CN102817728A - 引擎控制设备 - Google Patents

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Abstract

一种引擎控制设备包括目标计算引擎(10)需要的目标空气体积的目标空气体积计算器(2b)，和计算被吸入到引擎(10)的汽缸(19)的实际空气体积的实际空气体积计算器(2a)。设备进一步包括所述估计器(3)基于延时计算随后的实际空气体积的估计值作为估计空气体积，所述时延为从所述目标空气体积被计算的时刻到所述实际空气体积达到所述目标空气体积的时刻。所述设备能够精确地估计被吸入汽缸(19)的气体体积，以改善引擎(10)的可控性。

Description

引擎控制设备
技术领域
本发明涉及一种通过用于估计吸入到汽缸中的进气体积的控制设备。
背景技术
典型的引擎控制需要根据引擎的输出需要对引擎的燃料喷射率、进气体积、点火时间和其他运行参数进行控制。燃料喷射率和进气体积影响空气—燃料比，点火时间影响汽缸中的燃烧效率和燃烧稳定性。因此，对这些控制参数的计算的精确性显著地影响引擎的输出性能和发射性能。
已知的被用于这样的引擎控制的计算方法是估计差别校正法。估计差别校正法推知被吸入汽缸中的可变的实际进气体积的斜率，以估计接下来的进气容量。
例如，专利文献1(日本的平开专利申请No.HEI-07-259621)公开了一种技术，该技术计算被吸入汽缸中的空气体积的估计值，然后根据该估计值计算用于引擎控制设备的燃料喷射率，该引擎控制设备在吸入冲程完成之前喷射燃料。
该技术涉及根据通过气流传感器检测的值，计算上一次的进气体积和再上一次的进气体积的差异，该气流传感器为每次引擎旋转定期地检测进气体积，并估计随后的进气体积，对该随后的进气容量差异的估计通过将新的进气体积加到通过上述差异和预定估计增益相乘得到值而获得。这种方法可以估计出精确的进气体积，并能够通过根据估计的进气体积对燃料喷射率进行控制，以防止空气—燃料比和转矩的变化。
遗憾的是，在这可预期的方法中，当进气体积变化的斜率发生变化，估计值的精确性可能被降低。例如，图4A和4B是显示实际的进气体积(实际空气体积)和估计值发生变化的实例的图表。在这些图表中，用于四冲程的四汽缸的引擎中的每个冲程的实际空气体积被计算，其中，估计值在实际空气体积被计算出两个冲程前被计算。实际空气体积的估计值通过将上一次的实际空气体积和再上一次的实际空气体积的差异乘以2而获得(估计增益为2)，其中，燃料喷射率基于该估计值而被设定。
图4A显示了实际空气体积的恒定斜率，图4B显示了实际空气体积的变化的斜率。图表的横轴表示时间，其中为曲轴的每半周旋转(180度)画出的竖直线表示每个冲程的边界。图表的纵轴与空气体积(实际空气体积和它的估计值)对应。应当注意的是，在图表中，粗实线表示实际空气体积，虚线表示实际空气体积的估计值，细实线表示两个冲程之后的实际空气体积。
因为实际空气体积在图表中的时间S0到S2之间没有变化，估计值等于实际空气体积。当实际空气体积在时间S2之后发生变化，估计值根据该变化被计算出。在那个时候，如果每个单位时间的实际空气体积的变化是固定的，则从时间S2到时间S3的增量等于从时间S3到时间S4的增量，并且此后，实际空气体积以固定比率增加。因此，通过将每个冲程的实际空气体积的变化乘以2而获得的值实质上等于在两冲程之后的实际空气体积在时间S2时的增量。用这种方法，随后的实际空气体积能够在两个冲程前的时间点被估计出。换句话说，如图4A所示，在时间S2后，虚线发生变化以跟随细实线。
另一方面，如图4B所示，在每单位时间内的实际空气体积的变化不是固定的情况下，会导致估计值和两冲程之后的实际空气体积之间存在差异，实际空气体积的估计的精确性依赖于实际空气体积被估计出后的实际空气体积的斜率。
例如，在时间S2和时间S3之间实际空气体积的斜率增加的某处，在时间S2和时间S3之间，通过将变化乘以2而获得的值被计算出并作为估计值，而不管随后的实际进气体积的增量；因此，虚线位于细实线以下，估计值变得比两冲程之后的实际空气体积小。在时间S0和时间S3之间的阴影面积，对应于作为估计值的空气体积的不足部分。相反，实际空气体积的斜率在时间S3之后减小，并且虚线位于细实线以上，估计值中包含由阴影面积表示的空气体积的超出部分。
如上所述，在常规方法中，进气体积根据被吸入到汽缸内的实际空气体积而被估计，该估计值存在较大误差。遗憾的是，很难准确地估计在进气体积的变化率增加和减少的瞬变状态下的进气体积。由估计的低精确性引起的空气—燃料比和转矩的变化可能会导致引擎的低可控性。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的一个目标是要对吸入到汽缸中的进气容量进行精确估计以提高引擎的可控性。应当注意的是，除了上述目标，在本实施例中显示的每个构型带来的功能和有益效果中不能由常规方法达到的那些功能和有益效果可以被认为是本发明的其它目标。
(1)本发明提供一种引擎控制设备，其包括：目标空气体积计算器，其计算引擎需要的目标空气体积；实际空气体积计算器，其计算被吸入引擎的汽缸的实际空气体积；和估计器，其基于延时计算随后的实际空气体积的估计值作为估计空气体积，该延时为从目标空气体积被计算的时刻到实际空气体积达到目标空气体积的时刻。
