CN103670748A - 内燃机的气缸吸入空气量推定装置 - Google Patents

Abstract

本发明得到一种内燃机的气缸吸入空气量推定装置，能够以较少的适应常数、高精度并实时地进行计算。包括：AFS(2)；单元(22)，该单元(22)计算表示进入到气缸内的空气量的指标、即体积效率修正系数(Kv)；物理模型(25)，该物理模型(25)对进气系统的响应延迟建立模型；以及单元(21)，该单元(21)利用吸入空气量(Qa)、体积效率修正系数(Kv)以及物理模型(25)来计算实际被吸入的气缸吸入空气量。利用吸入空气量(Qa)、进气歧管密度(ρb)以及进气歧管密度变化量(Δρb)来计算在通过进气系统的响应延迟模型来计算吸入到气缸内的空气量时所需要的体积效率修正系数(Kv)。

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VVT(可变阀门)机构的内燃机的控制装置，具体而言，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，为了对发动机进行适当的控制，对被吸入到气缸内的空气量进行高精度的计算、并进行与吸入到气缸内的空气量相对应的燃料控制及点火时机控制是非常重要的。

关于燃料控制，一般来说，如果能够进行反馈控制，以使得相对于吸入空气量、喷射出达到目标空燃比的燃料量，就能得到良好的控制特性。

另一方面，关于点火时机控制，不仅要根据发动机转速和气缸吸入空气量，还需要根据其它主要因素、例如包含发动机温度、爆震产生状况、燃料特性、以及EGR(Exhaust Gas Recirculation：废气再循环)量与吸入空气量之比即EGR率，在发动机输出最大的点火提前角MBT(Minimun Spark Advance for Best Torque：最佳转矩的最小点火提前角)下进行控制。

在对MBT产生影响的上述主要因素中，例如，发动机温度可以由发动机冷却水温度传感器来检测，爆震产生状况可以由爆震传感器来检测，而燃料特性可以根据爆震产生状况，来判断是普通汽油或是高辛烷值汽油。

但是，关于EGR率，虽然外部EGR可以根据EGR阀的开度、排气压力以及进气管内压力来计算，但是高精度地推定内部EGR率则较为困难。

即、关于EGR量，有基于EGR阀的开度的外部EGR控制、以及控制残留在气缸内的排气量的内部EGR控制，其中，该EGR阀设于连结排气管与进气管的EGR通路，另外，也有同时进行外部EGR控制与内部EGR控制的情况。

对于内部EGR的控制，设置使进气阀及排气阀的阀门开闭时刻可以变化的VVT(可变气门正时：Variable Valve Timing)机构，并通过阀门开闭时刻来改变进气阀及排气阀同时开启的状态、即重叠期间。

特别是，在具备可使进气阀及排气阀的阀门开闭时刻变化的进排气VVT的发动机中，从进气歧管吸入到气缸中的空气量会根据气门正时而产生较大变化，因此，若不考虑气门正时带来的影响，则被吸入到气缸中的空气量的计算精度可能会下降。

另外，近年来，一般以发动机输出转矩为指标来进行对发动机的控制，即使在推定发动机输出转矩的情况下，由于热效率会根据气缸吸入空气量及EGR率而发生变化，因此不管是为了计算上述的MBT，还是为了推定转矩以及热效率，都需要高精度地对气缸吸入空气量及EGR率进行计算。

以往，提出有在以具有进排气VVT的发动机为对象的情况下的、内燃机的气缸吸入空气量推定装置(例如，参照专利文献1、专利文献2)。

在专利文献1中，公开了一种利用物理模型以作为运算模型，并基于进气路径内的压力来对运算模型进行修正的技术，该物理模型对通过节流阀的空气进入到气缸内为止的进气系统的响应延迟建立模型。

虽然考虑到根据上述专利文献1，能够消除体积效率修正系数的误差，但如果是进排气VVT系统，则若以进气以及排气的控制分割数各为6个(以6个代表点来表示VVT机构的动作范围，并对它们之间进行插值来使用)的情况为例，就需要6×6(＝36)个体积效率修正系数映射所需的数据，以作为基础特性。

此外，如果采用仅具有进气VVT的结构，则需要6个体积效率修正系数映射。

另一方面，在专利文献2中，与专利文献1不同，公开了如下的技术：通过使用检测发动机的吸入空气量的空气流量计以及检测发动机的进气压力的进气压力传感器，利用进气压力的变化量来修正吸入空气量，并在进气冲程中累加修正运算结果，从而对各个气缸计算出气缸吸入空气量。

