CN102787916B - 内燃机的进气控制装置 - Google Patents

Abstract

一种内燃机的进气控制装置，根据目标节流门开度分别对从当前起第一冲程后及第二冲程后的节流门开度(Tpi)、(Tp2)进行运算(S100)，根据当前的进气支管压力(Pi)和第一冲程后的节流门开度(Tpi)对第一冲程后的进气支管压力(Pi1)进行运算(S110～S140)，根据该第一冲程后的进气支管压力(pi1)和第二冲程后的节流门开度(Tp2)对第二冲程后的进气支管压力(Pi2)进行运算(S110，S150～S170)。

Description

内燃机的进气控制装置

技术领域

本发明涉及一种内燃机的进气控制装置，涉及对进气压力进行预测的技术。

背景技术

作为对发动机(内燃机)的进气流量进行测定的手段，已知有利用气流传感器直接进行检测的方法、以及像速度－密度方式那样从发动机转速和进气压力来推定的方法。尤其，在速度－密度方式中，例如，通过用进气支管对进气压力进行检测，就可正确推定就要流入燃烧室之前的进气流量。

但是，在排气冲程将燃料喷射到进气通道的发动机中，为了在过渡运转时不使空燃比控制产生误差，实际上在进气前例如在第二冲程前必须决定燃料喷射量，于是，要求预测第二冲程后的进气流量。因此，当采用上述速度－密度方式时，必须预测第二冲程后的进气压力。另外，即使在不采用速度－密度方式的发动机中，为了在过渡运转时正确进行空燃比控制，也希望正确预测第二冲程后的进气流量。

因此，开发了这样一种技术：为了在发动机过渡运转时正确地进行空燃比控制，对接着进行的燃料喷射时的节流门开度进行预测，反映该预测值而进行燃料喷射(日本专利3598947号公报)。

但是，进气流量不仅随着节流门开度变化，而且也随着其流入目的地即燃烧室和进气支管内的压力而产生较大变化。此外，该压力随着进气的流入而时时刻刻产生变化。具体来说，进气支管内的压力随着从第一冲程结束到第二冲程结束这一冲程时的进气流入而产生变化。

但是，如上述专利公报所记载的那样，仅单纯反映第二冲程后的节流门开度的预测值而进行空燃比控制，不考虑期间进气支管内压力的变化，第二冲程后的进气支管内的压力、以及第二冲程后的进气流量的正确预测是困难的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能正确预测规定期间后的进气支管内的压力的进气控制装置。

为了实现上述目的，本申请发明是一种内燃机的进气控制装置，具有根据油门踏板操作及内燃机的运转状态对节流门的目标开度进行运算的目标节流门开度运算单元，该内燃机的进气控制装置具有：对内燃机的进气支管内的压力进行检测的进气压力检测单元；节流门开度运算单元，该节流门开度运算单元根据由目标节流门开度运算单元运算出的节流门的目标开度，对第一规定冲程后的节流门开度和比所述第一规定冲程晚的第二规定冲程后的节流门开度进行运算；第一进气压力运算单元，该第一进气压力运算单元根据由进气压力检测单元检测出的当前的进气支管内的压力和由节流门开度运算单元运算出的第一规定冲程后的节流门开度，对第一规定冲程后的进气支管内的压力进行运算；以及第二进气压力运算单元，该第二进气压力运算单元根据由第一进气压力运算单元运算出的第一规定冲程后的进气支管内的压力和由节流门开度运算单元运算出的第二规定冲程后的节流门开度，对第二规定冲程后的进气支管内的压力进行运算。

由此，当对第二规定冲程后的进气支管内的压力进行运算时，由于用第一规定冲程后的进气支管内的压力进行运算，故可将第一规定冲程后的进气支管内的压力反映到从第一规定冲程结束后至第二规定冲程结束期间的进气流量上，于是能正确预测第二规定冲程后的进气支管内的压力。

最好是，第一规定冲程是内燃机的第一冲程，第二规定冲程是内燃机的第二冲程。

由此，当对第二冲程后的进气支管内的压力进行运算时，由于用第一冲程后的进气支管内的压力进行运算，故可将第一冲程后的进气支管内的压力反映到从第一冲程结束后至第二冲程结束期间的进气流量上，于是能正确预测第二冲程后的进气支管内的压力。

