的内容之外，都与第1实施方式相同。

图5的汽缸吸入空气量计算模块在图3的模块中增加了吸入空气流量估计部54，将转换部52和汽缸吸入空气量计算部53分别变更为转换部52a和汽缸吸入空气量计算部53a。

吸入空气流量估计部54根据进气温度TA、进气压力PBA、节气门开度TH和大气压PA，使用下式(11)计算作为吸入空气流量GAIR的估计值的估计吸入空气流量HGAIR。式(11)的KC是用于将流量单位设为[g/sec]的转换常数，KTH(TH)是根据节气门开度TH计算出的开口面积流量函数，ψ(RP)是根据作为节气门3的上游侧压力的大气压PA与作为下游侧压力的进气压力PBA的比率RP(＝PBA/PA)计算出的压力比流量函数，R是气体常数。开口面积流量函数KTH(TH)的值是使用预先通过实验求得的图6(a)所示的KTH图表计算出来的。而压力比流量函数ψ可通过下式(12)给出。式(12)的“κ”是空气的比热比。其中，当空气流速超过声速时，压力比流量函数ψ为极大值而与压力比无关，因此在实际的运算处理中，也使用预先设定的ψ(RP)图表(图6(b))计算压力比流量函数ψ(RP)的值。

数学式2

$\mathrm{HGAIR}=\frac{\mathrm{KC}\×\mathrm{PA}\×\mathrm{KTH}\left(\mathrm{TH}\right)\×\mathrm{\ψ}\left(\mathrm{RP}\right)}{\sqrt{R\×(273+\mathrm{TA})}}---\left(11\right)$

$\mathrm{\ψ}\left(\mathrm{RP}\right)=\sqrt{\frac{2\mathrm{\κ}}{\mathrm{\κ}-1}\{{\mathrm{RP}}^{\frac{2}{\mathrm{\κ}}}-{\left(\frac{1}{\mathrm{RP}}\right)}^{\frac{\mathrm{\κ}+1}{\mathrm{\κ}}}\}}---\left(12\right)$

转换部52a将估计吸入空气流量HGAIR[g/sec]和发动机转速NE用于下式(9a)，计算估计节气门通过空气流量HGAIRTH[g/TDC]。

HGAIRTH＝HGAIR×KCV/NE    (9a)

汽缸吸入空气量计算部53a使用下式(5b)计算汽缸吸入空气量GAIRCYLN。

GAIRCYLN(k)＝(1-CGAIRCYLN)×GAIRCYLN(k-1)+CGAIRCYLN×HGAIRTH(k)    (5b)

在本实施方式中，根据节气门开度TH和进气压力PBA计算估计吸入空气流量HGAIR，使用估计吸入空气流量HGAIR计算汽缸吸入空气量GAIRCYLN，因此无需设置吸入空气流量传感器13，能降低成本。另外，在过渡的运转状态下，与使用吸入空气流量传感器13的情况相比，检测延迟的影响较小，能取得正确的汽缸吸入空气量GAIRCYLN。另外，通过一并使用吸入空气流量传感器13，能够补偿过渡运转状态下吸入空气流量传感器13的检测延迟。这种情况下还能够进行吸入空气流量传感器13的故障检测，能够提升应用于汽缸吸入空气量GAIRCYLN的吸入空气流量GAIR的可靠性。

进而，在发动机的额定运转状态下，也可以将吸入空气流量传感器13检测出的吸入空气流量GAIRTH与估计吸入空气流量HGAIR之差作为估计误差DGAIRE计算出来，按照估计误差DGARIE为“0”的方式修改估计吸入空气流量计算部54的运算所使用的开口面积流量函数KTH。由此能取得更为正确的估计吸入空气流量HGAIR。

