CN102597466A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内燃机的控制装置，该内燃机具有设置在进气通道内的节气门。根据内燃机转速计算全开吸入空气量，该全开吸入空气量是与使节气门全开的状态对应的吸入空气量，根据全开吸入空气量以及进气压计算与内燃机的废气没有回流到燃烧室的状态对应的理论吸入空气量。检测或者估计内燃机的实际吸入空气量，并采用理论吸入空气量以及实际吸入空气量计算废气回流率。使用计算出的废气回流率控制内燃机。

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，尤其涉及根据废气回流率进行控制的内燃机的控制装置，其中，该废气回流率表示吸入到内燃机的燃烧室的气体中包含的废气(燃烧气体)的比例。

背景技术

专利文献1中示出了这样的内燃机的控制装置：计算燃烧后残留在燃烧室内的燃烧气体的残留率、即残留气体率(内部废气回流率)，并根据残留气体率控制点火正时。通过该控制装置，根据内燃机转速、阀溢流量(进气阀的开阀期间与排气阀的开阀期间的重叠期间)、进气压、废气温度以及吸入空气量，计算残留气体率。

此外，在具有废气回流机构的内燃机的控制装置中，以往一直使用根据废气回流控制阀的开度使用映射图计算废气回流率的方法，其中，该映射图用于计算废气回流率(外部废气回流率)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-269306号公报

发明内容

发明要解决的课题

专利文献1所示的残留气体率的计算方法中存在以下问题：用于计算的参数较多，表和映射图的设定工作量较多。此外，在用于计算外部废气回流率的以往的方法中，与各种内燃机运转状态相对应地需要许多的映射图。因此，由于同时考虑内部废气回流以及外部废气回流后计算废气回流率，因此需要更多的表和映射图，设定工作量变得庞大。

本发明着眼于此点而完成，其目的在与提供一种能够以比较简单的方法计算与内燃机运转状态相对应的准确的废气回流率的内燃机的控制装置。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，本发明提供一种具有设置于进气通道(2)内的节气门(3)的内燃机的控制装置。该控制装置具有：转速检测单元，其检测所述内燃机的转速(NE)；进气压检测单元，其检测所述内燃机的进气压(PBA)；全开吸入空气量计算单元，其根据所述内燃机转速(NE)计算与使所述节气门(3)全开的状态对应的吸入空气量、即全开吸入空气量(GAWOT)；理论吸入空气量计算单元，其根据所述全开吸入空气量(GAWOT)以及所述进气压(PBA)计算与所述内燃机的废气没有回流到所述内燃机的燃烧室的状态对应的理论吸入空气量(GATH)；吸入空气量取得单元，其检测或者估计所述内燃机的实际吸入空气量(GAIRCYL)；以及废气回流计算单元，其采用所述理论吸入空气量(GATH)以及实际吸入空气量(GAIRCYL)计算废气回流率(REGRT)，使用所述废气回流率(REGRT)控制所述内燃机。

通过该结构，根据内燃机转速计算与使所述节气门全开的状态对应的吸入空气量、即全开吸入空气量，根据全开吸入空气量以及进气压计算与完全不存在废气回流的状态对应的理论吸入空气量，使用检测或者估计的实际吸入空气量和理论吸入空气量计算废气回流率，并使用计算出的废气回流率进行内燃机的控制。因此，不需要为了计算废气回流率而预先设定与各种内燃机运转状态对应的多个映射图，能够大幅度减少映射图设定工作量。进而，即便大气压发生变化，也不需要与此相伴的校正计算，能够简便并且准确地计算出废气回流率。

所述控制装置还优选具有：最佳点火正时计算单元，其根据所述废气回流率(REGRT)计算使所述内燃机的输出为最大的最佳点火正时(IGMBT)；点火正时控制单元，其使用所述最佳点火正时(IGMBT)控制所述内燃机的点火正时。

通过该结构，根据废气回流率计算最佳点火正时，使用计算出的最佳点火正时进行点火正时控制。由于确认了废气回流率和最佳点火正时之间的关系不受进气阀的动作相位和外部废气回流的有无的影响，因此，通过根据废气回流率设定最佳点火正时，能够简便地计算出适合于发动机运转状态的最佳点火正时。

所述点火正时控制单元优选具有爆震临界点火正时计算单元，该爆震临界点火正时计算单元根据所述废气回流率(REGRT)计算与所述内燃机中的爆震的发生临界对应的爆震临界点火正时(IGKNOCK)，所述点火正时控制单元使用所述最佳点火正时(IGMBT)或者爆震临界点火正时(IGKNOCK)之一的滞后侧的点火正时进行所述点火正时的控制。

通过该结构，根据废气回流率计算爆震临界点火正时。由于爆震临界点火正时与废气回流率的相关性较高，因此，能够根据废气回流率计算爆震临界点火正时，从而高精度地进行在能可靠地避免爆震的范围内使内燃机输出最大化的点火正时控制。