最好是，节流门开度运算单元对每经过单位期间的多个节流门开度进行运算，根据该多个节流门开度和内燃机的转速对第一冲程后及第二冲程后的节流门开度进行运算。

由此，当对第一规定期间后的节流门开度及第二规定期间后的节流门开度进行运算时，由于每经过单位期间地运算多个节流门开度，据此对第一冲程后及第二冲程后的节流门开度进行运算，故内燃机的转速变动再多也能迅速运算各规定期间后的节流门开度。

最好是，节流门开度运算单元，根据节流门的目标开度、比节流门开度的运算目标时刻早一个运算周期的节流门开度相当值、以及早二个运算周期的节流门开度相当值，对每经过单位期间的节流门开度进行运算。

由此，通过用未来的变化指标即目标开度和某时刻的确定指标即节流门开度相当值进行运算，从而能精度良好地求出每经过单位期间的节流门开度。

最好是，第一进气压力运算单元，根据由节流门开度运算单元运算出的第一冲程后的节流门开度对第一冲程后的节流门开口面积进行运算，根据由进气压力检测单元检测出的当前的进气支管内的压力与大气压的压力比、和第一冲程后的节流门开口面积来运算第一冲程期间的节流门通过流量，根据当前的进气支管内的压力和容积效率系数来运算第一冲程期间的进气流量，根据该第一冲程期间的节流门通过流量和该第一冲程期间的进气流量来运算第一冲程后的进气支管内的压力。

由此，通过用流入到进气支管的空气流量(节流门通过流量)和从进气支管吸出的空气流量(进气流量)进行运算，从而可精度良好地求出未来的进气支管压力。

附图说明

从以下给出的详细描述和附图可更充分地理解本发明，且本发明并不限于此，其中：

图1是应用了本发明的进气控制装置的发动机的进气系统的大致结构图；

图2是表示节流门开度运算要领的流程图；

图3是表示第一冲程及第二冲程后的进气支管压力的运算要领的流程图；

图4是表示本实施形态中按照每个冲程进行运算出的进气支管压力的预测值变化的曲线图的一例；

图5是以往技术中按照每个冲程进行运算出的进气支管压力的预测值变化的曲线图的一例子。

具体实施方式

下面，根据附图来说明本发明的实施形态。

图1是应用了本发明进气控制装置的发动机1(内燃机)的进气系统的大致结构图。

如图1所示，发动机1是将燃料喷射到进气口2内的进气管喷射式(多点喷射：MPI)的四循环直列四缸汽油发动机，图1表示其中一个气缸的纵剖面。

在发动机1的气缸盖3上，从燃烧室4到气缸盖3的一侧面形成有进气口2，从燃烧室4到气缸盖3的另一侧面形成有排气口5。

另外，在气缸盖3上分别设有：对燃烧室4和进气口2进行连通和遮断的进气门10；以及对燃烧室4和排气口5进行连通和遮断的排气门11。

在气缸盖3的上部分别设有凸轮轴14、15，并设有面对燃烧室4的火花塞16，所述凸轮轴14、15具有对进气门10及排气门11进行驱动的凸轮12、13。

在气缸盖3的一侧面连接有与进气口2连通的进气支管20。

在进气支管20上设有燃料喷射阀21，并设有对进气支管20内的压力(进气支管压力Pi)进行检测的进气压力传感器23(进气压力检测单元)。另外，在进气支管20的进气上游端连接有进气管24。

在进气管24上设有对进气流量进行调节的电子控制式节流门26。节流门26具有对节流门26的打开程度进行检测的节流门位置传感器25(节流门开度检测单元)。

此外，在发动机1上设有：检测曲轴角度的曲轴角度传感器30、检测凸轮轴14的旋转角度的凸轮角度传感器31、以及检测冷却水温度的水温传感器32等检测发动机1的运转工况的传感器。

