CN103321756A - 内燃机的气缸吸入空气量推定装置 - Google Patents

Abstract

本发明得到能够利用进气系统的物理模型来对实际吸入气缸内的空气量进行高精度的推定的内燃机的气缸吸入空气量推定装置。通过基于排气效率（进气管内压力的一次函数）及进气效率（进气管内压力的一次函数）来对体积效率相当值进行计算，从而以较少的适应常数进行高精度的推定，其中，该排气效率是表示燃烧后的废气未从气缸内排出到排气管而残留在气缸内的残留气体量的指标，该进气效率是表示来自进气管的、除残留气体部分以外进入气缸内的空气量的指标。

Description

内燃机的气缸吸入空气量推定装置

技术领域

本发明涉及一种设有可变阀门机构的内燃机的控制装置，详细而言，涉及一种用于对气缸吸入空气量进行高精度计算的内燃机的气缸吸入空气量推定装置。

背景技术

通常，为了恰当地控制发动机，重要的是要对被吸入到气缸（cylinder）内的空气量进行高精度的计算，并对应于吸入到气缸内的空气量进行燃料控制及点火控制。

以往，为了对吸入到内燃机气缸内的空气量进行测定，公知有如下技术：即，利用设置于发动机的进气管的节流器上游部的气流传感器（Air FlowSensor）（下面，称作“AFS”）来对吸入空气量进行测定（AFS方式）。

另外，还公知有如下技术：即，设置有对包含节流器下游的气室(surgetank)及进气歧管在内的部分（统称作“进气歧管部”）内的压力进行测定的压力传感器（下面，称作进气歧管压力传感器），从而利用由进气歧管压力传感器测定到的进气歧管压力、以及另外测定到的发动机转速，来对吸入气缸内的空气量进行推定（Ｓ／Ｄ方式：Ｓｐｅｅｄ Ｄｅｎｓｉｔｙ方式（速度密度方式））。

并且，还公知有如下技术：即，同时使用上述两种传感器、并根据运转状态来切换AFS方式与S/D方式的技术；或者在AFS方式中也测定进气歧管压力的技术。

近年来，为了进一步实现低燃耗化及高输出化，一般发动机均包括有进气VVT，以作为可改变进气阀的阀门开关时刻的可变气门正时机构（VariableValve Timing）（下面，称作“VVT”）。并且，大多采用进排气VVT，即，不仅进气阀包括VVT，在排气阀中也包括排气VVT。

在这样的包括进排气VVT的发动机中，由于从进气歧管吸入气缸内的空气量取决于气门正时而发生较大的变化，因此在不考虑由气门正时产生的影响的情况下，在AFS方式中，在过渡运转区域（加减速时等）中，进入气缸的吸入空气量的计算精度下降；在S/D方式中，在正常运转区域及过渡的整个运转区域中，进入气缸的吸入空气量的计算精度下降。

因此，提出有如下技术：即，即使在包括进排气VVT的发动机中，为了对进入气缸的吸入空气量进行高精度的计算，在AFS方式中，也建立物理模型以利用基于质量守恒定律、能量守恒定律、动量守恒定律等物理定律得到的公式来表示进气通路、进气阀、排气阀等进排气系统中的空气的状态，并通过利用该物理模型，来推定进入气缸的吸入空气量（例如，参照专利文献1）。

然而，在专利文献1所记载的技术中，由于通过每隔规定的时间间隔不仅对基于质量守恒定律得到的公式进行计算，还对基于能量守恒定律或动量守恒定律等物理定律得到的公式（参照专利文献1的段落［0072］～［0188］）进行计算，从而对通过进气阀及排气阀并被吸入到气缸内的空气量进行计算，因此存在需要大量运算的问题。

特别是，近年来，虽然发动机控制单元（下面，称作ＥＣＵ：Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）中使用的微型计算机的速度变得越来越快，但是由于除空气量的推定处理以外的各种处理内容也变得复杂化，因此存在难以将大量的运算负荷仅分配给空气量的推定的问题。

另外，在专利文献1所记载的模型中，不仅有像定压比热或定容比热这样的物理属性值，还有较多的像流量系数那样需要进行适应的系数，并且，由于为了与实际值相适应，需要高精度地计算出难以得到精确测定值的瞬时压力或瞬时温度，因此进行适应所需的工作量也变得较庞大，而且还存在物理模型的检验本身较为困难的问题。

因此，作为简化的物理模型，还提出有在AFS方式中仅利用质量守恒定律来对进气系统进行建模的技术（例如，参照专利文献2）。

在专利文献2所记载的技术中，通过使用从进气歧管进入气缸的空气的体积效率相当值（体积效率校正系数Kv），从而利用进一步简化的物理模型，以对恰当地控制发动机而言足够的精度对气缸吸入空气量进行推定，而不进行能量守恒定律或动量守恒定律等复杂运算（参照段落［0023］、［0024］、［0038］～［0042］）。

此外，将体积效率校正系数Kv进行存储，以作为不包括进排气VVT的发动机中、以发动机转速及进气歧管压力为轴的一个映射。

另外，在专利文献2中，记载有适用于包括VVT机构的发动机的结构例（参照段落［0067］～［0071］），在该结构例中，作为映射关系，需要预先根据各个可变阀门的动作状态、来存储体积效率校正系数映射。

具体而言，例如，以六个代表点来表示动作范围，并在各代表点间进行插补来使用，在该情况下，如果是仅有进气VVT的系统结构，则需要六个体积效率校正系数映射；如果是有进排气VVT的系统结构，则需要6×6＝36个体积效率校正系数映射。

由此，在专利文献2的上述结构例的情况下，对于仅有进气VVT的系统结构，可认为是在实用范围内，但对于具有进排气VVT的系统结构，由于体积效率校正系数映射的数量变得较为庞大，因此存在如下问题：即，为了适应或数据设定而需要较大的工作量，并且ECU的微型计算机所需的存储器容量也变得较为庞大。

另一方面，也提出有S/D方式中的简化的物理模型（例如，参照专利文献3）。

在专利文献3中，公开有：根据进气歧管压力MAP、体积效率VE、气缸体积V以及温度T来对吸入气缸内的空气量进行计算（参照段落［0003］、［0004］、［数学式1］）。

此外，若将所谓的理想气体状态方程式（Ｐ＝ρＲＴ、Ｐ：压力、ρ：密度、Ｒ：气体常数、Ｔ：温度）的关系考虑在内，则专利文献3所记载的［数学式1］以及专利文献2所记载的［数学式2］所表示的内容相同，并且认为专利文献3所记载的体积效率VE与专利文献2所记载的体积效率校正系数Kv相同。

由此，在专利文献3中，是以发动机阀门时刻等发动机参数不发生变化作为前提，但假设在专利文献3的S/D方式中使用可变阀门，则其结果与专利文献2相同，存在有如下问题：即，由于体积效率VE的映射的数量变得较为庞大，因此为了适应或数据设定而需要较大的工作量，并且ECU的微型计算机所需的存储容量也变得较为庞大。

即，在设有可变阀门机构的内燃机中，在根据使用表示从进气歧管进入气缸内的空气量的指标、即体积效率相当值的进气系统的物理模型，来对实际吸入气缸内的空气量进行推定时，由于体积效率相当值根据可变阀门机构的实际的气门正时而进行变化，因此在对体积效率相当值进行高精度的计算时，需要预先根据气门正时来使体积效率相当值与其相适应，从而使得预先将其存储的映射的数量变得庞大。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2006－37911号公报

专利文献2：日本专利特开2008－138630号公报

专利文献3：日本专利特开平08－303293号公报

发明内容

现有的内燃机的气缸吸入空气量推定装置存在有如下问题：即，无论是在AFS方式还是S/D方式中，虽然在能够准确地计算出体积效率校正系数的情况下，能够利用简化的物理模型，以对恰当地控制发动机而言足够的精度对气缸吸入空气量进行推定，但在包括进排气VVT的发动机中为了推定正确的体积效率校正系数，体积效率校正系数的映射的数量变得较为庞大。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于得到一种内燃机的气缸吸入空气量推定装置，该内燃机的气缸吸入空气量推定装置无需像专利文献1所示那样因进排气系统的复杂物理模型而产生庞大的运算负荷，而像专利文献2、3那样使用进气系统的简化的物理模型，并通过对简化的物理模型中使用的体积效率校正系数进行近似计算，从而无需庞大的存储器容量，并且能够以较少的适应常数及较小的运算负荷并以对恰当地控制发动机而言足够的精度对气缸吸入空气量进行推定。

本发明所涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置用于对在节流阀的下游一侧的进气管上设置的内燃机的气缸吸入空气量进行推定，包括：体积效率相当值计算单元，该体积效率相当值计算单元对表示从进气管进入气缸内的空气量的指标即体积效率相当值进行计算；以及气缸吸入空气量推定单元，该气缸吸入空气量推定单元使用体积效率相当值对实际被吸入到气缸内的空气量进行推定，其中，体积效率相当值计算单元基于排气效率及进气效率对体积效率相当值进行计算，该排气效率是表示燃烧后的废气未从气缸内排出到排气管而残留在气缸内的残留气体量的指标，该进气效率是表示来自进气管的、除残留气体部分以外进入气缸内的空气量的指标。

根据本发明，通过对进气系统的简化的物理模型、及简化的物理模型中使用的体积效率校正系数进行近似计算，从而为了恰当地控制发动机，无需庞大的存储器容量，能够利用较少的适应常数及较小的运算负荷并以足够的精度对气缸吸入空气量进行推定。

附图说明

图1是简要地表示本发明的实施方式1所涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置的结构图。

图2是简要地表示本发明的实施方式1所涉及的发动机及发动机控制部的结构框图。

图3是表示本发明的实施方式1所涉及的气缸吸入空气量的计算处理的流程图。

图4是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的排气阀封闭时、新气体吸入开始时以及进气行程结束时的气缸内的状态的说明图。