虽然考虑到根据上述专利文献2，无需计算体积效率修正系数，也无需进行响应延迟模型的滤波处理，但是发动机控制所使用的各类传感器常常会在测量过程中产生微小的误差，因此这样的话仍然难以对气缸吸入空气量进行高精度的计算。

例如，对于需要特别高的精度的进气系统的传感器值，进行用于抑制微小的误差的处理，例如每隔1ms进行采样，每隔规定的曲柄角度间，计算出采样值的平均值等。另外，对于响应延迟模型的滤波处理也具有相同的效果。

即，在专利文献2的技术中，考虑到气缸吸入空气量中将产生微小的误差，这样的话就不适用于燃料控制以及点火时机控制，并且也不适用于发动机输出转矩的推定运算。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4029739号公报

专利文献2：日本专利第3622538号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在专利文献1的情况下，现有的内燃机的气缸吸入空气量推定装置通过使用运算模型来消除体积效率修正系数的误差，但是在应用于进排气VVT系统的情况下，需要例如36个体积效率修正系数映射所需的数据，使得运算变得复杂，从而产生不具有实用性的问题。

另外，在专利文献2的情况下，使用空气流量计以及进气压力传感器来对各个气缸计算气缸吸入空气量，但是由于各类传感器所具有的微小误差，使得存在在气缸吸入空气量的计算值中产生微小误差的问题。

此外，为了推定气缸吸入空气量，考虑例如使用表示从进气歧管进入到气缸内的空气量的指标即体积效率相当值(体积效率修正系数)、以及上述响应延迟模型，并基于两个内部变量(进气效率以及排气效率)来计算体积效率相当值。另外，考虑基于排气效率来推定内部EGR率。

相对于在进排气VVT系统中需要36个体积效率修正系数映射，上述技术的目的在于，通过利用近似式来计算内部变量，从而来大幅度地减少所需的映射数量。

但是，在该情况下，如果以一阶近似式来计算内部变量，则可以大幅度地减少所需的映射数量，但在出于提高精度的目的而利用两阶近似式或三阶近似式来进行计算的情况下，所需的映射数量增多，因此映射数量的减少效果下降，从而产生问题。

另外，为了求出用于计算内部变量的近似式，最终如果是进排气VVT系统，则需要测量36个体积效率修正系数映射所需的数据，从减少工时数的观点来看存在无法估计效果的问题。

并且，还具有体积效率修正系数容易因为环境条件以及个体差异而产生误差，从而无法消除该误差的问题。

即，在具有VVT机构的内燃机中，在根据使用了体积效率相当值的进气系统的物理模型来推定吸入到气缸内的实际吸入空气量的情况下，体积效率相当值会根据VVT机构的实际气门正时而发生变化，因此需要根据气门正时来使体积效率相当值进行适应，另外，在推定内部EGR率时，内部EGR率也会根据VVT机构的实际气门正时而发生变化，因此也需要根据气门正时来使内部EGR率进行适应，从而产生存储映射的数量庞大的问题。

本发明为了解决上述问题而得以完成，其目的在于得到一种内燃机的气缸吸入空气量推定装置，通过实时地计算在推定气缸吸入空气量时所需的体积效率修正系数，来实现专利文献1中的消除体积效率修正系数的误差的功能、而无需对体积效率修正系数进行适应处理，与此同时，实现不会产生像专利文献2那样的各类传感器的微小误差的运算处理，并且能够基于较少的适应常数以及较小的运算负荷、以对恰当地控制发动机而言足够的精度来计算气缸吸入空气量，而无需庞大的存储容量。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明所涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置为了推定向在节流阀下游一侧的进气管处设置的内燃机吸入的气缸吸入空气量，包括：吸入空气量检测单元，该吸入空气量检测单元对通过节流阀并被吸入到内燃机内的吸入空气量进行检测；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建立模型，物理模型包含：体积效率相当值计算单元，该体积效率相当值计算单元计算表示从节流阀下游一侧进入到内燃机的气缸内的空气量的指标、即体积效率相当值；气缸吸入空气量计算单元，该气缸吸入空气量计算单元利用吸入空气量、体积效率相当值以及物理模型来计算实际被吸入到气缸内的气缸吸入空气量；以及进气管内密度计算单元，该进气管内密度计算单元计算在节流阀下游一侧的进气管内密度以及进气管内密度变化量，体积效率相当值计算单元利用吸入空气量、进气管内密度以及进气管内密度变化量来计算体积效率相当值。