短语“从目标空气体积被计算的时刻到实际空气体积到达该目标空气体积的时刻”并不一定指“到实际空气体积与目标空气体积完全匹配的时刻”。其也包含“到实际空气体积的值接近目标空气体积的时刻”的意思。这里使用的词语“延时”表示从作为参考时刻的目标空气体积被计算出的时刻到目标空气体积被反映在实际空气体积中之前的时间长度。
(2)优选地，该引擎控制设备进一步包括存储器，其储存目标空气体积的历史值；其中，估计器基于目标空气体积和实际空气体积计算估计空气体积。
(3)优选地，该引擎控制设备进一步包括空气吸入控制器，其基于目标空气体积来控制引擎的节流阀；其中，存储器储存一个时间段的历史值作为目标空气体积的历史值，时间段至少对应于节流阀的驱动延迟时间。
(4)优选地，该引擎控制设备进一步包括估计间隔计算器、变化计算器和估计空气体积计算器，该估计间隔计算器计算当估计值被计算的时刻和当实际空气体积被估计达到估计值的随后的时刻之间的时间间隔；从早于估计值被计算的时刻到时间间隔经过的时刻，该变化计算器计算存储在存储器的目标空气体积的历史值的变化；估计空气体积计算器基于实际空气体积和变化来计算估计空气体积。
(5)优选地，该引擎控制设备进一步包括计算周期检测器，其检测用于目标空气体积计算器的目标空气体积的计算周期；其中，存储器储存目标空气体积的变化率的值作为历史值，目标空气体积的变化率的值对应于利用计算周期转换的固定周期。
(6)优选地，该引擎控制设备进一步包括喷油控制器，其基于估计空气体积来控制引擎的燃料喷射率。
(7)优选地，该引擎控制设备进一步包括点火控制器，其基于估计空气体积来控制引擎(10)的点火时间。
被本发明公开的引擎控制设备能够考虑到实际空气体积相对于目标空气体积的时延的影响，使用实际空气体积和目标空气体积精确的估计出被估计空气体积，并能够改善引擎的可控性。
附图说明
以下将参考附图对本发明做出说明，所有附图中相同或相似的部分以相同的附图标记表示。
图1是根据一个实施例的引擎控制设备的总体构型的视图；
图2A是控制设备中的计算大纲的说明性图表，其用图表概念性地显示随着时间的过去，目标充气效率和实际充气效率中的变化；
图2B是控制设备中的计算大纲的说明性的图表，图表显示了每个计算周期中的目标充气效率的增量/减量；
图3A是控制设备中执行的估计控制的说明性图表，该图表显示了随着时间的过去，目标充气效率、实际充气效率和估计的充气效率之间的变化；
图3B是在控制设备中执行的估计控制的说明性图表，该图表显示了每个计算周期中的目标充气效率的增量/减量；
图4A和4B都是常规控制设备中执行的估计控制的说明性的图表。
具体实施方式
以下将参考附图描述引擎控制设备。如下所述的实施例只是对本发明示意性的说明。对本发明的修改和变形即使没有在本实施例中描述，也当然并不排除在本申请的权利范围之外。另外，在不脱离本实施例的宗旨的前提下，本实施例如下所述的每个构型可以根据需要取舍和互相结合。
[1.设备构造]
[1-1.引擎]
本实施例的引擎控制设备能够被适配在机动车中的四汽缸引擎10中。图1显示设置在引擎10中的四个汽缸19中的一个。在汽缸19中向上和向下滑动的活塞16通过连杆被连接到曲柄轴17。在汽缸19的燃烧室的上表面，提供有进气口11和排气口12，并且火花塞13的端部朝燃烧室突出。
当活塞16在汽缸19中往复移动两次时，引擎10为四冲程型引擎，在该四冲程引擎中进行一个燃烧周期。燃烧周期依次包含以下四个冲程：进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。一个燃烧周期对应于曲柄轴17的两周旋转(720度)，并且每个冲程对应于曲轴的半周旋转(180度)。
引擎10的四个汽缸的燃烧周期被设定成它们彼此具有用于曲柄轴17的旋转角的相位差。例如，在四个汽缸之间，#1汽缸到#4汽缸，当进气冲程从#1汽缸开始，压缩冲程从#2汽缸开始，燃烧冲程从#4汽缸开始，排气冲程从#3汽缸开始。因此，在这四个汽缸的各个燃烧周期之间设定有180度的相位差。在这种情况下，燃烧冲程按以下顺序依次开始：#1汽缸，#3汽缸，#4汽缸和#2汽缸。
燃烧室具有进气阀14和排气阀15，进气阀14打开或关闭通往进气口11的门，排气阀15打开或关闭通往位于汽缸头部的一侧的上表面的排气口12的门。另外，喷注燃料的喷射器18被设置在进气口11中。通过打开和关闭进气阀14，进气口11与燃烧室连通和隔离，通过打开和关闭排气阀15，排气口12与燃烧室连通和隔离。
进气阀14的上端和排气阀15的上端都分别被连接到对应的摇杆轴的一端。摇杆轴是通过摇杆臂被可旋转地支撑的摇摆构件。摇摆轴的另一端被连接到通过凸轮轴被可旋转地支撑的凸轮。因此，摇杆轴的摇摆模式取决于凸轮的形状(凸轮轮廓)。
[阀门机构]
引擎10具有可变阀门机构系统(variable valve train system)9，可变阀门机构系统9控制摇杆臂31、33和凸轮32、34的操作。可变阀门机构系统9为进气阀14和排气阀15独立地或相关地改变最大阀门升程(maximum valve lift)和配气相位(valve timing)。可变阀门机构系统9，包括阀门升程控制器9a和配气相位控制器9b用于改变摇杆臂31、33的摇摆的时间和数量的机构。
阀门升程控制器9a连续地改变进气阀14和排气阀15的最大阀门升程。这个阀门升程控制器9a能够改变从凸轮32、34输送到摇杆臂31、33的摇摆的幅度。任何具体的结构能被用于改变摇杆臂31、33的摇摆的幅度。