图5是表示本发明的实施方式1所涉及的缸内压力与缸内容积的关系（P-V线图，取双对数表示）的一个例子的说明图。

图6是表示本发明的实施方式1所涉及的进气歧管压力峰值与进气行程结束时的缸内压力的关系的说明图。

图7是表示本发明的实施方式1所涉及的进气歧管压力峰值与排气效率的关系的说明图。

图8是表示本发明的实施方式1所涉及的在规定的进气VVT的相位角下排气VVT的相位角发生变化时、进气歧管压力峰值与排气效率的关系的说明图。

图9是对本发明的实施方式1所涉及的进气VVT的相位角及排气VVT的相位角发生变化时、进气歧管压力峰值与排气效率的关系进行线性近似的说明图。

图10是表示本发明的实施方式1所涉及的排气效率的计算值与线性近似值的误差的说明图。

图11是表示本发明的实施方式1所涉及的排气效率的计算部的功能框图。

图12是表示本发明的实施方式1所涉及的内部EGR率及进气效率的计算部的功能框图。

图13是表示本发明的实施方式1所涉及的体积效率校正系数的计算部的功能框图。

图14是表示本发明的实施方式1所涉及的体积效率校正系数计算单元的整体结构的功能框图。

图15是简要地表示本发明的实施方式2所涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置的结构图。

图16是简要地表示本发明的实施方式2所涉及的发动机及发动机控制部的结构框图。

图17是表示本发明的实施方式2所涉及的气缸吸入空气量的计算处理的流程图。

具体实施方式

实施方式1

下面，参照附图对本发明的实施方式1进行详细说明。

图1是简要地表示本发明的实施方式1所涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置的结构图，图2是简要地表示本发明的实施方式1所涉及的发动机及发动机控制部的结构框图。

图1中，内燃机的气缸吸入空气量推定装置通过与发动机1相关联的各种传感器、以及与各种传感器相连接的电子控制单元20构成。下面，将电子控制单元20简称为ECU20（Electric Control Unit：电子控制单元）。

ECU20与各种传感器及各种致动器一同构成发动机控制装置，并基于表示发动机1的运转状态的来自各种传感器的检测信息来控制发动机1的各种致动器。

在发动机1的进气系统的上游一侧设有对吸入发动机1内的空气量进行测定的AFS2，在AFS2的下游一侧（发动机1一侧）设有用于对吸入空气量进行调整的电子控制节流器4。

在电子控制节流器4设有用于以电子方式对开度进行控制的节流致动器、以及用于对电子控制节流器4的开度进行测定的节流器开度传感器3。

在电子控制节流器4的下游一侧设有气室5及进气歧管6，以作为用于将空气导入发动机1内的进气管（进气歧管部）。

构成进气管的进气歧管6经由进气阀与发动机1的气缸内的燃烧室连通。

另一方面，在发动机1的下游一侧设有排气歧管13，以作为用于将气缸内燃烧后的废气排出的排气管。

排气歧管13经由排气阀与发动机1的气缸内的燃烧室连通。另外，虽未图示，但在排气歧管13设有用于控制空燃比的O2传感器、用于净化废气的催化剂。

在电子控制节流器4的下游一侧的进气管设有：对包含气室5及进气歧管6内部的空间（进气歧管）的压力（进气歧管压力）进行测定的进气歧管压力传感器7、以及对进气歧管内的温度（进气歧管温度Tb）进行测定的进气温度传感器8。

此外，也可以设置推定进气歧管压力的单元以代替测定进气歧管压力的进气歧管压力传感器7，另外，也可以设置对外部气体温度（严格来说不同于进气歧管温度Tb）进行近似测定的温度传感器（例如，内置在AFS2中的温度传感器）以代替测定进气歧管温度Tb的进气温度传感器8。

在进气歧管6的进气阀附近设有用于喷射燃料的喷射器9，并且在进气阀及排气阀分别设有用于使气门正时可进行变化的进气VVT10及排气VVT11。

另外，在气缸盖设有用于对在气缸内产生火花的火花塞进行驱动的点火线圈12。

图2中，ECU20包括气缸吸入空气量计算单元21，并且气缸吸入空气量计算单元21包括体积效率校正系数计算单元22。

此外，体积效率校正系数计算单元22不仅具有体积效率校正系数Kv的计算部的功能，还如后述那样，具有对内部EGR率Regr进行计算的内部EGR率计算部的功能。

除了上述各传感器2、3、7、8之外，ECU20还与大气压传感器14相连接，输入至ECU20的数据有：由AFS2测定到的吸入空气量、由节流器开度传感器3测定到的电子控制节流器4的开度、由进气歧管压力传感器7测定到的进气歧管压力、由进气温度传感器8测定到的进气歧管温度Tb、以及由大气压传感器14测定到的大气压。

此外，也可以使用推定大气压的单元、或使用内置在ECU20中的大气压传感器，以代替测定大气压的大气压传感器14。

另外，从未图示于此的其它各种传感器（油门开度传感器、曲柄角度传感器等）也向ECU20输入各种测定值。

ECU20内的气缸吸入空气量计算单元21包含物理模型（在后面进行阐述），根据由AFS2测定到的吸入空气量来计算气缸吸入空气量，并且ECU20基于计算出的气缸吸入空气量来对喷射器9及点火线圈12进行驱动。

另外，ECU20基于油门开度等各种输入信息来计算目标转矩，计算用于达到计算出的目标转矩的目标气缸吸入空气量，并计算目标节流器开度、目标进气VVT相位角及目标排气VVT相位角，以作为用于达到目标气缸吸入空气量的控制目标值，从而对电子控制节流器4的开度、进气VVT10及排气VVT11的相位角进行控制以达到这些控制目标值。另外，根据需要也对未图示于此的其它各种致动器进行控制。

接下来，对气缸吸入空气量计算单元21的功能、即用于根据由AFS2测定到的吸入空气量来对气缸吸入空气量进行计算的进气系统的物理模型进行详细说明。

首先，作为发动机1的行程数n的函数，对各参数Qa(n)、Qc(n)、T(n)[s]、Vs[cm³]、Vc[cm³]、ρb(n)[g/cm³]及Kv(n)定义如下。

Qa(n)是由AFS2测定到的实际吸入空气量[g/s]在一个行程内的平均值，Qc(n)是气缸吸入空气量[g/s]在一个行程内的平均值，T(n)[s]是一个行程（在四气缸发动机中为180degCA；在三气缸发动机中为240degCA）的时间。

另外，Vs[cm³]是从电子控制节流器4的下游一侧到各气缸入口为止的进气管容积，Vc[cm³]是每一个气缸的气缸行程容积，ρb(n)[g/cm³]是进气歧管内的新气体密度在一个行程内的平均值。

再有，Kv(n)是从进气歧管进入气缸内的空气的体积效率校正系数。

若在由从电子控制节流器4的下游一侧到发动机1的各气缸入口为止的进气管容积Vs所表示的区域中，仅关注新气体（经由电子控制节流器4而进入进气歧管的空气）并应用质量守恒定律，则下式（1）成立。

[数学式1]

Qa(n)T(n)-Qc(n)T(n)={ρ_b(n)-ρ_b(n-1)}·Vs…（1）

接下来，若使用体积效率校正系数Kv(n)，则一个行程内的气缸吸入空气量Qc(n)T(n)如下式（2）所示。

[数学式2]

Qc(n)T(n)=Kv(n)·ρ_b(n)·Vc…（2）

此外，在正常运转时，由于实际吸入空气量[g/s]在一个行程内的平均值Qa(n)和一个行程的时间T(n)之积Qa(n)T(n)、与气缸吸入空气量[g/s]在一个行程内的平均值Qc(n)和一个行程的时间T(n)之积Qc(n)T(n)相等，因此在发动机控制常数进行适应时，可以通过将式（2）的左边替换成Qa(n)T(n)，从而计算体积效率校正系数Kv。

接下来，将式（2）代入式（1），若消去进气歧管内的新气体密度在一个行程内的平均值ρb(n)，并对Qc(n)T(n)进行求解，则Qc(n)T(n)如下式（3）所示。

[数学式3]

$\mathrm{Qc}\left(n\right)T\left(n\right)=\frac{\mathrm{Kv}\left(n\right)}{\mathrm{Kv}(n-1)}\·K\·\mathrm{Qc}(n-1)T(n-1)+(1-K)\·\mathrm{Qa}\left(n\right)T\left(n\right)$

$\underset{\·}{\·\·}K=\frac{\mathrm{Vs}}{\mathrm{Vs}+\mathrm{Kv}\left(n\right)\·\mathrm{Vc}}\·\·\·\left(3\right)$

其中，式（3）中，K是滤波常数。

利用式（3），能够通过由AFS2测定到的吸入空气量Qa(n)T(n)来对气缸吸入空气量Qc(n)T(n)进行高精度的计算。

若将式（3）进一步变形，则得到下式（4）

[数学式4]

$\frac{\mathrm{Qc}\left(n\right)T\left(n\right)}{\mathrm{Kv}\left(n\right)}=K\·\frac{\mathrm{Qc}(n-1)T(n-1)}{\mathrm{Kv}(n-1)}.+(1-K)\·\frac{\mathrm{Qa}\left(n\right)T\left(n\right)}{\mathrm{Kv}\left(n\right)}\·\·\·\left(4\right)$

式（3）在与发动机1的旋转同步的（例如，每个规定曲柄角度的）中断处理中，相当于数字低通滤波器。由此可知，发动机1的进气系统是一阶延迟要素。

接下来，参照图3所示的流程图，来对用于在ECU20内实现式（3）的处理进行详细说明，即，对在每个规定曲柄角度的中断处理内执行气缸吸入空气量计算单元21的动作进行详细说明。

这里，假设每个规定曲柄角度的中断处理例如是BTDC5degCA中断处理（下面称作“B05处理”）。

图3是表示本发明的实施方式1所涉及的气缸吸入空气量的计算处理的流程图。

图3中，ECU20内的气缸吸入空气量计算单元21首先对一个行程内的实际吸入空气量Qa(n)T(n)[g]进行计算（步骤301）。

具体而言，对于AFS2是质量流量计的情况，每隔例如1.25ms进行采样并对AFS2的输出电压进行累加，从而能够根据从上次中断处理到本次中断处理为止之间的累加值来计算出一个行程内的实际吸入空气量Qa(n)T(n)[g]。

此外，对于AFS2是体积流量计的情况，能够通过基于标准大气密度、大气压及进气温度而将体积转换成质量以进行计算。

接下来，气缸吸入空气量计算单元21内的体积效率校正系数计算单元22计算体积效率校正系数Kv(n)（步骤302）。此外，在后面对体积效率校正系数Kv(n)的计算处理进行详细说明。