ECU50是进行以发动机1的运转控制为代表的综合控制用的控制装置，包括输入输出装置、存储装置(ROM、RAM、非易失性RAM等)、以及中央处理装置(CPU)等。

在ECU50的输入侧连接有所述节流门位置传感器25、进气压力传感器23、水温传感器32、曲轴角度传感器30、检测油门踏板40的开度的油门踏板位置传感器41、车速传感器42等各种传感器，输入来自这些传感器类的检测信息。

在ECU50的输出侧连接有所述节流门26、燃料喷射阀21、火花塞16等各种输出装置。ECU50根据来自各种传感器类的检测信息对节流门开度Tpa、燃料喷射量、燃料喷射时期和发火时期等进行运算，分别向各种输出装置输出，由此控制节流门26、燃料喷射阀21等(目标节流门开度运算单元)。

尤其，在本实施形态中，ECU50根据基于油门踏板开度和发动机1的运转状态的目标节流门开度Tpa对第一冲程后及第二冲程后的节流门开度Tp1、Tp2的预测值进行运算，并加上当前的进气支管压力Pi，对第一冲程后及第二冲程后的进气支管压力Pi1、Pi2进行运算。

图2是表示节流门开度Tp(0)～Tp(6)的运算要领的流程图。

本程序在发动机运转时按照每一运算周期(例如10ms)重复进行。

开始，在步骤S10，将节流门开度运算次数n的初始值设定为n＝0。n是包含0的自然数。然后，进入步骤S20。

在步骤S20，读入目标节流门开度Tpa、比节流门开度的运算目标时刻早一个运算周期(例如10ms)的节流门开度相当值Tp(n-1)、早二个运算周期(例如20ms)的节流门开度相当值Tp(n-2)。作为一个运算周期前及二个运算周期前的节流门开度相当值，既可使用由节流门位置传感器25读入的一个运算周期前及二个运算周期前的实际节流门开度，也可使用通过运算求出的一个运算周期前及二个运算周期前的节流门开度运算值。然后，进入步骤S30。

在步骤S30，利用在步骤S20读入的目标节流门开度Tpa及一个运算周期前的节流门开度相当值Tp(n-1)、二个运算周期前的节流门开度相当值Tp(n-2)，根据下式(1)来运算n×10ms后的节流门开度Tp(n)。但K1、K2、K3是常数。

Tp(n)＝K1×Tp(n-1)+K2×Tp(n-2)+K3×Tpa   ……(1)

然后，进入步骤S40。

在步骤S40，判别节流门开度运算次数n是否达到规定次数(例如6次)。当达到规定次数(即n＝6)时，进入步骤S50。当未达到规定次数时，进入步骤S60。

在步骤S50，存储由步骤S20和步骤S30运算出的节流门开度Tp(0)～Tp(6)。然后，返回本步骤。

在步骤S60，将节流门开度运算次数n加上1，对节流门开度运算次数n进行更新。然后，进入步骤S20。

图3是表示第一冲程及第二冲程后的进气支管压力Pi1、Pi2的运算要领的流程图。

本程序在发动机运转时按照每一冲程重复进行。

开始，在步骤S100，根据由所述步骤S10～S50求出的各节流门开度Tp(0)～Tp(6)、以及从曲轴角度传感器30的检测值求出的发动机转速，对第一冲程后的节流门开度Tp1和第二冲程后的节流门开度Tp2进行运算。然后，进入步骤S110。另外，所述步骤S10～S50及本步骤S100的一系列控制，相当于本发明的节流门开度运算单元。

在步骤S110，根据由步骤S100运算出的第一冲程后的节流门开度Tp1对第一冲程后的节流门开口面积St1进行运算，根据第二冲程后的节流门开度Tp2对第二冲程后的节流门开口面积St2进行运算。然后，进入步骤S120。

在步骤S120，根据由进气压力传感器23检测出的当前的进气支管压力Pi与大气压Pa的压力比Rp(＝Pi/Pa)、以及由步骤S110运算出的第一冲程后的节流门开口面积St1，对第一冲程期间的节流门通过流量Vt1进行运算。然后，进入步骤S130。

在步骤S130，根据当前的进气支管压力Pi和容积效率系数Kηv，对第一冲程期间的进气流量Vs1进行运算。另外，容积效率系数Kηv与容积效率ηv相同，是表示发动机的进气效率的指标，这样求出：容积效率系数Kηv＝容积效率ηv×(Pa/Pi)。然后，进入步骤S140。