在本实施方式中，图5的吸入空气流量估计部54相当于吸入空气流量取得单元。

【第3实施方式】

本实施方式中多次执行第1实施方式中离散化时刻k的体积效率ηv、延迟系数CGAIRCYLN和汽缸吸入空气量GAIRCYLN的运算，从而能够在发动机过渡运转状态下取得更为正确的汽缸吸入空气量GAIRCYLN。除去以下说明内容之外都与第1实施方式相同。

图7是本实施方式的汽缸吸入空气量计算处理的流程图。该处理是通过ECU 5的CPU在每个冲程(在4汽缸发动机的情况下每当曲轴旋转180度时)与TDC脉冲的产生同步地执行的。

在步骤S11中，通过上述式(8)计算理论汽缸吸入空气量GAIRSTD(k)。在步骤S12中，判别初始化标记FINI是否为“1”。由于发动机刚刚启动之后初始化标记FINI为“0”，因此进入步骤S13，将汽缸吸入空气量GAIRCYLN(k)设定为理论汽缸吸入空气量GAIRSTD(k)，并且将体积效率ηv(k)设定为“1.0”。接着，将初始化标记FINI设定为“1”(步骤S14)。

当初始化标记FINI为“1”时，从步骤S13进入步骤S15，将对更新运算的执行次数进行计数的索引参数i设为“0”。在下面的说明中，将附加了索引参数i的GAIRCYLN(i)、ηv(i)和CGAIRCYLN(i)分别称为更新汽缸吸入空气量、更新体积效率和更新延迟系数。

在步骤S16中，将更新汽缸吸入空气量GAIRCYLN(i)(i＝0)设定为汽缸吸入空气量的前次值GAIRCYLN(k-1)，并且把更新体积效率ηv(i)(i＝0)设定为体积效率的前次值ηv(k-1)。

在步骤S17中，使索引参数i递增“1”，在步骤S18中通过下式(7a)计算更新体积效率ηv(i)。

ηv(i)＝GAIRCYLN(i-1)/GAIRSTD(k)    (7a)

在步骤S19中，通过下式(6a)计算更新延迟系数CGAIRCYLN(i)。

CGAIRCYLN(i)＝Vcyl×ηV(i)/Vin    (6a)

在步骤S20中，通过下式(5c)计算更新汽缸吸入空气量GAIRCYLN(i)。

GAIRCYLN(i)＝(1-CGAIRCYLN(i))×GAIRCYLN(i-1)+CGAIRCYLN(i)×GAIRTH(k)    (5c)

在步骤S21中，判别索引参数i是否达到了上限值iMAX。在本实施方式中，例如根据CPU的处理能力(运算速度)将上限值iMAX设定为2以上的值。步骤S21最开始的答案为否定(NO)，因此进入步骤S22，通过下式(21)计算体积效率变化量Dηv。

Dηv＝|ηv(i)-ηv(i-1)|    (21)

在步骤S23中，判别体积效率变化量Dηv是否小于预定阈值Dηv，当该答案为否定(NO)时返回步骤S17，通过步骤S17～S20再次执行更新体积效率ηv(i)和更新汽缸吸入空气量GAIRCYLN(i)的计算。

当步骤S21或S23的答案为肯定(YES)时，进入步骤S24，将该时刻的体积效率ηv(k)和汽缸吸入空气量GAIRCYLN(k)分别设定为该时刻的更新体积效率ηv(i)和更新汽缸吸入空气量GAIRCYLN(i)。

图8是用于说明图7的处理的时序图，示出了汽缸吸入空气量GAIRCYLN增加的过渡状态下的理论汽缸吸入空气量GAIRSTD、汽缸吸入空气量GAIRCYLN和体积效率ηv的变化。表示汽缸吸入空气量GAIRCYLN和体积效率ηv的变化的虚线对应于第1实施方式的计算方法，实线对应于本实施方式的计算方法。