接下来，气缸吸入空气量计算单元21根据式（3）内的滤波常数K的计算式来计算滤波常数K（步骤303）。

接下来，气缸吸入空气量计算单元21根据式（3）内的滤波计算式来计算实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)[g]（步骤304）。

此外，对于式（3）内的一个行程前（上次）的体积效率校正系数Kv(n-1)，将步骤302中的一个行程前的体积效率校正系数Kv(n-1)进行预先存储（步骤305），并且通过使用该上次值，从而可以进行步骤304的处理。

最后，气缸吸入空气量计算单元21对步骤304中计算出的实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)[g]进行保存（步骤306），并结束图3的处理程序。

此外，将步骤306中的一个行程前（上次）的实际气缸吸入空气量Qc(n-1)T(n-1)[g]进行预先存储（步骤307），并通过使用该上次值以作为式（3）内的参数，使得可以进行步骤304的处理。

由此，通过使用体积效率校正系数Kv(n)进行简单运算，从而能够对实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)[g]进行高精度的计算。

接下来，作为气缸吸入空气量计算单元21内的体积效率校正系数计算单元22的处理，首先对体积效率校正系数Kv的近似处理进行说明。

如上所述，体积效率校正系数Kv是从进气歧管进入气缸的空气的体积效率相当值，对于通常的气门正时固定的发动机，在局部（部分负载）区域约为60～80％左右的值，在WOT（Wide Open Throttle：节流器全开，满负载）区域为80～90%左右的值，但在包括进气VVT10及排气VVT11的气门正时可变的发动机1中，根据气门正时在更大的范围内进行变化。

由此，可以认为下面的（A）～（E）是作为体积效率校正系数Kv根据运转状态而发生变动的主要因素。

（A）阀门的开启时间较短

由于进气/排气阀的动作期间受限制（约180[degCA]左右），因此在留下余隙容积量而结束排气之前，或在吸入行程容积量的新气体（通过进气管并被吸入的燃烧前的空气）之前，阀门将在空气流动的过程中关闭。

（B）进气/排气阀的间隙较窄

由于开口面积仅为进气/排气阀的升程（lift）量，因此从气缸内排出的废气的流量、吸入气缸内的新气体的流量被限制为规定流量。

（C）残留气体的影响

排气阀封闭后残留在气缸内的气体、内部EGR（流出到进气端口的残留气体）在气缸内膨胀而使得压力达到进气歧管压力以下之前，不从进气阀一侧吸入新气体。

（D）倒灌的影响（重叠区域及局部区域）

在局部区域重叠时，“进气歧管压力＜气缸内压力”，发生倒灌（内部EGR从气缸内流出到进气端口），在重新吸入该发生倒灌的量的气体之前无法吸入新气体。

（E）窜气（blow through）的影响（重叠区域及WOT区域）

在进气歧管内，由于开闭进气阀产生的影响而经常产生压力脉动，并且在WOT区域发生重叠的时刻，“进气歧管压力（端口部压力）＞气缸内压力”时，产生窜气（新气体将气缸内的残留气体压出，使得新气体量增大而内部EGR量降低）。

由此，若以严密的物理模型来表示体积效率校正系数Kv根据运转状态而发生变动的主要因素（A）～（E），则需要像上述专利文献1那样进行庞大的运算。

另外，即使基于通常可研究得到的严密的物理模型、以及由发动机试验采集到的实验数据来进行研究，但在作为严密的物理模型来求解时，由于未知的物理量较多，因此也无法得到良好的结果。

因此，在本发明的实施方式1中，仅关注排气结束时刻及进气结束时刻的气缸内状态，从而构建更简化的物理模型。

下面，对本发明的实施方式1所涉及的简化的物理模型进行详细说明。

在本发明的实施方式1中，基于排气效率以及进气效率来计算体积效率校正系数Kv，即，该排气效率是表示排气结束时刻（排气阀封闭时）的燃烧后的废气未从气缸内排出到排气歧管13（排气管）而残留在气缸内的残留气体量的指标，该进气效率是表示进气结束时刻（进气阀封闭时）来自进气管的、除残留气体部分以外进入气缸内的新气体量的指标。

此外，由此，通过将排气结束时刻及进气结束时刻的气缸内状态考虑在内，从而由于能够将上述主要因素（A）～（E）中的（D）倒灌的影响及（E）窜气的影响包含在主要因素（C）残留气体的影响的主要因素中，因此能够简化物理模型。

接下来，参照图4，对发动机1的排气/进气行程时的气缸内状态进行说明。

图4是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的气缸内的状态的说明图，图4(a)表示排气阀封闭时的状态，图4(b)表示新气体吸入开始时的状态，图4(c)表示进气行程结束时的状态。

首先，对图4(a)所示的排气阀封闭时的气缸内状态进行说明。

设计上，在排气阀关闭时刻的前后，存在排气完全停止向排气端口侧流出的时刻（有效排气阀的封闭时刻）。

由于严格来说，在该有效排气阀的封闭时刻气缸内残留的残留气体的压力、与排气端口侧的压力即排气压力Pex（≈大气压Pa）是不同的，因此定义有效排气阀封闭时的缸内容积Vexo[cm³]及缸内压力Pexo。

此外，在后面的讨论中，由于在未知量较多的情况下难以进行处理，因此将由于绝热压缩或绝热膨胀而使得内部EGR与排气压力相等的时刻下的内部EGR容积定义为假想内部EGR容积Vex[cm³]。

另外，将有效排气阀封闭时的缸内压力定义为假想缸内压力Pex（＝排气压力≈大气压Pa），将有效排气阀封闭时的缸内温度定义为假想缸内温度Tex（＝排气温度）。下面，也将排气温度Tex简称为“排温Tex”。

并且，定义气缸内最大容积（在下止点的容积）Vmax[cm³]及余隙容积(在上止点的容积)Vmin[cm³]。

接下来，对图4(b)所示的新气体吸入开始时的气缸内状态进行说明。

在进气行程中，由于认为在气缸内残留的内部EGR进行膨胀而使得压力达到进气歧管压力Pb以下之前不吸入新气体，因此新气体吸入开始时（缸内压力与进气歧管压力相等的时刻）的、内部EGR所占的缸内容积Vegro使用多方（polytrope）数n、如下式（5）所示。

[数学式5]

p_ex·V_ex ⁿ=p_b·V_egro ⁿ $\stackrel{\·}{\·\·}{V}_{\mathrm{egro}}=V_{\mathrm{ex}}\·{\left(\frac{p_{\mathrm{ex}}}{p_b}\right)}^{1/n}\·\·\·\left(5\right)$

然而，由于式（5）所示的状态是新气体吸入前的状态，温度、压力及密度的值与实际吸入新气体后的进气行程结束时的气缸内状态下的值均不同，因此不能认为该容积就是进气行程结束时内部EGR所占的容积。

因此，如图4（c）所示，在进气行程结束时的下止点，对内部EGR所占的容积进行计算。此外，在图4(c)中，“Tegr”表示“在绝热膨胀后的残留气体温度Tegr下的容积值”，“Tin”表示“在进气行程结束时的缸内温度Tin下的容积值”。

内部EGR（Vex、Pex、Tex）进行绝热膨胀并达到进气行程结束时的缸内压力Pin的时刻下的内部EGR容积Vegr（参照图4（c）的左侧）如下式（6）所示。

[数学式6]

p_ex·V_ex ⁿ=p_in·V_egr ⁿ $\stackrel{\·}{\·\·}{V}_{\mathrm{egr}}=V_{\mathrm{ex}}\·{\left(\frac{p_{\mathrm{ex}}}{p_{\mathrm{in}}}\right)}^{1/n}\·\·\·\left(6\right)$

另外，若将绝热膨胀后的残留气体温度Tegr（参照图4(c)的左侧）考虑在内，则如下式（7）所示。

[数学式7]

$\frac{T_{\mathrm{ex}}}{{p_{\mathrm{ex}}}^{(n-1)/n}}=\frac{T_{\mathrm{egr}}}{{p_{\mathrm{in}}}^{(n-1)/n}}$ $\stackrel{\·}{\·\·}{T}_{\mathrm{egr}}=T_{\mathrm{ex}}\·{\left(\frac{p_{\mathrm{in}}}{p_{\mathrm{ex}}}\right)}^{(n-1)/n}\·\·\·\left(7\right)$

并且，若考虑如下时刻的内部EGR容积Vegr'（参照图4(c)的右侧），则能够通过玻义耳·查理定律如下式（8）那样来进行计算，其中，该时刻是通过新气体进行冷却、并且缸内压力保持一定而仅有温度产生变化并达到进气行程结束时的缸内温度Tin[°K]的时刻。

[数学式8]

$\frac{p_{\mathrm{in}}\·V_{\mathrm{egr}}}{T_{\mathrm{egr}}}=\frac{p_{\mathrm{in}}\·V_{\mathrm{eg}{r}^{\′}}}{T_{\mathrm{in}}}$

$\stackrel{\·}{\·\·}{V}_{\mathrm{eg}{r}^{\′}}=V_{\mathrm{egr}}\·\frac{T_{\mathrm{in}}}{T_{\mathrm{egr}}}=V_{\mathrm{ex}}\·\frac{T_{\mathrm{in}}}{T_{\mathrm{egr}}}\·{\left(\frac{p_{\mathrm{ex}}}{p_{\mathrm{in}}}\right)}^{1/n}=V_{\mathrm{ex}}\·\frac{T_{\mathrm{in}}}{T_{\mathrm{ex}}}\·{\left(\frac{p_{\mathrm{ex}}}{p_{\mathrm{in}}}\right)}^{(n-1)/n}\·{\left(\frac{p_{\mathrm{ex}}}{p_{\mathrm{in}}}\right)}^{1/n}$

$\begin{array}{cc}=V_{\mathrm{ex}}\·\frac{T_{\mathrm{in}}}{T_{\mathrm{ex}}}\·\frac{p_{\mathrm{ex}}}{p_{\mathrm{in}}}=V_{e{x}^{\′}}\·\frac{p_{\mathrm{ex}}}{p_{\mathrm{in}}}& (V_{e{x}^{\′}}=V_{\mathrm{ex}}\·\frac{T_{\mathrm{in}}}{T_{\mathrm{ex}}})\end{array}\·\·\·\left(8\right)$