所述内燃机优选具有改变进气阀的动作相位(CAIN)的进气阀动作相位变更机构(42)，所述点火正时控制单元具有校正单元，其根据所述动作相位(CAIN)校正所述爆震临界点火正时(IGKNOCK)。

通过该结构，由于根据进气阀的动作相位校正爆震临界点火正时，因此，在根据内燃机运转状态使进气阀的动作相位变化的内燃机中也能够得到准确的爆震临界点火正时。

所述校正单元优选根据所述动作相位(CAIN)计算所述内燃机的实效压缩比(CMPR)，根据该实效压缩比(CMPR)校正所述爆震临界点火正时(IGKNOCK)。

通过该结构，根据进气阀动作相位计算内燃机的实效压缩比，根据该实效压缩比校正爆震临界点火正时。由于爆震临界点火正时依赖实效压缩比发生变化，因此，通过根据进气阀动作相位计算实效压缩比，并根据该实效压缩比校正爆震临界点火正时，能够进行更准确的校正。

所述控制装置优选还具有：节气门开度检测单元，其检测所述节气门的开度(TH)；以及有效开度计算单元，其根据所述内燃机转速(NE)计算所述进气压(PBA)相对于所述节气门开度(TH)的增加的增加率在预定增加率以下的所述节气门的有效开度(THEFCT)，所述废气回流率计算单元在所述节气门开度(TH)在所述有效开度(THEFCT)以上时，将所述废气回流率(REGRT)设为“0”。

通过该结构，根据内燃机转速计算节气门的有效开度，在检测出的节气门开度在有效开度以上时，废气回流率设定为“0”。进行急加速时，实际供给到气缸的空气量的增加比进气压的增加延迟，其中，该急加速是指在内燃机的低旋转状态下节气门开度急剧增加。因此，使用实际吸入空气量和理论吸入空气量(根据进气压计算出)计算废气回流率时，计算误差变大。由于在检测出的节气门开度在有效开度以上时，实际的废气回流率几乎为“0”，因此，通过将废气回流率设定为“0”，能够更准确地使实际的废气回流率近似。因此，通过使用如此计算出的废气回流率进行内燃机控制(点火正时控制、燃料供给量控制)，能够防止急加速过度运转状态中的不恰当的控制，并防止爆震的发生或者废气特性的恶化。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的内燃机及其控制装置的结构的图。

图2是示出图1所示的阀动作特性变更装置的概略结构的图。

图3是示出进气阀的动作相位的变化的图。

图4是用于说明全废气回流率(REGRT)的计算方法的图。

图5是用于说明相对于大气压的变化的理论全开空气量(GAWOT)的变化的图。

图6是用于说明进气温度校正的图。

图7是示出全废气回流率(REGRT)与最佳点火正时(IGMBT)之间的关系的图。

图8是示出质量燃烧比例(RCMB)的推移的图。

图9是示出全废气回流率(REGRT)与EGR爆震校正量(DEGRT)之间的关系的图。

图10是计算全废气回流率的处理(第一实施方式)的流程图。

图11是计算点火正时(IGLOG)的处理的流程图。

图12是在图11的处理中执行的IGKNOCK计算处理的流程图。

图13是用于说明在图12的处理中参照的表以及映射图的设定的图。

图14是用于说明实际压缩比(CMPR)的计算方法的图。

图15是用于说明第一实施方式中的问题的时间图。

图16是用于说明有效节气门开度(THEFCT)的图。

图17是计算全废气回流率的处理(第二实施方式)的流程图。

图18是示出在图17的处理中参照的表的图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施方式。

(第一实施方式)

图1是示出本发明的一个实施方式的内燃机及其控制装置的结构的图。图2是示出阀动作特性变更装置的结构的图。在图1中，例如具有4个气缸的内燃机(以下，仅称作“发动机”)1具有进气阀、排气阀以及驱动进气阀和排气阀的凸轮，同时具有阀动作特性变更装置40，该阀动作特性变更装置40具有作为凸轮相位变更机构的阀动作特性变更机构42，该凸轮相位变更机构连续地变更驱动进气阀的凸轮的、以曲柄轴旋转角度为基准的动作相位。由阀动作特性变更机构42变更驱动进气阀的凸轮的动作相位，并变更进气阀的动作相位。

发动机1的进气管2中配置有节气门3。此外，用于检测节气门开度TH的节气门开度传感器4与节气门3联结，其检测信号被供给到电子控制单元(以下，称为“ECU”)5。用于驱动节气门3的致动器7与节气门3连接，致动器7由ECU5控制其动作。

在排气管21与进气管2之间设置有废气回流通道22，废气回流通道22在节气门3的下游侧与进气管2连接。废气回流通道22中设置有用于控制废气回流量的废气回流控制阀23，废气回流控制阀23由ECU5控制其动作。