在时刻k的运算中，较细的实线箭头表示i＝1的运算，虚线箭头表示i＝2的运算，单点划线的箭头表示i＝3的运算。该例子表示出时刻k进行了更新运算直到索引参数i为“3”为止的情况，在时刻(k+1)、(k+2)，同样进行更新运算(省略了图示)，在时刻(k+2)能够取得达到额定状态的汽缸吸入空气量GAIRCYLN。通过如上进行更新运算，能够在过渡的运转状态下取得更为正确的体积效率ηv和汽缸吸入空气量GAIRCYLN。

另外，当索引参数i到达上限值iMAX之前，体积效率变化量Dηv也小于预定阈值DηvL时，结束更新运算，因此能够在适当的正时结束更新运算。

在本实施方式中，图7的步骤S11相当于理论汽缸吸入空气量计算单元，步骤S12～S24相当于体积效率计算单元和汽缸吸入空气量计算单元。

【变形例1】

图9是示出图7所示处理的变形例的流程图。图9的处理将图7的步骤S22和S23分别变更为步骤S22a和S23a。在步骤S22a中，通过下式(22)计算汽缸吸入空气量变化量DGACN。

DGACN＝|GAIRCYLN(i)-GAIRCYLN(i-1)|    (22)

在步骤S23a中，判别汽缸吸入空气量变化量DGACN是否小于预定阈值DGACNL，在该答案为否定(NO)的期间内返回步骤S17，若为肯定(YES)，则进入步骤S24。

在该变形例中，当索引参数i到达上限值iMAX之前，汽缸吸入空气量变化量DGACN小于预定阈值DGACNL时，结束更新运算。

【变形例2】

删除图7的步骤S22和S23，当步骤S21的答案为否定(NO)时可以立即返回步骤S17。在该变形例中，始终执行更新运算，直到索引参数i到达上限值iMAX为止。

【第4实施方式】

本实施方式向第2实施方式导入与第3实施方式相同的更新运算。

图10是本实施方式的汽缸吸入空气量计算处理的流程图，对图7的处理增加了步骤S11a，并且将步骤S20变更为步骤S20a。

在步骤S11a中，执行第2实施方式的吸入空气流量估计部54和转换部52a的运算处理，计算估计节气门通过空气流量HGAIRTH。

在步骤S20a中，通过下式(5d)计算更新汽缸吸入空气量GAIRCYLN(i)。式(5d)是将式(5c)的节气门通过空气流量GAIRTH变更为估计节气门通过空气流量HGAIRTH而得到的。

GAIRCYLN(i)＝(1-CGAIRCYLN(i))×GAIRCYLN(i-1)+CGAIRCYLN(i)×HGAIRTH(k)    (5d)

在本实施方式中，使用估计吸入空气流量HGAIR代替检测吸入空气流量GAIR，因此如上所述，在发动机的过渡的运转状态下，吸入空气流量的检测延迟的影响变小，与第3实施方式相比，能取得更为正确的汽缸吸入空气量GAIRCYLN。

在本实施方式中，也可以与图9的处理同样地将步骤S22和S23变更为步骤S22a和S23a。

在本实施方式中，步骤S11a、S12～S19、S20a和S21～S24相当于体积效率计算单元和汽缸吸入空气量计算单元。

并且，本发明不限于所述实施方式，可进行各种变形。例如在所述实施方式中使用式(8)计算理论汽缸吸入空气量GAIRSTD，也可以通过如下说明的方法进行计算。

图11是用于说明计算理论汽缸吸入空气量GAIRSTD的其他方法的图，示出发动机转速NE恒定的条件下进气压力PBA与汽缸吸入空气量GAIRCYL的关系。图11的PA0是基准状态的大气压(例如101.3kPa(760mmHg))，GAIRWOT是当进气压力PBA等于基准大气压PA0且实际的进气温度为基准温度TA0(例如25℃)时实际测量到的汽缸吸入空气量(以下称之为“最大汽缸吸入空气量”)。最大汽缸吸入空气量GAIRWOT是通过将吸入空气流量传感器检测到的吸入空气流量GAIR用于式(9)而取得的。