由此，对假想残留气体容积Vex进行温度校正后的内部EGR容积Vex'变为新气体吸入后的假想残留气体容积（校正后假想残留气体容积）。

由此，进气行程结束时最终被吸入的实际新气体容积Vnew'（参照图4(c)的右侧）如下式（9）所示。

[数学式9]

$V_{\mathrm{ne}{w}^{\′}}=V_{\max }-V_{\mathrm{eg}{r}^{\′}}=V_{\max }-V_{e{x}^{\′}}\·\frac{p_{\mathrm{ex}}}{p_{\mathrm{in}}}\·\·\·\left(9\right)$

接下来，对吸入气缸内的新气体量进行讨论。

首先，在图4(c)中，定义进气行程结束时的气缸内密度ρin(n)[g/cm³]及进气行程结束时的缸内压力Pin(n)[kPa]。

此时，一个行程内的气缸吸入空气量Qc(n)T(n)使用气体常数R，如下式（10）所示。

[数学式10]

$\mathrm{Qc}\left(n\right)T\left(n\right)={\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{in}}\left(n\right)\·V_{\mathrm{ne}{w}^{\′}}=\frac{p_{\mathrm{in}}\left(n\right)}{R{T}_{\mathrm{in}}}\·V_{\mathrm{ne}{w}^{\′}}$ (∵p_in=ρ_inRT_in)

…（10）

这里，若将进气行程结束时的实际新气体容积Vnew'的气缸内质量ρin·Vnew’（实际进入的进气量）与进气歧管新气体质量ρb·Vnew’（若体积效率为100％则推定为已进入的新气体量）之比设为进气效率Kin，则根据式（10）及上述式（2），体积效率校正系数Kv如下式（11）那样所示。

[数学式11]

$\mathrm{Kv}=\frac{\mathrm{Qc}\left(n\right)T\left(n\right)}{{\mathrm{\ρ}}_b\left(n\right)\·\mathrm{Vc}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{in}}\left(n\right)}{{\mathrm{\ρ}}_b\left(n\right)}\·\frac{V_{\mathrm{ne}{w}^{\′}}}{\mathrm{Vc}}=\frac{K_{\mathrm{in}}}{\mathrm{Vc}}\·(V_{\max }-V_{e{x}^{\′}}\·\frac{p_{\mathrm{ex}}}{p_{\mathrm{in}}})$

$(\underset{\·}{\·\·}{K}_{\mathrm{in}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{in}}\·V_{{\mathrm{new}}^{\′}}}{{\mathrm{\ρ}}_b\·V_{{\mathrm{new}}^{\′}}}=\frac{p_{\mathrm{in}}}{p_b}\·\frac{T_b}{T_{\mathrm{in}}})\·\·\·\left(11\right)$

然而，由于式（11）中包含行程容积Vc、最大容积Vmax和校正后假想残留气体容积Vex'，因此，特别在排气量不同的发动机中，设定值将产生差异。因此，进行归一化，以使得能够利用压缩比ε来进行表示。

此时，气缸内的各容积与压缩比ε的关系如下式（12）所示。

[数学式12]

$\mathrm{\ϵ}=\frac{V_{\max }}{V_{\min }},$ V_max=Vc+V_min

$\stackrel{\·}{\·\·}\frac{V_{\min }}{\mathrm{Vc}}=\frac{1}{\mathrm{\ϵ}-1},$ $\frac{V_{\max }}{\mathrm{Vc}}=\frac{\mathrm{\ϵ}}{\mathrm{\ϵ}-1}...\left(12\right)$

因此，根据式（11）及式（12），体积效率校正系数Kv也能够如下式（13）那样所示。

[数学式13]

$\mathrm{Kv}=\frac{K_{\mathrm{in}}}{\mathrm{Vc}}\·(V_{\max }-V_{e{x}^{\′}}\·\frac{p_{\mathrm{ex}}}{p_{\mathrm{in}}})=K_{\mathrm{in}}\·(\frac{V_{\max }}{\mathrm{Vc}}-\frac{V_{\mathrm{ex}}}{\mathrm{Vc}}\·\frac{p_{\mathrm{ex}}}{p_{\mathrm{in}}}\·\frac{T_{\mathrm{in}}}{T_{\mathrm{ex}}})$

$=K_{\mathrm{in}}\·(\frac{V_{\max }}{\mathrm{Vc}}-\frac{V_{\mathrm{ex}}}{V_{\min }}\·\frac{p_{\mathrm{ex}}}{p_{\mathrm{in}}}\·\frac{T_{\mathrm{in}}}{T_{\mathrm{ex}}}\·\frac{V_{\min }}{\mathrm{Vc}})=K_{\mathrm{in}}\·(\frac{\mathrm{\ϵ}}{\mathrm{\ϵ}-1}-K_{\mathrm{ex}}\·\frac{1}{\mathrm{\ϵ}-1})$

$(\underset{\·}{\·\·}{K}_{\mathrm{ex}}=\frac{V_{\mathrm{ex}}}{V_{\min }}\·\frac{p_{\mathrm{ex}}}{p_{\mathrm{in}}}\·\frac{T_{\mathrm{in}}}{T_{\mathrm{ex}}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ex}}}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{in}}}\·\frac{V_{\mathrm{ex}}}{V_{\min }})\·\·\·\left(13\right)$

此外，在式（13）中，将排气结束后的假想残留气体容积Vex中的排气质量ρex·Vex（实际的残留气体量）、与进气行程结束时的余隙容积量的气缸内气体作为残留气体残留时的质量ρin·Vmin之比设为排气效率Kex。

并且，由于对进气行程结束时的内部EGR量的容积进行计算，因此能够根据该时刻的内部EGR量的质量与整个气缸内气体的质量之比，如下式（14）那样对内部EGR率Regr进行计算。

[数学式14]

$R_{\mathrm{egr}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{in}}\·V_{\mathrm{eg}{r}^{\′}}}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{in}}\·V_{\max }}=\frac{V_{\mathrm{ex}}}{V_{\max }}\·\frac{T_{\mathrm{in}}}{T_{\mathrm{ex}}}\·\frac{p_{\mathrm{ex}}}{p_{\mathrm{in}}}=K_{\mathrm{ex}}\·\frac{V_{\min }}{V_{\max }}=\frac{K_{\mathrm{ex}}}{\mathrm{\ϵ}}\·\·\·\left(14\right)$

若对上述计算体积效率校正系数Kv及内部EGR率Regr的式（13）、式（14）进行整理并重新表示，则得到下式（15）。

[数学式15]

$\mathrm{Kv}=K_{\mathrm{in}}\·(\frac{\mathrm{\ϵ}}{\mathrm{\ϵ}-1}-K_{\mathrm{ex}}\·\frac{1}{\mathrm{\ϵ}-1})$

$R_{\mathrm{egr}}=\frac{K_{\mathrm{ex}}}{\mathrm{\ϵ}}\·\·\·\left(15\right)$

由式（15）可知，为了计算体积效率校正系数Kv及内部EGR率Regr，需要求得进气效率Kin及排气效率Kex。

为了计算进气效率Kin及排气效率Kex，可以考虑如下方法：即，预先将发动机转速Ne、进气歧管压力、进气VVT10及排气VVT11的相位角作为映射进行存储。

然而，若如上所述那样作为多个参数的映射进行存储，则映射数量将变得庞大，并且相比于现有技术（生成体积效率校正系数Kv的映射）没有任何不同，因此在本发明的实施方式1中进行近似的计算处理。

下面，对本发明的实施方式1所涉及的进气效率Kin及排气效率Kex的近似计算处理进行详细说明。

首先，在计算体积效率校正系数Kv的式（11）中，如下式（16）那样定义进气效率Kin。

[数学式16]

$K_{\mathrm{in}}=\frac{p_{\mathrm{in}}}{p_b}\·\frac{T_b}{T_{\mathrm{in}}}\·\·\·\left(16\right)$

式（16）示出了：若除了使用进气歧管压力Pb及进气歧管温度Tb之外，还使用利用缸内压力及排温而计算出的缸内压力Pin及缸内温度Tin，则能够对进气效率Kin进行计算。然而，由于这些物理量（缸内压力Pin及缸内温度Tin）是现有的发动机控制中不使用的参数，因此需要使用发动机控制中能够使用的物理量来推定缸内压力Pin及缸内温度Tin。

首先，参照图5，对进气行程结束时的缸内压力Pin的计算处理进行说明。

图5是表示利用缸内压力传感器（未图示）测定到的缸内压力与缸内容积的关系（P-V线图，取双对数表示）的一示例的说明图。

图5中，横轴是缸内容积V[cc]（取对数的轴），纵轴是缸内压力Pin[kPa]（取对数的轴），被虚线包围的区域表示压缩行程。

这里，已知不伴随有燃烧的压缩行程中的状态变化是作为多方变化（polytrope change），通常如下式所示。

[数学式17]

PVⁿ=C(一定)

∴logP＝-nlogV+logC…（17）

此外，所谓多方变化，是指在对混合气体或燃烧气体进行压缩时，热量的一部分实际被外部气体、冷却水等获取，从而使得压力与温度的关系呈现为等温变化与绝热变化的中间变化。

由图5可知，若以双对数的坐标系来考虑燃烧前的状态变化，则如虚线区域所示那样，用斜率为-n（n是多方指数≈1.3～1.4）的一次函数来表示。

因此，为了计算进气行程结束时（B180）的缸内压力Pin，可以根据点火前（燃烧前）的几个点（例如，虚线区域内的×部分），对相当于B180的位置处的缸内压力进行推定并求得其平均值。

图6是表示如上所述那样计算出的进气行程结束时的缸内压力Pin与进气歧管压力的关系的说明图。

图6中，横轴是进气歧管压力峰值（规定曲柄角度间，例如B05间的最大值）Pbp[kPa]，纵轴是进气行程结束时的缸内压力Pin[kPa]，与表示进气VVT10的相位角InVVT的数值IN(=0、25、45)的不同相对应的特性分别由沿着黑色菱形、黑色矩形、黑色三角形的点的多项式来表示。