在步骤S140，根据由步骤S120运算出的第一冲程期间的节流门通过流量Vt1和由步骤S130运算出的第一冲程期间的进气流量Vs1，对第一冲程后的进气支管压力Pi1进行运算。然后，进入步骤S150。另外，所述步骤S110～S140的一系列控制，相当于本发明的第一进气压力运算单元。

在步骤S150，对由步骤S140运算出的第一冲程后的进气支管压力Pi1与大气压Pa之比即第一冲程后的压力比Rp1(＝Pi1/Pa)进行运算，根据该第一冲程后的压力比Rp1和由步骤S110运算出的第二冲程后的节流门开口面积St2，对第一冲程后至第二冲程后的一个冲程期间的节流门通过流量Vt2进行运算。然后，进入步骤S160。

在步骤S160，根据由步骤S140运算出的第一冲程后的进气支管压力Pi1和容积效率系数Kηv，对第一冲程后至第二冲程后的一个冲程期间的进气流量Vs2进行运算。然后，进入步骤S170。

在步骤S170，根据由步骤S150运算出的第一冲程后至第二冲程后的一个冲程期间的节流门通过流量Vt2、以及由步骤S160运算出的第一冲程后至第二冲程后的一个冲程期间的进气流量Vs2，对第二冲程后的进气支管压力Pi2进行运算。然后，返回本程序。另外，所述步骤S110及S150～S170的一系列控制，相当于本发明的第二进气压力运算单元。

下面，对本实施形态与以往技术的进气支管压力的预测精度的比较结果进行表示。作为比较对象的以往技术是，当对第二冲程后的进气支管压力Pi2进行运算时，并不是像本实施形态那样使用第一冲程后的进气支管压力Pi1并进行逐次运算，而是根据当前的进气支管压力Pi和第二冲程后的节流门开度Tp2进行运算。

图4、5是表示按照每个冲程运算出的进气支管压力的预测值变化的一例的曲线图。

在图4中，粗线表示进气支管压力的实测值Pi，细线表示在第二冲程前对进气支管压力的实测值进行补偿后的数值pi’，单点划线表示在本实施形态中运算出的第一冲程后的进气支管压力Pi1，双点划线表示在本实施形态中运算出的第二冲程后的进气支管压力Pi2。

在图5中，粗线表示进气支管压力的实测值Pi，细线表示在第二冲程前对进气支管压力的实测值Pi进行补偿后的数值Pi’，双点划线表示用上述以往技术的方法运算出的第二冲程后的进气支管压力的预测值Pi2’。

如图4所示，本实施形态运算出的第二冲程后的进气支管压力Pi2，与在下一次燃料喷射时间中、在第二冲程前对进气支管压力的实测值Pi进行补偿后的数值Pi’大致一致。因此，在本实施形态中，能在第二冲程前正确预测进气支管压力。

相反，如图5所示，在根据当前的进气支管压力Pi和第二冲程后的节流门开度Tp2进行运算的以往技术中，在下一次的燃料喷射时间中，运算出的第二冲程后的进气支管压力Pi2’与在第二冲程前对进气支管压力的实测值Pi进行补偿后的数值Pi’产生了误差(ΔPi)。因此，在该以往技术中，难以在第二冲程前正确预测进气支管压力。

如上所述，在本实施形态中，对第一冲程后的节流门开度Tp1及第二冲程后的节流门开度Tp2进行运算，并先根据第一冲程后的节流门开度Tp1和当前的进气支管压力Pi对第一冲程后的进气支管压力Pi1进行运算。接着，根据该运算出的第一冲程后的进气支管压力Pi1和第二冲程后的节流门开度Tp2对第二冲程后的进气支管压力Pi1进行运算。如此，由于当运算第二冲程后的进气支管压力Pi2时，用第一冲程后的进气支管压力Pi1进行逐次运算，故按照每一冲程考虑了对进气的流入有较大影响的进气支管压力之后进行下一冲程的进气支管压力的运算，可大幅度提高第二冲程后的进气支管压力Pi2的精度。并且，由于这样正确地运算第二冲程后的进气支管压力Pi2，因此，在采用例如用进气支管压力来推定进气流量的速度－密度方式的发动机中，能控制燃料喷射阀16而实现正确的空燃比控制。