当进气压力PBA变化时，理论汽缸吸入空气量如图11所示在理论线LSTD上移动，当大气压PA变化时，最大汽缸吸入空气量GAIRWOT在理论线LSTD上移动，因此能够使用理论线LSTD而与大气压PA的变化无关。所以，根据发动机转速NE计算最大汽缸吸入空气量GAIRWOT，与所检测出的进气压力PBA一起用于下式(21)，从而能计算出作为基准状态下的理论汽缸吸入空气量的基本理论汽缸吸入空气量GAIRSTDB。

GAIRSTDB＝GAIRWOT×PBA/PA0    (21)

进而，根据所检测出的进气温度TA和发动机冷却水温TW校正基本理论汽缸吸入空气量GAIRSTDB，从而能取得理论汽缸吸入空气量GAIRSTD。实际的进气温度会由于发动机温度(尤其是进气口温度)的影响而偏离进气温度传感器9检测出的进气温度TA，因此优选进行对应于发动机冷却水温TW的校正。

图12是通过所述方法计算理论汽缸吸入空气量GAIRSTD的处理的流程图。

在步骤S31中，根据发动机转速NE检索图13(a)所示的GAIRWOT图表，计算最大汽缸吸入空气量GAIRWOT。在步骤S32中，通过上式(21)计算基本理论汽缸吸入空气量GAIRSTDB。

在步骤S33中，根据检测出的进气温度TA检索图13(b)所示的KTAGAIR图表，计算进气温度校正系数KTAGAIR。KTAGAIR图表被设定为进气温度TA越高则进气温度校正系数KTAGAIR越减少。

在步骤S34中，根据检测出的发动机冷却水温TW检索图13(c)所示的KTWGAIR图表，计算冷却水温校正系数KTWGAIR。KTWGAIR图表被设定为冷却水温TW越高则冷却水温校正系数KTWGAIR越减少。

在步骤S35中，通过下式(22)计算理论汽缸吸入空气量GAIRSTD(k)。

GAIRSTD(k)＝GAIRSTDB×KTAGAIR×KTWGAIR    (22)

根据图12的处理，与所述式(8)的运算相比，既能抑制运算量的增加，又能提升理论汽缸吸入空气量GAIRSTD的计算精度。

另外，在所述实施方式中，使用大气压传感器33检测出的大气压PA计算估计吸入空气流量HGAIR，也可以使用通过公知的大气压估计方法(例如参见美国专利第6016460号公报)计算出的估计大气压HPA计算估计吸入空气流量HGAIR。

另外，在所述实施方式中，示出了将本发明用于汽油内燃发动机的例子，本发明也能用于柴油内燃发动机。本发明还能用于以曲轴为铅直方向的船外机等船舶推进机用发动机等。

符号说明

1内燃机；1a汽缸；2进气管；3节气门；5电子控制单元(理论汽缸吸入空气量计算单元、体积效率计算单元、汽缸吸入空气量计算单元)；8进气压力传感器(进气压力检测单元)；9进气温度传感器(进气温度检测单元)；13吸入空气流量传感器(吸入空气流量取得单元)

Claims (12)