进气管2中设置有用于检测发动机1的吸入空气流量GAIR的吸入空气流量传感器13。吸入空气流量传感器13的检测信号被供给到ECU5。

燃料喷射阀6按照各气缸设置在发动机1与节气门3之间且进气管2的未图示的进气阀的稍靠上游侧，各喷射阀与未图示的燃料泵连接的同时，与ECU5电连接并通过来自该ECU5的信号控制燃料喷射阀6的开阀时间。

发动机1的各气缸的火花塞15与ECU5连接，ECU5将点火信号供给到火花塞15，进行点火正时控制。

在节气门3的下游安装有用于检测进气压PBA的进气压传感器8以及用于检测进气温度TA的进气温度传感器9。此外，在发动机1的主体中安装有用于检测发动机冷却水温TW的发动机冷却水温传感器10。这些传感器的检测信号被供给到ECU5。

用于检测发动机1的曲柄轴(未图示)的旋转角度的曲柄角度位置传感器11以及用于检测固定有凸轮的凸轮轴的旋转角度的凸轮角度位置传感器12与ECU5连接，与曲柄轴的旋转角度以及凸轮轴的旋转角度对应的信号被供给到ECU5，其中，上述凸轮用于驱动发动机1的进气阀。曲柄角度位置传感器11按照每个固定曲柄角周期(例如6度周期)产生1个脉冲(以下，称作“CRK脉冲”)和用于确定曲柄轴的预定角度位置的脉冲。此外，凸轮角度位置传感器12在发动机1的特定的气缸的预定曲柄角度位置产生脉冲(以下，称作“CYL脉冲”)，在各气缸的吸入行程开始时的上止点(TDC)产生脉冲(以下，称作“TDC脉冲”)。这些脉冲用于燃料喷射正时、点火正时等各种时机控制以及发动机转速(发动机旋转速度)NE的检测。此外，根据由凸轮角度位置传感器12输出的TDC脉冲和由曲柄角度位置传感器11输出的CRK脉冲之间的相对关系检测凸轮轴的实际的动作相位CAIN。

在发动机1的适当位置安装有用于检测高频振动的爆震传感器14，其检测信号被供给到ECU5。此外，用于检测由发动机1驱动的车辆的加速踏板的踏入量(以下，称作“加速踏板操作量”)AP的加速传感器31、用于检测该车辆的行驶速度(车速)VP的车速传感器32以及用于检测大气压PA的大气压传感器33与ECU5连接。这些传感器的检测信号被供给到ECU5。

阀动作特性变更装置40如图2所示具有：阀动作特性变更机构42，其连续地变更进气阀的动作相位，以及电磁阀44，为了连续地变更进气阀的动作相位，电磁阀44的开度可连续地变更。使用所述凸轮轴的动作相位CAIN(以下，称作“进气阀动作相位CAIN”)作为表示进气阀的动作相位的参数。由油泵45向电磁阀44加压并供给油盘46的润滑油。另外，阀动作特性变更机构42的具体结构例如已在特开2000-227013号公报中公开。

通过阀动作特性变更机构42，以图3中实线L2所示的特性为中心，随着进气阀动作相位CAIN的变化，以从虚线L1所示的最超前相位到点划线L3所示的最滞后相位之间的相位驱动进气阀。在本实施方式中，进气阀动作相位CAIN定义为以最滞后相位为基准的超前量。

ECU5除了具有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，将逻辑信号值转换成数字信号值等功能的输入电路、中央运算处理单元(以下，称作“CPU”)、存储由CPU执行的运算程序以及运算结果等的存储电路之外，还由致动器7、燃料喷射阀6、火花塞15、废气回流控制阀23以及将驱动信号供给到电磁阀44的输出电路等构成。

ECU5的CPU根据上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、供给到发动机1的燃料量(燃料喷射阀6的开阀时间)的控制、基于废气回流控制阀23的废气回流控制以及基于电磁阀44的阀动作特性的控制。

图4是用于说明本实施方式中的全废气回流率(以下，称作“全EGR率”)REGRT的计算方法的图，示出进气压PBA与吸入发动机的气体量(空气量+回流废气量)之间的关系(发动机转速NE以及进气阀动作相位CAIN固定)。全EGR率REGRT是内部废气回流和经由废气回流通道22的外部废气回流构成的全回流废气量相对于全吸入气体量(理论吸入空气量GATH)的比例(参照下述式(2))。

在该图中，动作点PWOT是一种假设与使节气门3全开的状态对应，不进行外部废气回流，且不存在内部废气回流的理想的动作点。在动作点PWOT，吸入空气量在发动机转速NE固定的条件下为最大。另外，即便在使节气门3全开的状态下实际上也不存在残留气体率(内部废气回流率)为“0”的情况。但是，由于进气压PBAWOT几乎与大气压PA相等，因此，内部废气回流率为最小。通过动作点PWOT和原点的直线LTH表示假设不进行外部废气回流且不存在内部废气回流的理想的吸入空气量与进气压之间的关系。以下，将该直线LTH称作“理论吸入空气量直线LTH”。此外，线L11以及L12分别示出仅考虑内部废气回流时的关系以及同时考虑内部废气回流和外部废气回流时的关系。另外，线L11以及L12实际上不是直线，但是为了方便说明而用直线表示。