例如，在进气阀14的一侧，使用通过摇摆构件将凸轮轴的旋转运动转换为摇杆臂31的摇摆运动的结构，该摇摆构件被设置在固定到凸轮轴的凸轮32和摇杆臂31之间。在这种情况下，通过移动摇摆构件的位置以改变与凸轮32的接触位置、摇摆构件的摇摆量和摇杆臂31的摇摆量。这样能够连续地改变进气阀14的阀门升程。注意，这些运动也在排气阀15的一侧发生。排气阀15的升程能够通过摇摆构件被设置在凸轮34和摇杆臂33之间的结构而被调整。
在下文中，从用于摇杆轴的摇摆构件的参考位置的角度改变被称为控制角θVVL。控制角θVVL是对应于阀门升程的参数。摇摆构件的参考位置被设定成阀门升程随着控制角θVVL的增加而增加。阀门升程控制器9a控制阀门升程，以通过调整控制角θVVL使阀门升程可以具有任何数值。
配气相位控制器9b是改变进气阀14和排气阀15的打开/关闭时刻(配气相位)的机构。配气相位控制器9b能够改变凸轮32、34或摇摆摇杆臂31、33的凸轮轴的旋转相位。通过改变凸轮32、34和凸轮轴的旋转阶段，摇杆臂31、33相对于曲柄轴17的旋转相位的摇摆时刻能够被连续地延时。
以下，表示凸轮轴的实际相位角从凸轮轴的参考相位角提前或者延迟量的相位角变化用相位角θVVT表示。相位角θVVT对应于配气相位。配气相位控制器9b通过调节相位角θVVT充分地控制配气相位。[3.进气系统]
喷射燃料的喷射器18被设置在进气口11中。通过喷射器18喷射的燃料量通过稍后将描述的引擎控制器1被电控制。进气歧管20被设置在喷射器18的进气的上游。进气歧管20被设置有暂时储存流入进气口11的气流的稳压箱21。进气歧管20位于稳压箱21的下游并分支到多个汽缸19。稳压箱21位于分支点上。稳压箱21吸收在汽缸19中产生的进气震动和进气干扰。
进气歧管20的上游端被连接到节流体23。电控制的节流阀24被安装在节流体23中。响应节流阀24的开度，调节流到进气歧管20的空气体积(节流阀开度θTH)。节流阀开度θTH通过引擎控制器控制器1被电控制.
节流体23的上游侧被连接到进气路径25。另外，空气过滤器28被放置在进气路径25的上游。因此，被过滤的空气通过进气路径25和进气歧管20被设置到引擎10的汽缸19。
[1-4.检测系统]
曲柄轴17设置有一端；盘17a，该盘17a具有与曲柄轴17的旋转轴对应的中心轴；和曲柄轴角度传感器29，该曲柄轴角度传感器29检测曲柄轴17的旋转角θCR。旋转角θCR在每单位时间内的变化与引擎10的实际速度Ne成正比。因此，曲柄轴角度传感器29能够检测引擎10的实际速度Ne。在此检测到的引擎10的实际速度Ne的信息被传输到引擎控制器1。注意，实际速度Ne可以在引擎控制器1中根据旋转角θCR计算出，该旋转角θCR通过曲柄轴角度传感器29被检测出。以下，引擎10的实际速度Ne也被称为发动机速度Ne。
曲柄轴盘17a和曲柄轴角度传感器29可以具有如蚂蚁般(ant)的形状和布置。用于检测曲柄轴17的旋转角θCR的方法利用形成在曲柄轴盘17a中的无齿区域。例如，多个齿部分17b从外周朝着曲柄轴盘17a的中心形成，以便这些齿部分17b经过曲柄轴角度传感器29的检测距离，如图1所示。
这些齿部分17b在圆周方向以相同的距离间隔开，一些齿部分17b在两个区域中被移除以提供缺齿部(tooth missing part)。这些缺齿部的间隔被设置成为大约180度。另外，曲柄轴角度传感器29作为当检测到齿部分17b的端部时输出“ON”信号，和当传感器29检测到齿部分17b之间的间隔或者缺齿部分时停止输出“ON”信号的位置传感器(输出“OFF”信号)。
在这样的构型的情况下，曲柄轴角度传感器29为曲柄轴17的每半周旋转周期性地输出“ON”。周期性地输出的“ON”信号被称为SGT信号，并被作为时钟信号，该时钟信号具有与曲柄轴17的速度对应的频率。
空气压力传感器27和进气歧管压力传感器22分别被设置在节流阀24的上游和下游以检测节流阀24中的压力。空气压力传感器27检测节流阀24的上游压力PB，进气歧管压力传感器22检测节流阀24的下游压力PA(进气歧管压力，在稳压箱21中的压力)。通过进气歧管压力传感器22和空气压力传感器27检测到的下游压力PA和上游压力PB的信息被传输到引擎控制器1。加速踏板传感器30被设置在机动车的任何位置，并检测对应于加速踏板的按压量的操作量θAC。加速踏板的操作量θAC是对应于驾驶员的加速请求的参数。换句话说，它对应于对于引擎的输出需要。操作量θAC的信息被传输到引擎控制器1。
[1-5控制系统]
机动车具有电子引擎控制器1引擎控制器(引擎-ECU，引擎电子控制单元)。例如，引擎控制器1例如是LSI装置(大规模集成电路装置)或整合有微处理器、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)和其他任何装置的嵌入式电子装置。
引擎控制器1经由诸如CAN(控制器局域网)、FlexRay(由FlexRay公司开发的机动车的网络通信协议)通信线，被连接到安装在机动车中的其他电子控制器、可动阀门机构9、和各种传感器。
其他电子控制器的具体例子为控制CVT单元(连续变速传动，齿轮箱)的CVT-ECU35、控制空调的ECU36和控制电子元件(未显示)的ECU37。
引擎控制器1控制各种用于引擎10的系统，例如点火系统、燃料系统、进气系统和排气系统和阀运转系统(阀系)。控制器执行基于扭矩的控制，该基于扭矩的控制利用引擎10需要的扭矩量。