尤其，即使在目标节流门开度刚变动之后、即像加减速初期那样不产生进气量变化的情况下，由于用第一冲程后的已变动的进气支管压力Pi1来运算第二冲程后的进气支管压力Pi2，故也能正确进行加减速初期的空燃比控制。

另外，即使在不采用速度－密度方式的发动机中，由于通过采用本发明也能正确得到第二冲程后的进气支管压力Pi2，故能正确进行过渡运转时的空燃比控制。

此外，在本实施形态中，当对第一冲程后的节流门开度Tp1及第二冲程后的节流门开度Tp2进行运算时，由于每经过单位期间(一个运算周期)地运算多个节流门开度，据此对第一冲程后及第二冲程后的节流门开度Tp1、Tp2进行运算，因此，即使发动机1的转速变动再多也能迅速地运算各规定期间后的节流门开度Tp1、Tp2。

另外，以上的实施形态的发动机1是四缸的，但对于其它缸数的发动机也能应用本发明。在如本实施形态那样为四缸的情况下，根据其爆炸间隔对第二冲程后的进气支管压力Pi2进行预测，但如果是其它气缸，只要预测与缸数对应的冲程后的进气支管压力即可。并且，该运算只要对所述第二冲程后的进气支管压力Pi2的运算乘上修正系数来应用即可。

Claims (5)

1.一种内燃机的进气控制装置，具有根据油门踏板操作及内燃机(1)的运转状态对节流门(26)的目标开度进行运算的目标节流门开度运算单元，该内燃机的进气控制装置的特征在于，具有：

对所述内燃机(1)的进气支管(20)内的压力进行检测的进气压力检测单元(23)；

节流门开度运算单元，该节流门开度运算单元根据由所述目标节流门开度运算单元运算出的节流门(26)的目标开度，对第一规定冲程后的节流门开度和比所述第一规定冲程晚的第二规定冲程后的节流门开度进行运算；

第一进气压力运算单元，该第一进气压力运算单元根据由所述进气压力检测单元(23)检测出的当前的进气支管(20)内的压力和由所述节流门开度运算单元运算出的所述第一规定冲程后的节流门开度，对第一规定冲程后的所述进气支管(20)内的压力进行运算；以及

第二进气压力运算单元，该第二进气压力运算单元根据由所述第一进气压力运算单元运算出的第一规定冲程后的进气支管(20)内的压力和由所述节流门开度运算单元运算出的第二规定冲程后的节流门开度，对所述第二规定冲程后的所述进气支管(20)内的压力进行运算。

2.如权利要求1所述的内燃机的进气控制装置，其特征在于，所述第一规定冲程是所述内燃机(1)的第一冲程，所述第二规定冲程是所述内燃机(1)的第二冲程。

3.如权利要求2所述的内燃机的进气控制装置，其特征在于，所述节流门开度运算单元对每经过单位期间的多个所述节流门开度进行运算，根据该多个节流门开度和所述内燃机(1)的转速对第一冲程后及第二冲程后的所述节流门开度进行运算。

4.如权利要求3所述的内燃机的进气控制装置，其特征在于，所述节流门开度运算单元，根据所述节流门(26)的目标开度、比所述节流门开度的运算目标时刻早一个运算周期的节流门开度相当值、以及早二个运算周期的节流门开度相当值，对每经过所述单位期间的所述节流门开度进行运算。

5.如权利要求1～4中任一项所述的内燃机的进气控制装置，其特征在于，所述第一进气压力运算单元，根据由所述节流门开度运算单元运算出的第一冲程后的节流门开度对第一冲程后的节流门开口面积进行运算，根据由所述进气压力检测单元(23)检测出的当前的进气支管(20)内的压力与大气压的压力比、和所述第一冲程后的节流门开口面积来运算第一冲程期间的节流门通过流量，根据当前的进气支管(20)内的压力和容积效率系数来运算第一冲程期间的进气流量，根据该第一冲程期间的节流门通过流量和该第一冲程期间的进气流量来运算第一冲程后的进气支管(20)内的压力。