将与进气压为PBA1的状态相对应的理论吸入空气量直线LTH上的气体量设为“理论吸入空气量GATH”时，用下述式(1)表示理论吸入空气量GATH。式(1)的GAIRCYL为吸入空气量(新气体量)，GEGRIN、GEGREX以及GEGRT分别为内部回流废气量、外部回流废气量以及全回流废气量。

GATH＝GAIRCYL+GEGRIN+GEGREX

＝GAIRCYL+GEGRT    (1)

因此，通过下述式(2)计算全EGR率REGRT。

REGRT＝GEGRT/GATH

＝(GATH-GAIRCYL)/GATH    (2)

图5是用于说明大气压发生变化的情况的图，相当于全开动作点PWOT1为与基准状态对应的动作点，进气压PBA为基准进气压PBASTD(例如，100kPa(750mmHg))的状态。随着该车辆移动到高地，大气压下降，动作点PWOT1如动作点PWOT2、PWOT3那样在理论吸入空气量直线LTH上移动。从各动作点PWOT1～PWOT3出发的曲线L21～L23分别表示考虑了内部废气回流(不进行外部废气回流的情况下的)吸入空气量GAIRCYL。

这样，在本实施方式中，不需要相对于大气压变化变更理论吸入空气量直线LTH，即便在高地也能够计算出准确的全EGR率REGRT。

但是，有必要进行与进气温度TA的变化相符的空气密度校正，并根据检测的进气温度TA进行基于下述式(3)的校正。式(3)的TASTD为基准状态的进气温度(例如，25℃)，GAWOTSTD是与基准状态中的全开动作点PWOT对应的吸入空气量，以下称作“基准理论全开空气量GAWOTSTD”。此外，GAWOT是与检测的进气温度TA的运转状态中的全开动作点PWOT对应的吸入空气量，称作“理论全开空气量GAWOT”。“n”是通过实验设定成从“0”到“1”之间的值的常数，例如，设定成“0.5”。

$\mathrm{GAWOT}=\mathrm{GAWOTSTD}\×{\left(\frac{\mathrm{TASTD}+273}{\mathrm{TA}+273}\right)}^n---\left(3\right)$

图6所示的直线LTHSTD是基准状态中的理论吸入空气量直线，直线LTH是与检测进气温度TA对应的理论吸入空气量直线。另外，图6与检测进气温度TA高于基准进气温度TASTD的例子对应。

图7是示出全EGR率REGRT与最佳点火正时IGMBT之间的关系(发动机转速NE固定)的图。最佳点火正时IGMBT是发动机输出转矩为最大的点火正时。在该图中，符号●和○与进气阀动作相位CAIN为0度的运转状态对应，符号■和□与进气阀动作相位CAIN为20度的运转状态对应，符号▲和△与进气阀动作相位CAIN为45度的运转状态对应。此外，符号●、■和▲与不进行外部废气回流的情况(仅进行内部废气回流)对应，符号○、□和△与进行外部废气回流的情况(内部废气回流+外部废气回流)对应。

根据图7可确认全EGR率REGRT与最佳点火正时IGMBT之间的关系不依赖于进气阀的动作相位CAIN或者外部废气回流的有无，能够采用曲线L31代表。因此，通过预先设置一个与发动机转速NE和全EGR率REGRT对应设定的最佳点火正时计算映射图(IGMBT映射图)，从而能够进行与全部运转状态对应的最佳点火正时的设定。由此，能够大幅度降低映射图设定工作量。

图8是示出吸入到燃烧室内的混合气体的质量燃烧比例RCMB的变化特性(横轴表示曲柄角度CA)的图。同图(a)表示使充填效率ηc固定，使全EGR率REGRT变化时的特性，曲线L41～L43分别与全EGR率REGRT为6.3％、16.2％以及26.3％的运转状态对应。曲线L41意味着燃烧速度最快。即，可确认全EGR率REGRT是使混合气体的燃烧速度变化的主要原因。

另一方面，图8(b)示出使全EGR率固定，使充填效率ηc变化时的特性(实现、虚线以及点划线)。图所示的实线、虚线以及点划线几乎重叠，也能够确认：即便使充填效率ηc变化，混合气体的燃烧速度也几乎不变化。因此，能够确认不根据充填效率ηc(吸入新气体量)，而是根据全EGR率REGRT设定最佳点火正时IGMBT较恰当。