引擎控制器1尤其控制，例如，从喷射器18喷射的燃料量，喷射器18的喷油时刻、火花塞13的点火时刻、进气阀14和排气阀15的阀门升程和配气相位、节流阀24的开度。本实施例将集中在估计控制，该估计控制基于引擎10的目标空气体积和实际空气体积来估计几个冲程后(随后的)的实际空气体积。以下将描述估计控制的功能。
[2.控制配置]
引擎控制器1的输入口被连接到空气流传感器26、进气歧管压力传感器22、空气压力传感器27、曲柄轴角度传感器29和加速踏板传感器30。引擎控制器1基于这些传感器的信息通过调节进气体积来计算目标扭矩，即，扭矩目标值，该扭矩是引擎10需要的扭矩。引擎控制器1控制节流阀24的节流阀开度θTH，以便用于产生目标扭矩所需要的空气体积被吸入到汽缸19。引擎控制器1基于随后估计的空气体积来控制喷射器18和火花塞13。
如图1所示，引擎控制器1包括计算器2、估计单元3和控制器4。计算器2、估计单元3和控制器4的每个功能可以通过电子电路(硬件)或者软件形式的程序来实现。换句话说，一些功能可以被通过硬件来提供，其他的可以用软件来提供。
[2-1.计算器]
计算器2计算被用来估计控制的各种参数。计算器2包括实际空气体积计算器2a、目标空气体积计算器2b、冲程时间检测器2c、计算周期检测器2d和存储单元2e。
实际空气体积计算器2a计算对应于被吸入引擎10的汽缸19中的实际空气体积的实际充气效率Ec。实际空气体积计算器2a基于通过空气流传感器26检测到的进气流体积Q来计算实际充气效率Ec。通过将在一个吸入冲程中(例如，活塞16从上止点移动到下止点的一个冲程)填充到汽缸19中的空气体积标准化为正常状态下的气体体积，并将该标准化的空气体积除以汽缸的体积容量，以此得到实际充气效率Ec。实际充气效率Ec是对应于在该冲程中新吸入汽缸19中的空气体积的参数。
实际空气体积计算器2a在进气阶段的最后为每个汽缸19的每个进气冲程周期性地计算实际充气效率Ec。例如，实际空气体积计算器2a为曲柄轴17的每半周旋转计算实际充气效率Ec，以与来自曲柄轴角度传感器29的SGT信号同步。通过实际空气体积计算器2a计算的实际充气效率Ec的值被传输到估计单元3。
目标空气体积计算器2b计算充气效率，该充气效率作为对应于引擎10所需要的空气体积的目标充气效率EcTGT。目标空气体积计算器2b计算将要被引擎10输出的目标扭矩的大小、产生扭矩所需要的空气体积和对应于目标充气效率EcTGT的空气体积的充气效率。目标扭矩基于驾驶员所需要的扭矩和操作CVT-ECU35、空调ECU36、电子元件ECU37和其他的电子元件所需要的扭矩被设定，而驾驶员所需要的扭矩的设定对应于发动机速度Ne和加速踏板的按压量θAC。另外，空气体积和目标充气效率EcTGT的计算是基于，例如，目标扭矩和目标充气效率EcTGT的预定对应关系和数学方程。
目标充气效率EcTGT利用预定计算周期TMAIN被计算。即，目标充气效率EcTGT在与实际充气效率Ec不同的间隔计算，该实际充气效率Ec是根据引擎的引擎10的燃烧周期而计算。注意，目标充气效率EcTGT的计算的频率优选地被设定为比实际充气效率Ec高，而不论引擎10的运转状态。例如，目标充电效率EcTGT的计算周期TMAIN被优选地设定为大于在10ms至12ms(“ms”意思是毫秒)之间。通过目标空气体积计算器2b计算的目标充气效率EcTGT的值被传输到存储单元2e和控制器4。注意，控制器4使用例如，用于控制节流阀24的开度和控制火花塞13的点火的目标充气效率EcTGT。
冲程时间检测器2c基于从曲柄轴角度传感器29输出的SGT信号(曲柄轴角度信号)来计算引擎10的冲程时间T180。冲程时间T180对应于“ON”S GT信号的间隔。通过冲程时间检测器2c计算的冲程时间T180的值被传输到估计单元3。
计算周期检测器2d检测目标空气体积计算器中的目标充气效率EcTGT的计算周期TMAIN。尽管之前如上设定的计算周期TMAIN基本上是固定的(例如，10ms)，但该计算周期TMAIN可以通过机动车的运转状态和引擎控制器1的计算负载被稍微延长。因此，当目标充气效率EcTGT通过目标空气体积计算器2b被计算时，计算周期检测器2d测量距离上次计算目标充气效率EcTGT所经过的时间并将测量到的时间作为计算周期TMAIN而传输到存储单元2e
存储单元2e(内存)储存通过目标空气体积计算器2b计算的目标充气效率EcTGT的历史值。存储单元2e储存上述对应于节流阀24的驱动延迟时间的预定时间。驱动延迟时间为从节流阀24接收来自引擎控制器1的时间到节流阀24的开度在控制信号的指令下完成改变的时间。更确切地说，驱动延迟时间对应于从目标充气效率EcTGT通过目标空气体积计算器2b被计算的作为参考的时刻到通过控制节流阀24开度而将目标充气效率EcTGT反映在通过实际空气体积计算器2a计算的实际充气效率Ec中的时刻。
在这本实施例中，假定节流阀24的驱动延迟时间大约为60ms，存储单元2e储存用于60ms的目标充气效率的历史值。例如，基于当前时间T0，存储单元2e储存六个目标充气效率EcTGT(n-1)到EcTGT(n-6)，其中，EcTGT(n-1)是在最近时间t10时计算的最近的目标充气效率，EcTGT(n-2)是在第二近时间t20时计算的第二近目标充气效率，和EcTGT(n-6)是在第六近时间t60时计算的第六近目标充气效率，如图2A所示。另外，新的目标充气效率EcTGT在下一个计算周期中计算时，最旧的数据被删除，因此存储单元2e总是储存最近的六次数据。