1.一种内燃机的汽缸吸入空气量计算装置，其计算作为被吸入内燃机汽缸的新空气量的汽缸吸入空气量，其特征在于，具有： 

吸入空气流量取得单元，其取得吸入空气流量，该吸入空气流量是通过所述内燃机的进气通路的新空气的流量； 

进气压力检测单元，其检测所述内燃机的进气压力； 

进气温度检测单元，其检测进气温度，该进气温度是被吸入所述内燃机的空气的温度； 

理论汽缸吸入空气量计算单元，其根据所述进气压力和进气温度计算理论汽缸吸入空气量； 

体积效率计算单元，其将所述汽缸吸入空气量的前次计算值除以所述理论汽缸吸入空气量，由此计算所述内燃机的体积效率；以及 

汽缸吸入空气量计算单元，其使用所述体积效率、所述吸入空气流量以及所述汽缸吸入空气量的前次计算值，计算所述汽缸吸入空气量， 

所述体积效率计算单元将所述汽缸吸入空气量计算单元计算出的汽缸吸入空气量用作所述前次计算值，在1个冲程内至少更新1次所述体积效率， 

所述汽缸吸入空气量计算单元使用更新后的体积效率，在1个冲程内至少更新1次所述汽缸吸入空气量。 

2.根据权利要求1所述的汽缸吸入空气量计算装置，其中，所述吸入空气流量取得单元使用吸入空气流量传感器检测所述吸入空气流量。 

3.根据权利要求1所述的汽缸吸入空气量计算装置，其中，所述吸入空气流量取得单元根据所述内燃机的节气门的开度和所述进气压力，估计所述吸入空气流量。 

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的汽缸吸入空气量计算装置，其中，所述体积效率计算单元和汽缸吸入空气量计算单元分别执行预定次数的所述体积效率的更新和所述汽缸吸入空气量的更新。 

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的汽缸吸入空气量计算装置，其中，所述体积效率计算单元和汽缸吸入空气量计算单元分别执行所述体积效率的更新和所述汽缸吸入空气量的更新，直到所述体积效率的前次值与更新后的值之差小于第1预定量或者所述汽缸吸入空气量的前次值与更新后的值之差小于第2预定量为止。 

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的汽缸吸入空气量计算装置，其中，所述体积效率计算单元和汽缸吸入空气量计算单元在紧接所述内燃机启动之后将所述理论汽缸吸入空气量用作所述汽缸吸入空气量的前次计算值。 

7.一种内燃机的汽缸吸入空气量计算方法，计算作为被吸入内燃机汽缸的新空气量的汽缸吸入空气量，其特征在于，具有下述步骤： 

a）取得吸入空气流量，该吸入空气流量是通过所述内燃机的进气通路的新空气的流量； 

b）检测所述内燃机的进气压力； 

c）检测进气温度，该进气温度是被吸入所述内燃机的空气的温度； 

d）根据所述进气压力和进气温度计算理论汽缸吸入空气量； 

e）将所述汽缸吸入空气量的前次计算值除以所述理论汽缸吸入空气量，由此计算出所述内燃机的体积效率； 

f）使用所述体积效率、所述吸入空气流量和所述汽缸吸入空气量的前次计算值，计算所述汽缸吸入空气量， 

所述步骤e）包括如下步骤：将所述步骤f）中计算出的汽缸吸入空气量用作所述前次计算值，在1个冲程内至少更新1次所述体积效率， 

所述步骤f）包括如下步骤：使用更新后的体积效率在1个冲程内至少更新1次所述汽缸吸入空气量。 

8.根据权利要求7所述的汽缸吸入空气量计算方法，其中，在所述步骤a）中，使用吸入空气流量传感器检测所述吸入空气流量。 

9.根据权利要求7所述的汽缸吸入空气量计算方法，其中，在所述步骤a）中，根据所述内燃机的节气门的开度和所述进气压力估计所述吸入空气流量。 

10.根据权利要求7至9中的任一项所述的汽缸吸入空气量计算方法，其中，对所述体积效率和所述汽缸吸入空气量分别进行预定次数的更新。 

11.根据权利要求7至9中的任一项所述的汽缸吸入空气量计算方法，其中，对所述体积效率和所述汽缸吸入空气量进行更新，直到所述体积效率的前次值与更新后的值之差小于第1预定量或者所述汽缸吸入空气量的前次值与更新后的值之差小于第2预定量为止。 

12.根据权利要求7至9中的任一项所述的汽缸吸入空气量计算方法，其中，在紧接所述内燃机启动之后，将所述理论汽缸吸入空气量用作所述汽缸吸入空气量的前次计算值。 

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