图9是示出全EGR率REGRT与EGR爆震校正量DEGRT之间的关系(发动机转速NE固定)的图。EGR爆震校正量DEGRT是用于计算爆震临界点火正时IGKNOCK的点火正时校正量，适用于进行与回流废气量的变化对应的校正，其中，爆震临界点火正时IGKNOCK表示爆震的发生临界。该图所示的符号○、□和△表示与充填效率ηc不同的状态对应的数据，能够确认不依赖于充填效率ηc。因此，能够在发动机转速NE固定的状态下，采用曲线L51代表全EGR率REGRT与EGR爆震校正量DEGRT之间的关系。由此，能够通过使用根据发动机转速NE以及全EGR率REGRT设定的DEGRT映射图适当地设定EGR爆震校正量DEGRT。另外，由曲线L51表示的关系基本上不依赖于进气阀动作相位CAIN，但是，也考虑有由于发动机特性的偏差等而需要进行与进气阀动作相位CAIN对应的修正。此种情况下，也可设置与进气阀动作相位CAIN对应的多个表，或者进行与进气阀动作相位CAIN对应的校正。

图10是计算全EGR率REGRT的处理的流程图。该处理与TDC脉冲的产生同步，由ECU5的CPU执行。

在步骤S11中，检索根据发动机转速NE以及进气阀动作相位CAIN设定的GAWOTSTD映射图，并计算基准理论全开空气量GAWOTSTD。在步骤S12中，进行基于上述式(3)的与进气温度TA对应的校正，计算理论全开空气量GAWOT。

在步骤S13中，将检测出的进气压PBA用于下述式(4)，计算理论吸入空气量GATH。

GATH＝GAWOT×PBA/PBASTD    (4)

在步骤S14中，将检测出的吸入空气量流量GAIR[g/sec]用于下述式(5)，转换成1个气缸的1个进气行程中的吸入空气量GAIRCYL。式(5)的KC是转换系数。

GAIRCYL＝GAIR×KC/NE    (5)

在步骤S15中，通过上述式(2)计算全EGR率REGRT。

图11是用于计算通过从压缩上止点起的超前量表示的点火正时IGLOG的处理的流程图。该处理与TDC脉冲的产生同步，由ECU5的CPU执行。

在步骤S21中，根据发动机转速NE以及全EGR率REGRT检索IGMBT映射图(参照图7)，并计算最佳点火正时IGMBT。在步骤S22中，执行图12所示的IGKNOCK计算处理，并计算爆震临界点火正时IGKNOCK。

在步骤S23中，判断最佳点火正时IGMBT是否在爆震临界点火正时IGKNOCK以上，如果答案是肯定(是)时，将基本点火正时IGB设定成爆震临界点火正时IGKNOCK(步骤S24)。当在步骤S23中最佳点火正时IGMBT较小时，将基本点火正时IGB设定成最佳点火正时IGMBT(步骤S25)。

在步骤S26中，在基本点火正时IGB上加上例如根据发动机冷却水温TW计算出的校正值IGCR后，计算点火正时IGLOG。

ECU5的CPU根据计算出的点火正时IGLOG进行由火花塞15执行的点火。

图12是在图11的步骤S22中执行的IGKNOCK计算处理的流程图。

在步骤S31中，根据发动机转速NE以及吸入空气量GAIRCYL检索IGKNOCKB映射图，并计算基本爆震临界点火正时IGKNOCKB。与全EGR率REGRT设定为预定基准值且进气阀动作相位CAIN设定为“0度”的状态对应地设定IGKNOCKB映射图。

在步骤S32中，根据进气阀动作相位CAIN检索图13(a)所示的CMPR表，计算实效压缩比CMPR。在进气阀动作相位CAIN变化时，进气阀的闭阀时间CACL变化，实效压缩比CMPR变化。CMPR表中设定有预先计算出的进气阀动作相位CAIN与实效压缩比CMPR之间的关系。

在步骤S33中，根据实效压缩比CMPR以及发动机转速NE检索DCMPR映射图，计算压缩比爆震校正量DCMPR。压缩比爆震校正量DCMPR如图13(b)所示，取“0”以下的值，设定成：实效压缩比CMPR越增加，压缩比爆震校正量DCMPR越减少。

在步骤S34中，根据全EGR率REGRT以及发动机转速NE检索DEGRT映射图，计算EGR爆震校正量DEGRT。EGR爆震校正量DEGRT取比“0”大的值，如图9所示，设定成：全EGR率REGRT越增加，EGR爆震校正量DEGRT越增加。

在步骤S35中，在下述式(6)中使用基本爆震临界点火正时IGKNOCKB、压缩比爆震校正量DCMPR以及EGR爆震校正量DEGRT计算爆震临界点火正时IGKNOCK。

IGKNOCK＝IGKNOCKB +DCMPR +DEGRT(6)