换句话说，每当新的目标充气效率EcTGT(n)从目标空气体积计算器2b输入，新的目标充气效率EcTGT(n)和最近的目标充气效率EcTGT(n-1)之间的差dEcTGT10可以被计算和存储在存储单元2e，如图2B所示。在这种情况下，在最近的计算周期中计算的值dEcTGT10被指定给第二近的周期中的值dEcTGT20，在第二计算周期中计算的值dEcTGT20被指定给第三近的周期中的值dEcTGT30。这样，60毫秒的目标充气效率EcTGT的差dEcTGT10-dEcTGT60的信息被储存并被一直更新。
另外，存储在存储单元2e中的历史信息可以利用通过计算周期检测器2d检测的计算周期TMAIN被更正。换句话说，当新的目标充气效率EcTGT从目标空气体积计算器2b被输入，dEcTGT10根据方程1被计算。方程1中的max函数选择计算周期TMAIN或者10ms中较大的一个。dEcTGT10的值通过将差{EcTGT(n)-EcTGT(n-1)}的差和预定周期(例如，10ms)相乘，然后除以计算周期TMAIN和预定周期中较大的一个。
通过这样的计算，目标充气效率EcTGT的变化被转化为在10毫秒中将被存储在存储单元2e中的变化(即，变化率)，即使目标充气效率EcTGT的计算周期TMAIN超过10ms。
dEcTGT10＝{EcTGT(n)-EcTGT(n-1)}×10[ms]/max{TMAIN，10}[ms](方程1)
[2-2.估计单元]
估计单元3(估计器)利用通过计算器2计算出的各种参数执行关于随后的实际空气体积的各种计算。估计单元3包括估计间隔计算器3a、变化计算器3b和估计空气体积计算器3c。
估计间隔计算器3a计算从当前时间到需要被估计的时间的时间间隔。在引擎10的燃烧周期中的每个冲程的时间对应于发动机速度而改变。因此，估计间隔计算器3a计算从通过冲程时间检测器2c检测到的冲程时间T180或者发动机速度Ne的时间间隔A。通过估计间隔计算器3a而计算的时间间隔A的值被传输到变化计算器3b。
例如，为了喷射器18的燃料喷射率的控制，时间间隔A为从当前时间至两冲程后要计算的时间之间的间隔。两个冲程消耗的时间与曲柄轴17转一周所需要的时间相等，并通过下述方程获得。
A[ms]＝2×T180[ms ](60000[rpm·ms]/Ne[rpm])(方程2)
注意，冲程时间T180前的系数相当于冲程被重复直到需要被估计的时间的冲程数量。即，如果直到需要被估计的时间，冲程被重复的次数不是2(例如，根据实际充气效率Ec的计算，燃料喷射的时刻是2.5个冲程前或1.5个冲程前)，方程2中的系数可以根据冲程数变为2.5或1.5。
基于存储在存储单元2e中的目标充气效率EcTGT，变化计算器3b计算从60毫秒前的时间到时间间隔A经过后的时间内的目标充气效率EcTGT的变化ΔEcETM，变化ΔEcETM对应于节流阀24的驱动延迟时间。例如，如果通过估计间隔计算器3a计算的时间间隔A是40ms，变化计算器3b计算从60ms之前的时间到经过40ms后(20ms之前)的时间内的目标充气效率EcTGT的变化ΔEcETM。通过变化计算器3b计算出的变化ΔEcETM的值被传输到估计空气体积计算器3c。
如图2A所示，例如，如果6个计算周期中的目标充气效率EcTGT(n-1)-EcTGT(n-6)被储存，变化ΔEcETM能够利用表格1中描述的关系被计算。
表格1
  时间间隔A的范围   ΔEcETM
  120[ms]≤A   ΔEcETM＝{EcTGT(n)-EcTGT(n-6)}×2
  60[ms]≤A＜120[ms]   ΔEcETM＝{EcTGT(n)-EcTGT(n-6)}×A/60[ms]
  50[ms]≤A＜60[ms]   ΔEcETM＝{EcTGT(n-1)-EcTGT(n-6)}×A/50[ms]
  40[ms]≤A＜50[ms]   ΔEcETM＝{EcTGT(n-2)-EcTGT(n-6)}×A/40[ms]
  30[ms]≤A＜40[ms]   ΔEcETM＝{EcTGT(n-3)-EcTGT(n-6)}×A/30[ms]
  20[ms]≤A＜30[ms]   ΔEcETM＝{EcTGT(n-4)-EcTGT(n-6)}×A/20[ms]
  10[ms]≤A＜20[ms]   ΔEcETM＝{EcTGT(n-5)-EcTGT(n-6)}×A/10[ms]
  A＜10[ms]   ΔEcETM＝0
如图2B所示，如果六个计算周期中的目标充气效率EcTGT的差异dEcTGT10-dEcTGT60被储存，变化ΔEcETM能够利用表格2中描述的关系被计算。
表格2
Figure BDA0000145192500000121
基于通过实际空气体积计算器2a计算的实际充气效率Ec和通过变化计算器3b计算的变化ΔEcETM，估计空气体积计算器3c计算实际充气效率Ec的估计值作为估计充气效率Ectb。如果实际充气效率Ec小于预定最大值EcMAX，估计空气体积计算器3c根据方程3计算估计充气效率Ectb。
Ectb＝Ec+ΔEcETM  (方程3)