这里，使用进气歧管压力峰值Pbp而不使用进气歧管压力平均值（规定曲柄角度间，例如B05间的平均值）的理由在于，与进气歧管压力平均值相比，进气歧管压力峰值能得到更好的相关性。

因此，在下面的说明中，使用进气歧管压力峰值Pbp以作为进气歧管压力Pb。

此外，由于图6未将排气VVT11考虑在内，因此是仅利用进气VVT10整理出的图，而与排气VVT11无关。

由图6的特性（多项式）可知，进气行程结束时的缸内压力Pin与排气VVT11无关，并且对于每个进气VVT10，进气行程结束时的缸内压力Pin可以用通过原点的进气歧管压力峰值Pbp的二次函数来近似。

此时，进气行程结束时的缸内压力Pin如下式（18）所示。

[数学式18]

P_in=A·P_bp ²+B·P_bp

$\stackrel{\·}{\·\·}\frac{P_{\mathrm{in}}}{P_{\mathrm{bp}}}=A\·P_{\mathrm{bp}}+B\·\·\·\left(18\right)$

其结果是，进气行程结束时的缸内压力Pin与进气歧管压力峰值Pbp（进气管内压力）的压力比Pin/Pbp可用进气歧管压力峰值Pbp的一次函数来近似。

可以利用这种形式来计算压力比Pin/Pbp的理由在于，可以认为压力比Pin/Pbp是表示在进气歧管压力峰值Pbp为规定值时、以怎样的压力比将气体压入气缸内的指标。

即，可以认为压力比Pin/Pbp由和进气阀有关的进气VVT10的相位角InVVT及进气阀的开启期间（∝发动机转速Ne）来表示，而与和排气阀有关的重叠量或排气VVT11的相位角InVVT无关，另外，可以认为压力比Pin/Pbp对排气压力Pex（=大气压Pa）也不产生影响。

另一方面，缸内温度Tin能够根据进气歧管温度Tb、排温Tex及内部EGR率Regr，如下式（19）那样进行计算。

[数学式19]

T_in=(1-R_egr)×T_b+R_egr×T_ex…（19）

这里，对于排温Tex，也可以基于测定值来对其进行映射设定（例如，发动机转速Ne及进气歧管压力的映射），也可以根据另外在发动机控制中计算出的热效率这样的指标来进行计算，更简单地，也可以设定成固定值（例如，800°C左右）。

另外，也需要对内部EGR率Regr进行计算，但内部EGR率Regr可以通过上式（15）计算得到。此外，在使用式（15）的情况下，可以预先对后述的排气效率Kex进行计算。

如上所述，由于没有未知数，因此可以通过式（16）对进气效率Kin进行近似计算。

接下来，对排气效率Kex的近似计算处理进行说明。

首先，在式（13）中，将排气效率Kex定义成下式（20）那样。

[数学式20]

$K_{\mathrm{ex}}=\frac{V_{\mathrm{ex}}}{V_{\min }}\·\frac{p_{\mathrm{ex}}}{p_{\mathrm{in}}}\·\frac{T_{\mathrm{in}}}{T_{\mathrm{ex}}}\·\·\·\left(20\right)$

式（20）中，排温Tex、进气行程结束时的缸内压力Pin在对进气效率Kin进行计算时求得，假想缸内压力Pex可由大气压Pa来代替，但对于假想残留气体容积Vex需要另行计算。

另外，也需要使用利用内部EGR率Regr计算出的缸内温度Tin（参照式（19））。

因此，为了不使用缸内温度Tin就计算出排气效率Kex，首先将式（16）代入式（15），得到下式（21）。

[数学式21]

$\mathrm{Kv}=K_{\mathrm{in}}\·(\frac{\mathrm{\ϵ}}{\mathrm{\ϵ}-1}-K_{\mathrm{ex}}\·\frac{1}{\mathrm{\ϵ}-1})$

$\frac{\mathrm{Kv}}{K_{\mathrm{in}}}+\frac{K_{\mathrm{ex}}}{\mathrm{\ϵ}-1}=\frac{\mathrm{\ϵ}}{\mathrm{\ϵ}-1}$

…（21）

$\frac{\mathrm{Kv}\·p_b}{p_{\mathrm{in}}\·T_b}\·T_{\mathrm{in}}+\frac{K_{\mathrm{ex}}}{\mathrm{\ϵ}-1}=\frac{\mathrm{\ϵ}}{\mathrm{\ϵ}-1}$

这里，为了消去缸内温度Tin，若根据式（19），利用排气效率Kex来表示缸内温度Tin，则得到下式（22）。

[数学式22]

$T_{\mathrm{in}}=(1-R_{\mathrm{egr}})\×T_b+R_{\mathrm{egr}}\×T_{\mathrm{ex}}$

$=(1-\frac{K_{\mathrm{ex}}}{\mathrm{\ϵ}})\×T_b+\frac{K_{\mathrm{ex}}}{\mathrm{\ϵ}}\×T_{\mathrm{ex}}\·\·\·\left(22\right)$

$=\frac{K_{\mathrm{ex}}}{\mathrm{\ϵ}}\·(T_{\mathrm{ex}}-T_b)+T_b$

下面，在将式（22）代入式（21）的情况下，得到下式（23）。

[数学式23]

$\frac{\mathrm{Kv}\·p_b}{p_{\mathrm{in}}\·T_b}\·\{\frac{K_{\mathrm{ex}}}{\mathrm{\ϵ}}\·(T_{\mathrm{ex}}-T_b)+T_b\}+\frac{K_{\mathrm{ex}}}{\mathrm{\ϵ}-1}=\frac{\mathrm{\ϵ}}{\mathrm{\ϵ}-1}$

$\frac{\mathrm{Kv}\·p_b}{p_{\mathrm{in}}\·T_b}\·\frac{K_{\mathrm{ex}}}{\mathrm{\ϵ}}\·(T_{\mathrm{ex}}-T_b)+\frac{K_{\mathrm{ex}}}{\mathrm{\ϵ}-1}=\frac{\mathrm{\ϵ}}{\mathrm{\ϵ}-1}-\frac{\mathrm{Kv}\·p_b}{p_{\mathrm{in}}}$

$\stackrel{\·}{\·\·}{K}_{\mathrm{ex}}=\frac{\frac{\mathrm{\ϵ}}{\mathrm{\ϵ}-1}-\frac{\mathrm{Kv}\·p_b}{p_{\mathrm{in}}}}{\frac{\mathrm{Kv}\·p_b}{p_{\mathrm{in}}\·T_b}\·\frac{(T_{\mathrm{ex}}-T_b)}{\mathrm{\ϵ}}+\frac{1}{\mathrm{\ϵ}-1}}=\frac{\mathrm{\ϵ}\·p_{\mathrm{in}}-(\mathrm{\ϵ}-1)\·\mathrm{Kv}\·p_b}{\mathrm{Kv}\·p_b\·(\frac{T_{\mathrm{ex}}}{T_b}-1)\·\frac{\mathrm{\ϵ}-1}{\mathrm{\ϵ}}+p_{\mathrm{in}}}\·\·\·\left(23\right)$

利用式（23），能够不使用缸内温度Tin，而通过体积效率校正系数Kv、缸内压力Pin、进气歧管压力Pb等来求得排气效率Kex。

在计算出排气效率Kex的情况下，内部EGR率Regr可通过式（15）进行计算，缸内温度Tin可通过式（19）进行计算。

然而，由于式（23）中包含有未知数即体积效率校正系数Kv，因此理所当然地无法在发动机1的控制中使用。

因此，预先利用式（23）来计算排气效率Kex，以近似计算出排气效率Kex。

图7是表示利用式（23）计算出的进气歧管压力峰值Pbp[kPa]（横轴）与排气效率Kex（纵轴）的关系的说明图。

此外，由于图7与图6同样地未将排气VVT11考虑在内，因此图7是仅利用进气VVT10整理出的图，而与排气VVT11无关。

然而，与图6不同的是，图7中示出了因排气VVT11的不同而呈现不同的趋势。

由图7可知，对于排气效率Kex，在Pbp=45～95[kPa]左右为止的情况下，与进气歧管压力峰值Pbp有非常强的相关性，但在Pbp=100[kPa]以上时，相关性有所下降。

因此，对排气效率Kex进行线性近似，并另外对Pbp=100[kPa]以上的下降部分进行校正。

图8是表示在规定的进气VVT10的相位角InVVT下、排气VVT11的相位角ExVVT发生变化时的进气歧管压力峰值Pbp[kPa]（横轴）与排气效率Kex（纵轴）的关系的说明图。

由图8可知，进气歧管压力峰值Pbp在45～95[kPa]左右为止的情况下，能够较好地用一次函数来近似。

图9是对在进气VVT10的相位角InVVT及排气VVT11的相位角ExVVT发生变化时的进气歧管压力峰值Pbp（横轴）与排气效率Kex（纵轴）的关系进行线性近似的说明图。

图10是表示排气效率Kex的计算值（图7）与排气效率Kex的线性近似值（图9）的误差ΔKex的说明图，横轴是进气歧管压力峰值Pbp[kPa]，纵轴是排气效率误差ΔKex。

如图9所示，在规定相位角以外的进气VVT10的相位角InVVT及排气VVT11的相位角ExVVT下，也能得到线性近似后的结果。

另外，如图10所示，排气效率误差ΔKex与各相位角InVVT、ExVVT无关，大致保持一定。

由此，通过利用图10所示的多项式近似后的排气效率误差ΔKex来对线性近似值进行校正，从而能够较好地计算出排气效率Kex。

如上所述，进行进气效率Kin及排气效率Kex的计算处理、以及使用了进气效率Kin及排气效率Kex的体积效率校正系数Kv及内部EGR率Regr的计算处理，以作为气缸吸入空气量计算单元21内的体积效率校正系数计算单元22的功能。

接下来，参照图11～图14，对体积效率校正系数计算单元22的具体处理功能进行详细说明。

图11是表示排气效率Kex的计算部的功能框图，图12是表示内部EGR率Regr及进气效率Kin的计算部的功能框图，图13是表示体积效率校正系数Kv的计算部的功能框图。