另外，在本实施方式中，也使用全EGR率REGRT计算燃料喷射阀6的开阀时间、即燃料喷射量TOUT。

此外，根据爆震传感器14进行的爆震的检测结果进行爆震临界点火正时IGKNOCK的修正，在图12中进行了省略。

图14是用于说明计算实效压缩比CMPR的方法的图，同图(a)示出进气阀的升程曲线，同图(b)放大性地示出同图(a)的A部、即升程曲线的闭阀时间附近。分别与这些图所示的各升程曲线L61、L62、L63相对应地求出升程量LFT等于预定升程量阀值LFTCMP(设定成比“0”稍微大些的升程量)的曲柄角度CA1、CA2、CA3，如图14(c)所示地求出与各曲柄角度CA1～CA3中的活塞位置相对应的气缸容积VCC1、VCC2、VCC3。根据下述式(7)～(9)计算与各升程曲线L61～L63对应的实效压缩比CMPR1、CMPR2、CMPR3。VCCTDC是活塞位于上止点时的气缸容积。

CMPR1＝VCC1/VCCTDC    (7)

CMPR2＝VCC2/VCCTDC    (8)

CMPR3＝VCC3/VCCTDC    (9)

如上面所述，在本实施方式中，根据进气阀动作相位CAIN以及发动机转速NE计算与使节气门3全开的状态对应的吸入空气量、即理论全开空气量GAWOT，根据理论全开空气量GAWOT以及进气压PBA计算与回流废气量为“0”的假想状态对应的理论吸入空气量GATH，使用检测的吸入空气量GAIRCYL和理论吸入空气量GATH计算全EGR率REGRT。因此，为了计算废气回流率，不需要预先设定与各种发动机运转状态对应的多个映射图，能够大幅度消减映射图设定工作量。进而，即便大气压发生变化，也不需要与此相伴的校正计算，能够简便并且准确地计算出废气回流率。

此外，由于根据全EGR率REGRT计算最佳点火正时IGMBT，因此，能够得到甚至考虑了内部废气回流的高精度的最佳点火正时IGMBT。此外，由于确认了全EGR率REGRT和最佳点火正时IGMBT之间的关系不受进气阀动作相位CAIN和外部废气回流的有无的影响(图7)，因此，通过根据全EGR率REGRT设定最佳点火正时IGMBT，能够简便地计算适合于发动机运转状态的最佳点火正时IGMBT。并且，通过使用计算出的最佳点火正时IGMBT进行点火正时控制，能够充分地发挥发动机的输出性能。

此外，根据全EGR率REGRT计算EGR爆震校正量DEGRT，根据EGR爆震校正量DEGRT校正基本爆震临界点火正时IGKNOCKB，从而计算爆震临界点火正时IGKNOCK。由于爆震临界点火正时IGKNOCK与全EGR率REGRT的相关性较高(参照图9)，因此，通过进行基于EGR爆震校正量DEGRT的校正，能够在能可靠地避免爆震的范围内高精度地进行使发动机输出最大化的点火正时控制，其中，上述EGR爆震校正量DEGRT根据全EGR率REGRT来计算。

此外，根据进气阀动作相位CAIN计算压缩比爆震校正量DCMPR，由于根据压缩比爆震校正量DCMPR校正基本爆震临界点火正时IGKNOCKB，因此，即便在根据发动机运转状态使进气阀动作相位CAIN变化的情况下，也能够得到准确的爆震临界点火正时IGKNOCK。

更具体地说，根据进气阀动作相位CAIN计算发动机的实效压缩比CMPR，并根据该实效压缩比CMPR计算压缩比爆震校正量DCMPR。由于爆震临界点火正时IGKNOCK依赖实效压缩比CMPR发生变化，因此，通过根据进气阀动作相位CAIN计算实效压缩比CMPR，根据该实效压缩比CMPR校正基本爆震临界点火正时IGKNOCKB，能够进行更准确的校正。

在本实施方式中，曲柄角度位置传感器11以及进气压传感器8相当于转速检测单元以及进气压检测单元，阀动作特性变更机构42相当于进气阀动作相位变更机构，吸入空气流量传感器13相当于吸入空气量取得单元，ECU5构成全开吸入空气量计算单元、理论吸入空气量计算单元、废气回流率计算单元、最佳点火正时计算单元、爆震临界点火正时计算单元以及校正单元。具体地说，图10的步骤S11以及S12相当于全开吸入空气量计算单元，步骤S13相当于理论吸入空气量计算单元，步骤S15相当于废气回流率计算单元，图11的步骤S21相当于最佳点火正时计算单元，图12的处理相当于爆震临界点火正时计算单元，步骤S32、S33以及S35相当于校正单元。

(第二实施方式)

通过上述的图10所示的处理计算出的全EGR率REGRT在节气门开度TH的变化速度比较低时，高精度地使其与实际的全废气回流率一致。但是，存在以下问题：由于在节气门开度增加速度较高的过度运转状态(以下，称作“急加速运转状态”)下，实际被吸入到气缸的空气量GAIRACT的变化延迟，因此计算精度降低。图15是用于说明该问题的时间图，示出从发动机转速NE为低旋转的状态(例如，约700rmp)进入到急加速运转状态时的节气门开度TH、进气压PBA、实际吸入空气量GAIRACT以及计算出的全EGR率REGRT的推移。