在有些情况下，如果实际充气效率Ec等于或者大于最大值EcMAX，通过将ΔEcETM加到实际充气效率Ec上，估计充气效率Ectb变得极大；因此，估计空气体积计算器3c通过将实际充气效率Ec直接地赋给估计充气效率Ectb(＝Ec)进行计算。通过估计空气体积计算器3c计算的估计充气效率Ectb的值被传输到控制器4。
[2-3.控制器]
控制器4产生传输到诸如节流阀24和喷射器18的控制元件的控制信号。控制器4包括进气控制器4a、喷油量控制器4b和点火控制器4c。
基于通过目标空气体积计算器2b计算的目标充气效率EcTGT，进气控制器4a(空气吸入控制器)控制进气体积。进气控制器4a控制节流阀24的节流开度θTH，以便对应于被吸入汽缸19的实际空气体积的充气效率变成目标充气效率EcTGT。流过节流阀24的进气体积取决于节流开度θTH和进气的流速。另外，进气的流速根据节流阀24的上游压力PB和下游压力PA、发动机转速Ne和任何其他参数计算。进气控制器4a因此响应于目标流速、进气流速和从目标充气效率EcTGT获得的进气响应的延迟(由于进气管容积的容量导致的进气延迟)来控制节气开度θTH。
进气控制器4a控制节流阀24的节流开度θTH，例如，考虑引擎10的运转状态、控制角θVVL，可动阀门机构9的相位角θVVT和任何其他的参数。节流阀24被控制以便即使这些参数变化时驱动延迟时间也基本为常数。上述大约为60毫秒(ms)的驱动延迟时间和估计单元3的计算条件所涉及的周期为：从控制信号从进气控制器4a输出的时刻到节流阀24实际打开变化为节流开度θTH的时刻。
基于通过估计空气体积计算器3c计算的估计充气效率Ectb，喷油量控制器4b控制用于每个汽缸19的燃料喷射率。喷油量控制器4b设置激励信号的脉冲宽度，以便从喷射器18喷射的燃料量对应于估计充气效率Ectb，并且喷油量控制器4b将激励信号输出到喷射器18。激励信号的脉冲宽度能够基于，例如，需要的空气-燃料比和估计充气效率Ectb被计算。
激励信号被输出到汽缸19的喷射器18，在汽缸19中，吸入冲程在两个冲程后结束。另外，当激励信号被输出到喷射器18的时刻是早于该喷射器18的汽缸19的实际充气效率Ec的计算发生的时刻两个冲程的时刻。如此，燃料喷射率的控制考虑了将要在两个冲程后被吸入汽缸19空气体积的估计值。
基于通过实际空气体积计算器2a计算的实际充气效率Ec和通过估计空气体积计算器3c计算的估计充气效率Ectb，点火控制器4c(点火控制器)为每个汽缸控制点火的时刻。响应引擎转速Ne，利用实际充气效率Ec或者估计充气效率Ectb，点火控制器4c设置对应于最佳点火定时(MBT，用于最佳扭矩的最小点火提前)的延迟量，用于产生最大扭矩。
点火时刻在汽缸19的吸入冲程完成之后。换句话说，实际充气效率Ec从点火控制被执行的时刻开始被计算，尽管并不总是要求计算估计充气效率Ectb，并可以使用在实际充气效率Ec被计算之前就已计算出的估计充气效率Ectb。
[3.运转]
以下将描述控制设备的运作。在图3A中，粗实线表示通过实际空气体积计算器2a计算出的实际充气效率Ec的变化，虚线表示通过目标空气体积计算器2b计算的目标充气效率EcTGT的变化，细实线表示两个冲程后的实际充气效率。图表的横轴对应于时间，为曲轴17的每半周旋转(180度)画的竖直线显示了冲程之间的边界。图表的纵轴对应于充气效率(实际充气效率、目标充气效率、估计充气效率)。
实际充气效率Ec在每个冲程时刻T180被计算，目标充气效率EcTGT在每个计算周期TMAIN被计算。这两个值都总是被更新。如图3A所示，在发动机转速Ne为1000rpm时，冲程时刻T180是30毫秒；因此，在计算周期TMAIN为10毫秒时，目标充气效率EcTGT为一个冲程被更新三次。在目标充气效率EcTGT被更新后，历史值被存储在引擎控制器1的存储单元2e中。
在时刻t0前，引擎10正常地运转，实际充气效率Ec具有预定值Ec1。例如，如果在时刻t0，加速请求被输入，目标空气体积计算器2b响应加速请求计算目标充气效率EcTGT(n)，再将目标充气效率EcTGT(n)传送到存储单元2e和控制器4。
每当距离当前第一近的目标充气效率EcTGT(n)被输入到存储单元2e，距离当前第一近的目标充气效率和距离当前第二近的目标充气效率之间的差异dEcTGT依次被计算和储存。如图3B所示，在目标充气效率EcTGT开始增加的时刻B0之后，差异dEcTGT的值发生变化。被存储在单元2e中的在时刻B0后的差异dEcTGT的大小从最早的开始依次通过Z1-Z16表示，这些将在下面描述。
在紧接时刻B0的时刻B1，实际充气效率Ec的变化没有与目标充气效率EcTGT的变化同步，实际充气效率Ec在时刻B3后开始增加，时刻B3为两个冲程之后的时刻。在时刻B1时，对应于在时刻B3时被吸入的估计空气体积充气效率的值被计算。用于汽缸19的燃料喷射率和点火时刻基于上述充气效率的值被控制。
在时刻B3的估计充气效率Ectb在时刻B1被估计，通过估计间隔计算器3a计算的时间间隔A为60ms。因此，变化计算器3b将目标充气效率EcTGT的六个差异dEcTGT加到实际充气效率Ec，以获得变化ΔEcETM。因为差异dEcTGT的值在时刻B0之前是0，通过变化计算器3b在时刻B1被计算的变化ΔEcETM是Z1。因此，通过估计空气体积计算器3c计算的在时刻B1的估计充气效率Ectb的值是预定值，Ec1+Z1。