发明效果

根据本发明，通过实时地计算在对进气系统的响应延迟建立模型的物理模型中所使用的体积效率相当值，从而能够以较少的适应常数以及较少的运算负荷并以对恰当地控制发动机而言足够的精度来推定气缸吸入空气量，而无需庞大的存储容量。

附图说明

图1是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以及发动机的结构框图。

图2是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功能结构以及各种传感器的框图。

图3是表示本发明的实施方式1中的气缸吸入空气量的计算步骤的流程图。

图4是表示本发明的实施方式1中的体积效率修正系数的计算步骤的流程图。

图5是对于进气歧管内以及气缸内、分别示出本发明的实施方式1中的新鲜气体与内部EGR的各自的容积以及各自的压力的关系的说明图。

图6是表示本发明的实施方式1中的缸内压力与缸内容积的关系(P-V线图，取双对数来表示)的一个示例的说明图。

图7是表示本发明的实施方式1中的进气歧管压力峰值与进气冲程结束时的缸内压力的关系的说明图。

图8是表示本发明的实施方式1中的内部EGR率的计算步骤的流程图。

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以及发动机1的结构框图，图2是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功能结构以及各种传感器的框图。

图1中，内燃机的气缸吸入空气量推定装置由与发动机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)。

由ECU20构成与各种传感器及各种致动器相关联的发动机控制装置，并基于来自表示发动机1的运转状态的各种传感器的检测信息，来控制发动机1的各种致动器。

发动机1的进气系统的上游一侧设有测定吸入空气量Qa(进气管内的空气流量)的气流传感器2。下面，将气流传感器2简称为AFS2(Air Flow Sensor：气流传感器)。

另外，AFS2的下游一侧(发动机1一侧)设有电子控制节流器4。

电子控制节流器4由如下部分构成：节流阀4a，该节流阀4a调整吸入空气量Qa；以及节流致动器，该节流致动器用于对节流阀4a的开度θ(节流开度)进行电子控制。另外，电子控制节流器4上设有用于测定节流开度θ的节流开度传感器3。

电子控制节流器4的下游一侧设有气室(surge tank)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，发动机1的下游一侧设有排气歧管13，以作为用于将在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，但排气歧管13中设有用于控制空燃比的02传感器、用于净化废气的催化剂。

电子控制节流器4下游一侧的进气管上设有进气歧管压力传感器7以及进气温度传感器8，进气歧管压力传感器7对将气室5及进气歧管6包含在内的进气歧管空间的压力(进气歧管压力Pb)进行测定，而进气温度传感器8对进气歧管空间内的温度(进气歧管温度Tb)进行测定。

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

另外，也可以使用例如基于节流开度θ来推定吸入空气量Qa等其它吸入空气量测定单元，来替代AFS2。

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上分别设有用于使气门正时可变的进气VVT10及排气VVT11。

另外，在气缸盖上设置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：进气系统的物理模型25、以及控制量运算单元26。

另外，物理模型25由如下单元构成：气缸吸入空气量计算单元21、体积效率修正系数计算单元22、进气歧管密度计算单元23、以及内部EGR率计算单元24。

在来自上述各传感器2、3、7、8的各种信息(吸入空气量Qa、节流开度θ、进气歧管压力Pb、进气歧管温度Tb)的基础上，ECU20中还输入有由大气压传感器14所测定出的大气压力。

另外，ECU20中还输入有来自未图示的其它各种传感器(油门开度传感器、曲柄角度传感器等)的各种测定值。

此外，还可以使用其它大气压推定单元或使用内置在ECU20中的大气压传感器，来替代测定大气压力的大气压传感器14。

另外，详细情况将在后面进行说明，在ECU20内的物理模型25中，进气歧管密度计算单元23基于由进气歧管压力传感器7测量出的进气歧管压力Pb、和由进气温度传感器8测量出的进气歧管温度Tb，来计算进气歧管密度ρb(进气歧管内的新鲜气体密度)。