比较图15(a)～图15(c)可明确看出，进气压PBA的增加比节气门开度TH的增加延迟，实际吸入空气量GAIRACT的增加比进气压PBA的增加进一步延迟。因此，虽然急加速运转状态中的实际的全EGR率相比于加速开始前减少，但是使用进气压PBA以及检测吸气流量GAIR计算出的全EGR率REGRT增加到60％左右(图15(d))。其结果是，使用该全EGR率REGRT计算出的点火正时IGLOG比期望值大幅度超前，使爆震发生。

因此，在本实施方式中，在节气门开度TH在有效节气门开度THEFCT以上时，将全EGR率REGRT设定成“0”。有效节气门开度THEFCT是进气压PBA几乎不会相对于节气门开度TH的增加而增加的节气门开度，更具体地说，是在发动机转速固定的条件下，进气压PBA相对于节气门开度TH的增加的增加率(dPBA/dTH)在预定增加率以下的节气门开度。例如，发动机转速为700rpm时的节气门开度TH和进气压PBA之间的关系如图16所示，该图所示的THEFCT为有效节气门开度，THFO为全开开度。发动机转速较低时，进气压PBA在比较低的开度饱和，因此，有效节气门开度THEFCT为比较小的开度(例如，约为全开开度THFO的15％～20％的开度)。

节气门开度TH在有效节气门开度THEFCT以上时，通过将全EGR率REGRT设定为“0”，从而，在图15的时刻t1附近将全EGR率REGRT设定为“0”，因此，能够解决上述问题。

图17是本实施方式中的全EGR率计算处理的流程图。该处理在图10所示的处理中追加步骤S21～S23。

在步骤S21中，根据发动机转速NE检索图18所示的THEFCT表，计算有效节气门开度THEFCT。THEFCT表设定为：发动机转速NE越增加，有效节气门开度THEFCT越增加。

在步骤S22中，判断节气门开度TH是否在有效节气门开度THEFCT以上。当答案是肯定(是)时，判定发动机1处于上述的急加速运转状态，将全EGR率REGRT设定为“0”(步骤S23)。当步骤S22的答案是否定(否)，即节气门开度TH小于有效节气门开度THEFCT时，进入步骤S15，使用式(2)计算全EGR率REGRT。

如上所述，在本实施方式中，根据发动机转速NE计算有效节气门开度THEFCT，在检测出的节气门开度TH在有效开度THEFCT以上时，将全EGR率REGRT设定为“0”。在急加速运转状态下，实际上供给到气缸的空气量的增加相比于进气压PBA的增加延迟(参照图15)，使用吸入空气量GAIRCYL和根据进气压PBA计算出的理论吸入空气量GATH计算全EGR率REGRT时，计算误差变大，其中，该急加速运转状态是指在发动机的低旋转状态下节气门开度TH急剧增加。在检测的节气门开度TH在有效节气门开度THEFCT以上时，实际的废气回流率几乎为“0”，因此，通过将全EGR率REGRT设定为“0”，能够更准确地使实际的废气回流率近似。其结果是，通过使用全EGR率REGRT进行点火正时IGLOG以及燃料喷射量TOUT的控制，能够防止急加速过度运转状态中的不恰当的控制，并防止爆震的发生或者废气特性的恶化。

在本实施方式中，节气门开度传感器4相当于节气门开度检测单元，图17的步骤S21相当于有效开度计算单元，步骤S15、S22以及S23相当于废气回流率计算单元。

另外，本发明不限于上述实施方式，也可进行各种变形。例如，在上述实施方式中，使用由吸入空气流量传感器13检测的吸入空气流量GAIR计算全EGR率REGRT，但是，也可以根据节气门开度TH、大气压PA以及进气压PBA计算估计吸入空气流量HGAIR，并使用估计吸入空气流量HGAIR计算全EGR率REGRT。

此外，在上述的实施方式中，虽然示出了进行基于废气回流通道22的外部废气回流的内燃机的控制中使用本发明的例子，但是，本发明也可以用于不进行外部废气回流(仅进行内部废气回流)的内燃机的控制中。

此外，在上述的实施方式中，虽然根据进气阀动作相位CAIN计算实效压缩比CMPR，并根据实效压缩比CMPR计算压缩比爆震校正量DCMPR，但是，也可根据进气阀动作相位CAIN直接计算压缩比爆震校正量DCMPR。