目标充气效率EcTGT被传输到进气控制器4a，节流阀24的开度基于该目标充气效率EcTGT的值被控制。另外，估计充气效率Ectb被传输到喷油量控制器4b，从喷射器18喷射的燃料的量基于该估计充气效率Ectb的值被控制。注意，在当前阶段，燃料被喷射到其中的汽缸19是吸入冲程在两个冲程之后完成的汽缸，在时刻B3或大约在时刻B3。
在时刻B2，时刻B1后的一个冲程(30毫秒)，时刻B4的实际充气效率Ec被估计，时刻B4即为从时刻B2后的两个冲程。从时刻B1到时刻B2的目标充气效率EcTGT的差异dEcTGT通过变化计算器3b被计算四次，这些值Z1-Z4被存储在存储单元2e。因此，通过变化计算器3b在时刻B2计算的变化ΔEcETM是值Z1-Z4的和。另外，尽管实际充气效率Ec在时刻B2还没有发生变化，通过估计空气体积计算器3c计算的估计充气效率Ectb通过将值Z1-Z4的和加到预定值Ec1而获得。
在时刻B3，时刻B2后的一个冲程，在时刻B5的实际充气效率Ec被估计。在该时刻，目标充气效率EcTGT的差异dEcTGT的六个值Z2-Z7被存储在存储单元2e中。因此，在时刻B3通过变化计算器3b计算的变化ΔEcETM为值Z2-Z7的和。
在时刻B3，实际充气效率Ec的变化随着目标充气效率EcTGT在时刻B1的变化，实际充气效率Ec在时刻B3的值是预定值Ec2。因此，通过空气体积计算器3c计算的估计充气效率Ectb的值是通过将值Z2-Z7的总和加到预定值Ec2上而获得的值。
在时刻B3，为每个冲程计算实际充气效率Ec和估计充气效率Ectb，进气体积和燃料喷射率基于该值被控制。在两个冲程后，通过在该时刻将目标充气效率EcTGT的变化ΔEcETM加到实际充气效率Ec，利用基于目标充气效率EcTGT被控制的节流阀24的驱动延迟时间，估计充气效率Ectb的值变成与实际充气效率Ec相等。
如图3A所示，估计充气效率Ectb的值的变化在每个独立的时刻B1、B2……B6被计算，基本对应于两个冲程后的实际充气效率Ec的变化，实际充气效率Ec的变化通过细实线表示。换句话说，60毫秒(ms)后的实际充气效率Ec能够被精确地估计。
[4.有益效果]
如上所述，根据本实施例的引擎控制器1不使用仅基于实际充气效率Ec的预估性方法，而是使用基于实际充气效率Ec和目标充气效率EcTGT的组合的预估性方法。因此，估计充气效率Ectb的计算能够考虑到将实际充气效率Ec相对于目标充气效率EcTGT的时间滞后的影响。例如，因为对应于将要被吸入到汽缸19中空气的燃料喷射率和点火时刻在汽缸19的吸入冲程完成之前被计算，所以估计充气效率Ectb能够精确地被计算，使引擎10的可控性得到改善。
例如，因为引擎控制器1的喷油量控制器4b基于通过估计空气体积计算器3c估计的估计充气效率Ectb控制燃料喷射率，所以有可能在吸入冲程完成前计算和控制燃料喷射率，并精确地控制空气-燃料比。特别地，在瞬变时刻(当实际充气效率Ec的时间斜率正在变化时)的空气-燃料比中变化能够减小，发动机转矩得到精确控制。
另外，同样的机制也适用于引擎10的点火控制。因为点火控制器4c基于估计充气效率Ectb控制点火时间，延迟量的目标值能够在吸入冲程完成前被计算出。因此，引擎10的可控性能够被进一步改善。注意，因为点火控制是在吸入冲程完成后执行，延迟量能够利用估计充气效率Ectb和实际充气效率Ec的组合而被计算。利用这样的计算方法，引擎10的可控性10能够进一步改善。
如上所述，引擎控制器1利用目标充气效率EcTGT的历史值计算估计充气效率Ectb。从而，实际充气效率Ec的随后的变化的估计能够考虑到目标充气效率EcTGT的历史值。这样改善了估计充气效率Ectb的准确度和引擎10的可控性。
引擎控制器1的存储单元2e为一段预定时间(例如，过去的60毫秒)储存目标充气效率EcTGT的历史值，该段预定时间对应于节流阀24的驱动延迟时间。因此，至少到该时间段过去的时刻，实际充气效率Ec的变化可以被精确地掌握，使引擎10的可控性得到改善。另外，例如，通过推断估计充气效率Ectb到该预定时间过去的时刻的变化趋势，有可能估计出在预定时间段后的时刻的估计充气效率Ectb。
控制器1利用时间间隔在希望被进行估计的时刻计算目标充气效率EcTGT的变化ΔEcETM，控制器1利用变化ΔEcETM和实际充气效率Ec计算随后的估计充气效率Ectb。从而，实际充气效率Ec能够被精确地估计，即使目标充气效率EcTGT不对应于驱动延迟时间之后的随后的实际充气效率Ec的值。
根据方程1，在利用由计算周期检测器2d检测的计算周期TMAIN对目标充气效率EcTGT的差异dEcTGT进行校正的构型中，被校正的差异dEcTGT被转化为10毫秒内的变化率，即使目标充气效率EcTGT的计算周期TMAIN被延长超过之间设定的10毫秒。因此，用于估计实际充气效率Ec的变化ΔEcETM的计算准确度能够被保持，而无论计算周期TMAIN的变化，估计充气效率Ectb的值可被精确的计算。
[5.替换例]
在上述实施例中描述了控制具有四个汽缸的引擎10的引擎控制器1。然而，引擎控制器1能够控制任何其他具有不同数量的冲程和汽缸的引擎。控制器还可以控制没有可动阀门机构9或者CVT-ECU 35的引擎10。
在上述引擎控制器1中，还说明了使用目标充气效率EcTGT和实际充气效率Ec作为参数的估计计算方法。至少计算对应于目标空气体积的参数和对应于实际空气体积的参数的系统还可以利用引擎控制器1的计算估计充气效率Ectb。例如，可以利用流过进气路径25的进气气流体积和容积效率而不用充气效率执行相似的估计计算。