另外，图14是表示本发明的实施方式1所涉及的体积效率校正系数计算单元22的整体结构的功能框图，综合地示出了图11～图13的各计算部（运算内容）。此外，图14中，对与图11～图13内功能相同的模块赋予相同的标号。

图14中，体积效率校正系数计算单元22包括：排气效率计算系数设定部（计算增益设定部、计算偏移设定部）401、403；一次函数近似部（乘法器、加法器）402、404；Kex校正量设定部405；排气效率计算部（加法器）406；内部EGR率计算部（除法器）501；缸内温度计算部（排温设定部）502、503；进气效率计算系数设定部（计算增益设定部、计算偏移设定部）504、505；一次函数近似部（压力比计算部）506；进气效率计算部507；以及体积效率校正系数计算部601。

首先，参照图11及图14，对排气效率Kex的计算部进行说明。

图11中，排气效率Kex的计算部包括：基于发动机转速Ne与进气VVT10的相位角InVVT的映射的Kex计算增益设定部401；基于发动机转速Ne与进气VVT10的相位角InVVT的映射的Kex计算偏移设定部403；基于发动机转速Ne与进气歧管压力比（峰值）Rpp的映射的Kex校正量设定部405；将进气歧管压力比（峰值）Rpp与Kex计算增益的设定值相乘的乘法器402；将Kex计算偏移的设定值与乘法器402的乘法运算结果相加的加法器404；以及将Kex校正量（ΔKex）的设定值与加法器404的加法运算结果相加、从而计算排气效率Kex的加法器406。

在Kex计算增益设定部401及Kex计算偏移设定部403中，对于每个排气VVT11的相位ExVVT，设定发动机转速Ne与进气VVT10的相位角InVVT的多个映射。

由此，通过基于在发动机1的控制中获取到的发动机转速Ne、各相位角InVVT及ExVVT，在上述映射值和映射值之间进行插补，从而能够计算出用于计算排气效率Kex的系数即Kex计算增益、以及Kex计算偏移。

此外，设定根据发动机转速Ne、各个相位角InVVT及ExVVT计算出的线性近似的斜率及截距（参照图8），以作为Kex计算增益设定部401及Kex计算偏移设定部403中的映射数据。

接下来，通过乘法器402及加法器404中的运算，并利用近似一次函数计算出排气效率Kex的基准值。

此外，在图11的运算中，使用了由大气压Pa对进气歧管压力峰值Pbp进行归一化后得到的进气歧管压力比（峰值）Rpp以作为进气歧管压力峰值Pbp，但也可以直接使用进气歧管压力峰值Pbp。

另一方面，Kex校正量设定部405使用发动机转速Ne与进气歧管压力比（峰值）Rpp的映射数据来计算Kex校正量即ΔKex。

设定图10所示的排气效率误差Δkex，以作为Kex校正量的映射数据。

最后，加法器406将利用近似一次函数计算出的排气效率Kex的基准值与Kex校正量（=ΔKex）相加，以计算出排气效率Kex。

由此，能够通过简单的运算及较少的数据数量来计算排气效率Kex。

接下来，参照图12及图14，对内部EGR率Regr及进气效率Kin的计算部进行说明。

图12中，内部EGR率Regr及进气效率Kin的计算部包括：将排气效率Kex除以压缩比ε的除法器501；基于发动机转速Ne与进气歧管压力比（峰值）Rpp的映射的排温设定部502；基于除法器501的除法运算结果、排温Tex及进气歧管温度Tb的缸内温度计算部503；基于发动机转速Ne与进气VVT10的相位角InVVT的映射的Pin计算增益设定部504；基于发动机转速Ne与进气VVT10的相位角InVVT的映射的Pin计算偏移设定部505；基于进气歧管压力峰值Pbp与来自各设定部504、505的Pin计算增益及Pin计算偏移的设定值的压力比计算部506；以及基于进气歧管温度Tb及来自各计算部503、506的计算结果（缸内温度Tin、压力比Pin/Pbp）的进气效率计算部507。

首先，除法器501基于由排气效率Kex的计算部（图11）所计算出的排气效率Kex及压缩比ε，并利用上述式（15）来计算内部EGR率Regr；排温设定部502基于发动机转速Ne与进气歧管压力比（峰值）Rpp的映射来计算排温Tex。

此外，也可以设定每个发动机转速Ne及进气歧管压力峰值Pbp的测定值，以作为排温设定部502中的映射数据。

或者，也可以不使用映射，而使用像在发动机控制中另行计算出的热效率这样的指标来计算排温Tex，更简单地，也可以将排温Tex设为固定值（例如，800°C左右）。

接下来，缸内温度计算部503基于先前计算出的内部EGR率Regr及排温Tex、以及另行测定到的进气歧管温度Tb，并使用上述式（19）来计算进气行程结束时的缸内温度Tin。

另一方面，Pin计算增益设定部504及Pin计算偏移设定部505使用发动机转速Ne与进气VVT10的相位角InVVT的映射数据，来对用于计算压力比Pin/Pbp的系数即Pin计算增益Kgain及Pin计算偏移Kofs进行计算。

接下来，压力比计算部506基于进气歧管压力峰值Pbp、Pin计算增益Kgain及Pin计算偏移Kofs，并使用上述式（18）来计算压力比Pin/Pbp。

最后，进气效率计算部507基于进气行程结束时的缸内温度Tin、进气歧管温度Tb及压力比Pin/Pbp，并使用上述式（18）来计算进气效率Kin。

接下来，参照图13及图14，对体积效率校正系数Kv的计算部进行说明。

图13中，体积效率校正系数Kv的计算部包括体积效率校正系数计算部601。

体积效率校正系数计算部601基于由排气效率Kex的计算部（图11）所计算出的排气效率Kex、由内部EGR率Regr及进气效率Kin的计算部（图12）所计算出的进气效率Kin、以及压缩比ε，并使用上述式（15）来计算体积效率校正系数Kv。

由此，能够在气缸吸入空气量计算单元21内的体积效率校正系数计算单元22中对体积效率校正系数Kv进行计算。

如上所述，本发明的实施方式1（图1～图14）所涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置为了对在电子控制节流器4（节流阀）的下游一侧的进气歧管6（进气管）上设置的发动机1（内燃机）的气缸吸入空气量Qc(n)T(n)进行推定，包括：体积效率校正系数计算单元22（体积效率相当值计算单元），该体积效率校正系数计算单元22对表示从进气管进入气缸内的空气量的指标即体积效率校正系数Kv（体积效率相当值）进行计算；以及气缸吸入空气量计算单元21（气缸吸入空气量推定单元），该气缸吸入空气量计算单元21使用体积效率相当值来对实际吸入气缸内的空气量进行推定。

体积效率校正系数计算单元22（体积效率相当值计算单元）（图13、图14）基于排气效率Kex及进气效率Kin来计算体积效率校正系数Kv（体积效率相当值），其中，该排气效率Kex是表示燃烧后的废气未从气缸内排出到排气歧管13（排气管）而残留在气缸内的残留气体量的指标，该进气效率Kin是表示来自进气管的、除残留气体部分以外进入气缸内的空气量的指标。

根据上述结构，由于体积效率校正系数Kv（体积效率相当值）是基于表示新气体量的进气效率Kin及表示残留气体量的排气效率Kex来计算得出的，因此能够根据运转状态来对体积效率相当值进行高精度的计算。

另外，本发明的实施方式1所涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置包括：AFS2（吸入空气量检测单元），该AFS2设置在电子控制节流器4（节流阀）的上游一侧，并对通过节流阀而被吸入到发动机1（内燃机）中的吸入空气量Ｑａ（ｎ）Ｔ（ｎ）进行检测；以及物理模型，该物理模型对通过节流阀后的空气进入到气缸内为止的进气系统的响应延迟进行建模。

在该情况下，气缸吸入空气量计算单元21（气缸吸入空气量推定单元）基于吸入空气量Ｑａ（ｎ）Ｔ（ｎ）、体积效率校正系数Kv（体积效率相当值）及物理模型，来推定实际被吸入到气缸内的气缸吸入空气量Qc(n)T(n)。

根据上述结构，在利用AFS2的进气量测定中，由于使用简化的物理模型及体积效率校正系数Kv（体积效率相当值）来计算气缸吸入空气量Ｑｃ（ｎ）Ｔ（ｎ），因此，能够以较少的适应常数及较小的运算负荷并以对恰当地控制发动机1而言足够的精度对气缸吸入空气量进行推定。

另外，由于体积效率校正系数计算单元22（体积效率相当值计算单元）（图13、图14）使用基于进气效率Kin、排气效率Kex及压缩比ε的式（15）来计算体积效率校正系数Kv（体积效率相当值），因此理论上，可以对体积效率相当值进行高精度的推定。

另外，由于进气效率Kin是使用基于进气行程结束时的缸内压力Pin[kPa]、进气管内压力Pb[kPa]、进气行程结束时的缸内温度Tin[°K]以及进气管内温度Tb[°K]的式（16）计算得出的，因此理论上，可以对进气效率Kin进行高精度的推定。

另外，由于将在计算进气效率Kin（参照式（16））时所使用的、进气行程结束时的缸内压力Pin与进气歧管压力Pb（进气管内压力）的压力比Pin/Pb（Pin/Pbp）近似为进气管内压力Pb的一次函数，因此，能够以较少的适应常数及较小的运算负荷并以对恰当地控制发动机1而言足够的精度对进气效率进行推定。

另外，排气效率Kex使用基于气缸余隙容积（上止点时的容积）Vmin[cc]、残留气体容积Vex[cc]、进气行程结束时的缸内压力Pin[kPa]、排气管内压力Pex[kPa]、进气行程结束时的缸内温度Tin[°K]以及排气温度Tex[°K]的式（20）来计算得出。

根据上述结构，由于利用式（20）来计算排气效率Kex，因此理论上，可以对排气效率Kex进行高精度的推定。

另外，由于将排气效率Kex近似为进气歧管压力Pb（进气管内压力）的一次函数，因此，能够以较少的适应常数及较小的运算负荷并以对恰当地控制发动机1而言足够的精度对排气效率进行推定。