此外，本发明也可用于以曲柄轴为垂直方向的外置马达等那样的船舶推进器用发动机等的控制。

标号说明

1：内燃机；2：进气管；3：节气门；4：节气门开度传感器(节气门开度检测单元)；5：电子控制单元(全开吸入空气量计算单元、理论吸入空气量计算单元、废气回流率计算单元、最佳点火正时计算单元、爆震临界点火正时计算单元、校正单元、有效开度计算单元)；8：进气压传感器(进气压检测单元)；11：曲柄角度位置传感器(转速检测单元)；13：吸入空气流量传感器(吸入空气流量取得单元)；42：阀动作特性变更机构(进气阀动作相位变更机构)。

Claims (12)

1.一种内燃机的控制装置，该内燃机具有设置在进气通道内的节气门，其特征在于，

该内燃机的控制装置具有：

转速检测单元，其检测所述内燃机的转速；

进气压检测单元，其检测所述内燃机的进气压；

全开吸入空气量计算单元，其根据所述内燃机的转速计算全开吸入空气量，该全开吸入空气量是与所述节气门全开的状态对应的吸入空气量；

理论吸入空气量计算单元，其根据所述全开吸入空气量以及所述进气压计算与所述内燃机的废气没有回流到所述内燃机的燃烧室的状态对应的理论吸入空气量；

吸入空气量取得单元，其检测或者估计所述内燃机的实际吸入空气量；以及

废气回流率计算单元，其采用所述理论吸入空气量以及实际吸入空气量计算废气回流率，

该控制装置使用所述废气回流率来控制所述内燃机。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其中，该控制装置还具有：

最佳点火正时计算单元，其根据所述废气回流率计算使所述内燃机的输出为最大的最佳点火正时；

点火正时控制单元，其使用所述最佳点火正时控制所述内燃机的点火正时。

3.根据权利要求2所述的控制装置，其中，

所述点火正时控制单元具有爆震临界点火正时计算单元，该爆震临界点火正时计算单元根据所述废气回流率计算与所述内燃机中的爆震的发生临界对应的爆震临界点火正时，所述点火正时控制单元使用所述最佳点火正时或者爆震临界点火正时中的滞后侧的点火正时进行所述点火正时的控制。

4.根据权利要求3所述的控制装置，其中，

所述内燃机具有改变进气阀的动作相位的进气阀动作相位变更机构，

所述点火正时控制单元具有校正单元，该校正单元根据所述动作相位校正所述爆震临界点火正时。

5.根据权利要求4所述的控制装置，其中：

所述校正单元根据所述动作相位计算所述内燃机的实效压缩比，根据该实效压缩比校正所述爆震临界点火正时。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的控制装置，其中，该控制装置还具有：

节气门开度检测单元，其检测所述节气门的开度；以及

有效开度计算单元，其根据所述内燃机的转速计算所述进气压相对于所述节气门开度的增加的增加率在预定增加率以下的所述节气门的有效开度，

所述废气回流率计算单元在所述节气门开度在所述有效开度以上时，将所述废气回流率设为“0”。

7.一种内燃机的控制方法，该内燃机具有设置在进气通道内的节气门，其特征在于，该内燃机的控制方法具有以下步骤：

a)检测所述内燃机的转速；

b)检测所述内燃机的进气压；

c)根据所述内燃机转速计算全开吸入空气量，该全开吸入空气量是与所述节气门全开的状态对应的吸入空气量；

d)根据所述全开吸入空气量以及所述进气压计算与所述内燃机的废气没有回流到所述内燃机的燃烧室的状态对应的理论吸入空气量；

e)检测或者估计所述内燃机的实际吸入空气量；

f)使用所述理论吸入空气量以及实际吸入空气量计算废气回流率；

g)使用所述废气回流率控制所述内燃机。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其中，

所述步骤g)包含以下步骤：

h)根据所述废气回流率计算使所述内燃机的输出为最大的最佳点火正时；

i)使用所述最佳点火正时控制所述内燃机的点火正时。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其中，

所述步骤i)包含以下步骤：

j)根据所述废气回流率计算与所述内燃机中的爆震的发生临界对应的爆震临界点火正时，

使用所述最佳点火正时或者爆震临界点火时中的滞后侧的点火正时控制所述点火正时。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其中，

所述内燃机具有改变进气阀的动作相位的进气阀动作相位变更机构，

所述步骤i)还包含以下步骤：

k)根据所述动作相位校正所述爆震临界点火正时。

11.根据权利要求10所述的控制方法，其中，

所述步骤k)包含以下步骤：

l)根据所述动作相位计算所述内燃机的实效压缩比；

m)根据该实效压缩比校正所述爆震临界点火正时。

12.根据权利要求7至11中的任一项所述的控制方法，其中，该控制方法还具有以下步骤：

n)检测所述节气门的开度；

o)根据所述内燃机转速计算所述进气压相对于所述节气门开度的增加的增加率在预定增加率以下的所述节气门的有效开度，

在所述步骤f)中，所述节气门开度在所述有效开度以上时，将所述废气回流率设为“0”。

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