另外，在如上所述的实施例中，实际充气效率Ec的随后的估计值通过将过去的目标充气效率EcTGT中的变化加到随后的实际充气效率Ec中的变化而得到。然而，这些变化之间的相应性并不总是固定的，因此，通过响应于引擎10的运转状态和周围条件来校正变化ΔEcETM，估计充气效率Ectb能够被更精确地计算。
在节流阀24的从动响应的性能响应于机动车的行车状态而改变的情况下，并且当从动响应的延时、将要被存储在存储单元2e中的目标充气效率EcTGT的历史值中的数据的数量能够基于机动车的行车状态而被改变。
例如，如果驱动响应的延时大约为70毫秒，用于70毫秒的目标充气效率EcTGT的历史值被存储在存储单元2e。这样，在70毫秒前的时刻到时间间隔A经过的时刻的时间段内，目标充气效率EcTGT的值发生变化，该变化目标充气效率EcTGT的值能够被设定为ΔEcETM。如上所述，通过将“从动响应的延时前的时刻到时间间隔A经过的时刻的时间段变化的目标充气效率EcTGT(变化ΔEcETM)”增加到“当前时刻的实际充气效率Ec”，估计的充气效率Ectb能够被计算。
附图标记
1引擎控制器
2计算器
2a实际空气体积计算器
2b目标空气体积计算器
2c冲程时间检测器
2d计算周期检测器
2e存储单元
3估计单元(估计器)3a估计间隔计算器
3b变化计算器
3c估计空气体积计算器
4控制器
4a进气控制器(空气吸入控制器)
4b喷油控制器
4c点火控制器
10引擎
Ec实际充气效率
EcTGT目标充气效率
Ectb估计充气效率
ΔEcETM变化
在此描述的本发明可以在很多方面进行改变。在不脱离本发明的精神和范围的前提下做出的变化和本领域技术人员容易想到的修改都属于本发明的权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种引擎控制设备，其特征在于，包括：
目标空气体积计算器(2b)，所述目标空气体积计算器(2b)计算引擎(10)需要的目标空气体积；
实际空气体积计算器(2a)，所述实际空气体积计算器(2a)计算被吸入所述引擎(10)的汽缸(19)的实际空气体积；和
估计器(3)，所述估计器(3)基于延时计算随后的实际空气体积的估计值作为估计空气体积，所述延时为从所述目标空气体积被计算的时刻到所述实际空气体积达到所述目标空气体积的时刻。
2.如权利要求1所述的引擎控制设备，其特征在于，进一步包括存储器(2e)，所述存储器(2e)储存所述目标空气体积的历史值；
其中，所述估计器(3)基于所述目标空气体积和所述实际空气体积计算所述估计空气体积。
3.如权利要求2所述的引擎控制设备，其特征在于，进一步包括空气吸入控制器(4a)，所述空气吸入控制器(4a)基于所述目标空气体积来控制所述引擎(10)的节流阀(24)；
其中，所述存储器(2e)储存一个时间段的历史值作为所述目标空气体积的历史值，所述时间段至少对应于所述节流阀(24)的驱动延迟时间。
4.如权利要求2或3所述的引擎控制设备，其特征在于，所述估计器(3)包括：
估计间隔计算器(3a)，所述估计间隔计算器(3a)计算当所述估计值被计算的时刻和当所述实际空气体积被估计达到所述估计值的随后的时刻之间的时间间隔；
变化计算器(3b)，从早于所述估计值被计算的所述时刻的时刻到所述时间间隔经过的时刻，所述变化计算器(3b)计算存储在所述存储器(2e)的所述目标空气体积的所述历史值的变化；和
估计空气体积计算器(3c)，所述估计空气体积计算器(3c)基于所述实际空气体积和所述变化来计算所述估计空气体积。
5.如权利要求2所述的引擎控制设备，其特征在于，进一步包括计算周期检测器(2d)，所述计算周期检测器(2d)检测用于所述目标空气体积计算器(2b)的所述目标空气体积的计算周期；
其中，所述存储器(2e)储存所述目标空气体积的变化率的值作为所述历史值，所述目标空气体积的变化率的值对应于利用所述计算周期转换的固定周期。
6.如权利要求1所述的引擎控制设备，其特征在于，进一步包括喷油控制器(4b)，所述喷油控制器(4b)基于所述估计空气体积来控制所述引擎(10)的燃料喷射率。
7.如权利要求1所述的引擎控制设备，其特征在于，进一步包括点火控制器(4c)，所述点火控制器(4c)基于所述估计空气体积来控制所述引擎(10)的点火时间。
8.如权利要求3所述的引擎控制设备，其特征在于，进一步包括计算周期检测器(2d)，所述计算周期检测器(2d)检测用于所述目标空气体积计算器(2b)的所述目标空气体积的计算周期；
其中，所述存储器(2e)储存所述目标空气体积的变化率的值作为所述历史值，所述目标空气体积的变化率的值对应于利用所述计算周期转换的固定周期。
9.如权利要求4所述的引擎控制设备，其特征在于，进一步包括计算周期检测器(2d)，所述计算周期检测器(2d)检测用于所述目标空气体积计算器(2b)的所述目标空气体积的计算周期；
其中，所述存储器(2e)储存所述目标空气体积的变化率的值作为所述历史值，所述目标空气体积的变化率的值对应于利用所述计算周期转换的固定周期。
10.如权利要求2所述的引擎控制设备，其特征在于，进一步包括喷油控制器(4b)，所述喷油控制器(4b)基于所述估计空气体积来控制所述引擎(10)的燃料喷射率。
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