并且，由于使用发动机1（内燃机）的规定曲柄角度间的进气歧管压力峰值Pbp（进气管内压力的最大值）来作为进气歧管压力Pb（进气管内压力），因此可以对体积效率校正系数Kv（体积效率相当值）进行高精度的推定。

根据本发明的实施方式1，在设有进气VVT10及排气VVT（可变阀门机构）的内燃机的控制装置中，由于体积效率校正系数Kv（体积效率相当值）是基于表示新气体吸入量的进气效率Kin（表示来自进气管的、除残留气体部分以外进入气缸内的空气量的指标：进气管内压力的一次函数）及表示残留气体量的排气效率Kex（表示燃烧后的废气未从气缸内排出到排气管而残留在气缸内的残留气体量的指标：进气管内压力的一次函数）来计算得出，因此能够根据运转状态来对体积效率相当值进行高精度的计算。由此，能够利用进气系统的物理模型来对实际吸入气缸内的空气量进行高精度的推定。

另外，通过对进气系统的简化的物理模型、及简化的物理模型中使用的体积效率校正系数进行近似计算，从而无需庞大的存储器容量，能够以较少的适应常数及较小的运算负荷并以对恰当地控制发动机1而言足够的精度对气缸吸入空气量进行推定。

实施方式2

此外，在上述实施方式1（图1、图2）中，示出了在包括进气VVT10及排气VVT11的发动机1中、通过设置在进气管的电子控制节流器4的上游一侧的AFS2来对空气量进行测定的AFS方式的结构例，但也可以不使用AFS2，而如图15及图16所示，采用如下S/D（Speed/Density：速度/密度）方式的结构：该S/D方式设置有对发动机1的进气歧管压力Pb（进气管内压力）进行测定的进气歧管压力传感器7，并根据由进气歧管压力传感器7所测定到的进气歧管压力Pb及发动机转速Ne来对被吸入气缸中的空气量进行推定。

图15是简要地表示本发明的实施方式2所涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置的结构图，图16是简要地表示本发明的实施方式2所涉及的发动机及发动机控制部的结构框图。

图15、图16中，对于与上述（参照图1、图2）相同的部分，赋予与上述相同的标号，对于与上述相对应的部分，在该标号后添加“A”。

由于本发明的实施方式2与上述实施方式1的共同点较多，因此以与上述（图1、图2）的不同点为中心来进行说明。

图15及图16与图1及图2的不同点仅在于：未在发动机1的进气系统的上游一侧设置测定吸入空气量的AFS2。

图15中，在发动机1的进气系统中设有用于调整吸入空气量且通过电子方式进行控制的电子控制节流器4。

另外，在电子控制节流器4设有用于对开度进行测定的节流器开度传感器3。

并且，在电子控制节流器4的下游一侧设有对包含气室5及进气歧管6内部的空间（进气歧管）的压力（进气歧管压力Ｐｂ）进行测定的进气歧管压力传感器7、以及对进气歧管内的温度（进气歧管温度Tb）进行测定的进气温度传感器8。

在进气歧管6的进气阀附近设有用于喷射燃料的喷射器9，并且在进气阀及排气阀分别设有用于使气门正时可发生变化的进气VVT10及排气VVT11。

另外，在气缸盖设有用于对使气缸内产生火花的火花塞进行驱动的点火线圈12。并且，在排气歧管13设有未图示的O2传感器、催化剂。

图16中，输入至ECU20A的数据有：由节流器开度传感器3测定到的电子控制节流器4的开度、由进气歧管压力传感器7测定到的进气歧管压力Pb、由进气温度传感器8测定到的进气歧管温度Tb、以及由大气压传感器14测定到的大气压Pa。

此外，也可以使用推定大气压Pa的单元、或使用内置在ECU20A中的大气压传感器，以代替测定大气压Pa的大气压传感器14。

另外，从上述以外的各种传感器（未图示的油门开度传感器、曲柄角度传感器等）也向ECU20A输入测定值。

ECU20A内的气缸吸入空气量计算单元21A（在后面进行详细阐述）中，根据由进气歧管压力传感器7所测定到的进气歧管压力Pb来计算气缸吸入空气量。

ECU20A基于由气缸吸入空气量计算单元21A计算出的气缸吸入空气量来对喷射器9及点火线圈12进行驱动控制。

另外，ECU20A根据输入的各种数据（油门开度等）来计算目标转矩，计算用于达到所计算出的目标转矩的目标气缸吸入空气量，并计算目标节流器开度、目标进气VVT相位角及目标排气VVT相位角，以达到目标气缸吸入空气量，从而对电子控制节流器4的开度、进气VVT10及排气VVT11的各相位角InVVT、ExVVT进行控制，以达到这些目标值。另外，根据需要也对未图示的其它各种致动器进行控制。

接下来，参照图15，对气缸吸入空气量计算单元21A进行详细说明，也就是说，对用于根据进气歧管压力传感器7所测定到的进气歧管压力Pb来计算气缸吸入空气量的进气系统的物理模型进行详细说明。

S/D方式的气缸吸入空气量Qc(n)T(n)的计算式基本上使用上述式（2）的进气歧管内的新气体密度及一个行程内的平均值ρb(n)，并且利用状态方程式（P=ρRT），以使用进气歧管压力Pb(n)及进气歧管温度Tb(n)的下式（24）来表示。

[数学式24]

$\mathrm{Qc}\left(n\right)T\left(n\right)=\mathrm{Kv}\left(n\right)\·{\mathrm{\ρ}}_b\left(n\right)\·\mathrm{Vc}$

$=\mathrm{Kv}\left(n\right)\·\frac{P_b\left(n\right)}{R\·T_b\left(n\right)}\·\mathrm{Vc}\·\·\·\left(24\right)$

此外，式（24）内的各个物理量的定义与上述实施方式1相同。

对于S/D方式的情况，由于不使用AFS2，无法对吸入空气量Qa（n）T(n)进行测定，因此通过使用下式（25）所表示的空燃比A/F，可以在发动机控制常数进行适应时对体积效率校正系数Kv进行计算。

[数学式25]

$A/F=\frac{\mathrm{Qc}\left(n\right)T\left(n\right)}{\mathrm{Qf}\left(n\right)}=\mathrm{Kv}\left(n\right)\·\frac{P_b\left(n\right)\·\mathrm{Vc}}{R\·T_b\left(n\right)}\·\frac{1}{\mathrm{Qf}\left(n\right)}\·\·\·\left(25\right)$

式（25）中，Qf(n)是燃料喷射量，通常能够根据喷射器9的流量特性及喷射器9的驱动脉冲宽度来进行计算。

接下来，参照图17的流程图，对在ECU20A中实现式（24）的处理步骤进行详细说明，即，对在每个规定的曲柄角度的中断处理（例如，B05处理）内执行气缸吸入空气量计算单元21A的步骤进行详细说明。

图17是表示本发明的实施方式2所涉及的气缸吸入空气量的计算处理的流程图，各步骤702～704分别与上述（图3）中的各步骤302、301、306相对应。

图17中，气缸吸入空气量计算单元21A首先对一个行程内的进气歧管压力平均值Pb(n)[kPa]进行计算（步骤701）。

为了实现步骤701的计算处理，例如，可以每隔1.25ms对进气歧管压力传感器7的输出电压进行采样并进行累加，并将从上次中断处理到本次中断处理为止的期间的累加值除以累计次数。由此，能够计算出一个行程内的进气歧管压力平均值Pb(n)[kPa]。

接下来，对体积效率校正系数Kv(n)进行计算（步骤702）。

步骤702的处理相当于体积效率校正系数计算单元22A，体积效率校正系数计算单元22A内的体积效率校正系数Kv(n)的计算部进行与上述（参照图13）相同的运算处理。

接下来，利用式（24）来进行实际气缸吸入空气量的运算（步骤703），最后对步骤703中计算出的实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)[g]进行保存（步骤704），并结束图17的处理程序。

如图17所示，通过使用体积效率校正系数Kv(n)的简单运算处理，能够对实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)[g]进行高精度的计算。

由此，不管是在上述AFS方式中，还是在本发明的实施方式2所涉及的S/D方式中，都能利用进气系统的简化的物理模型来对实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)[g]进行计算。

另外，通过对实际气缸吸入空气量的计算过程中所需的体积效率校正系数Kv进行近似计算，从而无需庞大的存储器容量，能够以较少的适应常数及较小的运算负荷并以对恰当地控制发动机1而言足够的精度对该体积效率校正系数Kv进行计算。

如上所述，本发明的实施方式2（图15～图17）所涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置为了对在电子控制节流器4（节流阀）的下游一侧的进气歧管6（进气管）上设置的发动机1（内燃机）的气缸吸入空气量Qc(n)T(n)进行推定，包括：体积效率校正系数计算单元22A（体积效率相当值计算单元），该体积效率校正系数计算单元22A对表示从进气管进入气缸内的空气量的指标即体积效率校正系数Kv（体积效率相当值）进行计算；以及气缸吸入空气量计算单元21A（气缸吸入空气量推定单元），该气缸吸入空气量计算单元21A使用体积效率相当值来对实际吸入气缸内的空气量进行推定。

体积效率校正系数计算单元22A（体积效率相当值计算单元）基于排气效率Kex及进气效率Kin来计算体积效率校正系数Kv（体积效率相当值），其中，该排气效率Kex是表示燃烧后的废气未从气缸内排出到排气歧管13（排气管）而残留在气缸内的残留气体量的指标，该进气效率Kin是表示来自进气管的、除残留气体部分以外进入气缸内的空气量的指标。

根据上述结构，由于体积效率校正系数Kv（体积效率相当值）是基于表示新气体量的进气效率Kin及表示残留气体量的排气效率Kex而计算得出的，因此能够根据运转状态来对体积效率相当值进行高精度的计算。

另外，本发明的实施方式2所涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置包括进气歧管压力传感器7（进气管内压力检测单元），该进气歧管压力传感器7对进气管内的压力进行检测以作为进气歧管压力Pb（进气管内压力）。

在该情况下，气缸吸入空气量计算单元21A（气缸吸入空气量推定单元）基于进气管内压力及体积效率校正系数Kv（体积效率相当值）来对实际被吸入气缸内的空气量进行推定。

根据上述结构，在利用S/D的进气量测定中，由于利用简化的物理模型及体积效率相当值来计算气缸吸入空气量，因此，能够以较少的适应常数及较小的运算负荷并以对恰当地控制发动机而言足够的精度对气缸吸入空气量进行推定。

另外，由于体积效率校正系数计算单元22A（体积效率相当值计算单元）使用基于进气效率Kin、排气效率Kex及压缩比ε的式（15）来计算体积效率校正系数Kv（体积效率相当值），因此理论上，可以对体积效率相当值进行高精度的推定。

另外，由于进气效率Kin是使用基于进气行程结束时的缸内压力Pin[kPa]、进气管内压力Pb[kPa]、进气行程结束时的缸内温度Tin[°K]以及进气管内温度Tb[°K]的式（16）计算得出的，因此理论上，可以对进气效率Kin进行高精度的推定。

另外，由于将计算进气效率Kin（参照式（16））时所使用的、进气行程结束时的缸内压力Pin与进气歧管压力Pb（进气管内压力）的压力比Pin/Pb近似为进气管内压力的一次函数，因此，能够以较少的适应常数及较小的运算负荷并以对恰当地控制发动机1而言足够的精度对进气效率进行推定。

另外，由于排气效率Kex是使用基于气缸余隙容积（上止点时的容积）Vmin[cc]、残留气体容积Vex[cc]、进气行程结束时的缸内压力Pin[kPa]、排气管内压力Pex[kPa]、进气行程结束时的缸内温度Tin[°K]以及排气温度Tex[°K]的式（20）计算得出的，因此理论上，可以对排气效率Kex进行高精度的推定。

另外，由于将排气效率Kex近似为进气歧管压力Pb（进气管内压力）的一次函数，因此，能够以较少的适应常数及较小的运算负荷并以对恰当地控制发动机1而言足够的精度对排气效率进行推定。

并且，由于使用发动机1（内燃机）的规定曲柄角度间的进气歧管压力峰值Pbp（进气管内压力的最大值）来作为进气歧管压力Pb（进气管内压力），因此可以对体积效率校正系数Kv（体积效率相当值）进行高精度的推定。

根据本发明的实施方式2，由于在设置了进气VVT10及排气VVT（可变阀门机构）的内燃机的控制装置中，基于表示新气体吸入量的进气效率Kin及表示残留气体量的排气效率Kex来计算体积效率校正系数Kv（体积效率相当值），因此能够根据运转状态来对体积效率相当值进行高精度的计算。

另外，通过对进气系统的简化的物理模型、及简化的物理模型中使用的体积效率校正系数进行近似计算，从而，无需庞大的存储器容量，能够以较少的适应常数及较小的运算负荷并以对恰当地控制发动机1而言足够的精度对气缸吸入空气量进行推定。

即，由于基于排气效率Kex（进气管内压力的一次函数）及进气效率Kin（进气管内压力的一次函数）来计算体积效率校正系数Kv（体积效率相当值），因此能够以较少的适应常数来进行高精度的推定，其中，该排气效率Kex是表示燃烧后的废气未从气缸内排出到排气歧管13（排气管）而残留在气缸内的残留气体量的指标，该进气效率Kin是表示来自进气歧管6（进气管）的、除残留气体部分以外进入气缸内的空气量的指标。

另外，不限于上述AFS方式，在S/D方式中，也能利用进气系统的简化的物理模型来对实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)[g]进行计算，另外，通过对在实际气缸吸入空气量的计算过程中所需的体积效率校正系数Kv进行近似计算，从而能够无需庞大的存储器容量并以足够的精度进行计算。

标号说明

1  发动机（内燃机）

2  ＡＦＳ（吸入空气量检测单元）

3  节流器开度传感器

4  电子控制节流器（节流阀）

5  气室

6  进气歧管

7  进气歧管压力传感器（进气管内压力检测单元）

8  进气温度传感器

9  喷射器

10  进气ＶＶＴ

11  排气ＶＶＴ

12  点火线圈

13  排气歧管

14  大气压传感器

20、20Ａ  ＥＣＵ（电子控制单元）

21、21Ａ  气缸吸入空气量计算单元

22、22Ａ  体积效率校正系数计算单元

501  内部EGR率计算部（除法器）

503  缸内温度计算部

506  压力比计算部

507  进气效率计算部

601  体积效率校正系数计算部

ＥｘＶＶＴ  排气ＶＶＴ的相位角

ＩｎＶＶＴ  进气ＶＶＴ的相位角

Ｋｅｘ  排气效率

Ｋｉｎ  进气效率

Ｋｖ  体积效率校正系数（体积效率相当值）

Ｐａ  大气压

Ｐｂ  进气歧管压力（进气管内压力）

Ｐｂ（ｎ）  进气歧管压力平均值

Ｐｂｐ  进气歧管压力峰值

Ｐｅｘ  排气压力（有效排气阀封闭时的缸内压力：排气管内压力）

Ｐｉｎ  缸内压力

Ｐｉｎ／Ｐｂ、Ｐｉｎ／Ｐｂｐ  压力比

Ｑａ  吸入空气量（实际吸入空气量）

Ｑａ（ｎ）  吸入空气量（平均值）

Ｑｃ  气缸吸入空气量（实际气缸吸入空气量）

Ｑｃ（ｎ）  气缸吸入空气量（平均值）

Ｒｅｇｒ  内部EGR率

Ｔｂ  进气歧管温度（进气管内温度）

Ｔｅｇｒ  残留气体温度

Ｔｅｘ  排气温度（有效排气阀封闭时的缸内温度）

Ｔｉｎ  缸内温度

Ｖｅｘ  残留气体容积

Ｖｍａｘ  最大容积

Ｖｍｉｎ  余隙容积

Ｖｎｅｗ  实际新气体容积

Ｖｓ  进气管容积

ΔＫｅｘ  排气效率误差

ε  压缩比

ρｂ  进气歧管新气体质量（平均值）

ρｅｘ  排气质量

ρｉｎ  气缸内密度

Claims (9)

1.一种内燃机的气缸吸入空气量推定装置，该内燃机的气缸吸入空气量推定装置用于对在节流阀的下游一侧的进气管上设置的内燃机的气缸吸入空气量进行推定，包括：

体积效率相当值计算单元，该体积效率相当值计算单元对表示从所述进气管进入所述气缸内的空气量的指标即体积效率相当值进行计算；以及

气缸吸入空气量推定单元，该气缸吸入空气量推定单元利用所述体积效率相当值来对实际被吸入到所述气缸内的空气量进行推定，

其特征在于，

所述体积效率相当值计算单元基于排气效率及进气效率来计算所述体积效率相当值，

该排气效率是表示燃烧后的废气未从所述气缸内排出到排气管而残留在所述气缸内的残留气体量的指标，

该进气效率是表示来自所述进气管的、除所述残留气体部分以外进入所述气缸内的空气量的指标。

2.如权利要求1所述的内燃机的气缸吸入空气量推定装置，其特征在于，包括：

吸入空气量检测单元，该吸入空气量检测单元设置在所述节流阀的上游一侧，并对通过所述节流阀而被吸入到所述内燃机的吸入空气量进行检测；以及

物理模型，该物理模型对通过所述节流阀后的空气进入所述气缸内为止的进气系统的响应延迟进行建模，

所述气缸吸入空气量推定单元基于所述吸入空气量、所述体积效率相当值及所述物理模型来对实际被吸入到所述气缸内的空气量进行推定。

3.如权利要求1所述的内燃机的气缸吸入空气量推定装置，其特征在于，

包括进气管内压力检测单元，该进气管内压力检测单元对所述进气管内的压力进行检测，以作为进气管内压力，

所述气缸吸入空气量推定单元基于所述进气管内压力以及所述体积效率相当值来对实际被吸入到所述气缸内的空气量进行推定。

4.如权利要求1所述的内燃机的气缸吸入空气量推定装置，其特征在于，

所述体积效率相当值计算单元使用基于进气效率（Kin）、排气效率（Kex）及压缩比（ε）的下式（1），

[数学式1]

$K_v=K_{\mathrm{in}}\·(\frac{\mathrm{\ϵ}}{\mathrm{\ϵ}-1}-K_{\mathrm{ex}}\·\frac{1}{\mathrm{\ϵ}-1})\·\·\·\left(1\right)$

来计算体积效率相当值（Kv）。

5.如权利要求4所述的内燃机的气缸吸入空气量推定装置，其特征在于，

使用基于进气行程结束时的缸内压力（Pin[kPa]）、进气管内压力（Pb[kPa]）、进气行程结束时的缸内温度（Tin[°K]）、以及进气管内温度（Tb[°K]）的下式（2），

[数学式2]

$K_{\mathrm{in}}=\frac{P_{\mathrm{in}}}{P_b}\·\frac{T_b}{T_{\mathrm{in}}}\·\·\·\left(2\right)$

来计算所述进气效率（Kin）。

6.如权利要求5所述的内燃机的气缸吸入空气量推定装置，其特征在于，

将在计算所述进气效率时所使用的、所述进气行程结束时的缸内压力（Pin）与所述进气管内压力（Pb）的压力比（Pin/Pb）近似为所述进气管内压力的一次函数。

7.如权利要求4所述的内燃机的气缸吸入空气量推定装置，其特征在于，

使用基于气缸余隙容积（Vmin[cc]）、残留气体容积（Vex[cc]）、进气行程结束时的缸内压力（Pin[kPa]）、排气管内压力（Pex[kPa]）、进气行程结束时的缸内温度（Tin[°K]）及排气温度（Tex[°K]）的下式（3），

[数学式3]

$K_{\mathrm{ex}}=\frac{V_{\mathrm{ex}}}{V_{\min }}\·\frac{P_{\mathrm{ex}}}{P_{\mathrm{in}}}\·\frac{T_{\mathrm{in}}}{T_{\mathrm{ex}}}\·\·\·\left(3\right)$

来计算所述排气效率（Kex），其中，该气缸余隙容积是上止点时的容积。

8.如权利要求7所述的内燃机的气缸吸入空气量推定装置，其特征在于，

将所述排气效率近似为所述进气管内压力的一次函数。

9.如权利要求5至8中任一项所述的内燃机的气缸吸入空气量推定装置，其特征在于，

将所述内燃机的规定曲柄角度间的进气管内压力的最大值用作为所述进气管内压力。

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