另外，体积效率修正系数计算单元22利用进气歧管密度ρb来计算体积效率修正系数Kv，而内部EGR率计算单元24使用体积效率修正系数Kv来计算内部EGR率Regr。

另外，气缸吸入空气量计算单元21利用由AFS2测定出的吸入空气量Qa、及体积效率修正系数Kv来计算发动机1的实际气缸吸入空气量Qc。

ECU20内的控制量运算单元26基于所计算出的气缸吸入空气量Qc以及内部EGR率Regr，来对喷射器9及点火线圈12进行驱动。

另外，控制量运算单元26基于各种信息(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，计算目标节流开度、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，并对电子控制节流器4的开度、进气VVT10及排气VVT11的相位角进行控制，以达到各个控制目标值。

另外，控制量运算单元26也根据需要对其它各种致动器(未图示的EGR阀等)进行控制。

接下来，参照图1及图2，对物理模型25内的气缸吸入空气量计算单元21所进行的运算处理(基于由AFS2测量出的吸入空气量Qa的实际气缸吸入空气量Qc的计算步骤)进行详细说明。

首先，定义电子控制节流器4的下游一侧至发动机1的各气缸入口之间的进气管容积Vs[cm³]、和每单个气缸的气缸冲程容积Vc[cm³]。

另外，对于发动机1的冲程数n，分别作出如下定义：由AFS2所测定出的吸入空气量Qa[g/s]在一个冲程内的平均值Qa(n)、气缸吸入空气量Qc[g/s]在一个冲程内的平均值Qc(n)、一个冲程(四缸发动机中为180[degCA]，三缸发动机中为240[degCA])的时间T(n)[s]、进气歧管密度ρb[g/cm³]在一个冲程内的平均值ρb(n)、以及从进气歧管进入气缸内的空气的体积效率修正系数Kv(n)。

这里，若在进气管容积Vs所表示的区域中仅关注新鲜气体(经由电子控制节流器4进入进气歧管的空气)，并示出实际吸入空气量Qa(n)T(n)与实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)的差分和进气歧管密度ρb(n)(平均值)的变化量的关系，则通过应用在一个冲程间的质量守恒定律，有下式(1)成立。

[数学式1]

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

其中，式(1)中，ρb(n-1)是冲程n的前一个冲程的进气歧管密度，ρb(n)-ρb(n-1)相当于进气歧管密度变化量Δρb。

另一方面，对于一个冲程内的实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)，利用进气歧管密度ρb(n)、气缸冲程容积Vc及体积效率修正系数Kv(n)将其表示为下式(2)。

[数学式2]

Qc(n)T(n)＝Kv(n)·ρ_b(n)·Vc…(2)

此外，在正常运转时，实际吸入空气量Qa(n)T(n)与实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)相等，因此可以将式(2)的左边替换为实际吸入空气量Qa(n)T(n)，根据替换后的公式，可在对发动机控制常数进行适应时计算体积效率修正系数Kv。

接下来，将式(2)代入式(1)来消去进气歧管密度ρb(n)，并对实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)进行求解，之后利用滤波常数K，将实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)表示为下式(3)。

[数学式3]

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

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

通过式(3)，能够根据由AFS2所测量出的实际吸入空气量Qa(n)T(n)，来对实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)进行高精度计算。另外，能够根据实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)来高精度地计算出气缸内的填充效率，从而用于各种发动机控制。

若将式(3)进一步变形，则可得到下式(4)

[数学式4]

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

在与发动机1的旋转同步的(例如，每隔规定曲柄角度的)中断处理中，式(4)表示数字低通滤波器。由此，可知发动机1的进气系统是一阶滞后因素。

接下来，参照图3的流程图，对用于在ECU20内实现上述式(3)的运算步骤进行详细说明。

图3示出了气缸吸入空气量计算单元21及体积效率修正系数计算单元22的处理步骤，利用每隔规定曲柄角度(例如，BTDC05[degCA])的中断处理(B05处理)来执行。

图3中，气缸吸入空气量计算单元21首先基于曲柄角度信号以及吸入空气量Qa的测定值，来计算一个冲程内的实际吸入空气量Qa(n)T(n)[g](步骤301)。

具体而言，在AFS2是质量流量计的情况下，能够通过如下方式来实现：每隔规定的时间(例如，1.25ms)对AFS2的输出电压(测定值)进行采样并累加，并计算出从前一次中断处理到本次中断处理为止的累加值。此外，在AFS2是体积流量计的情况下，可以通过基于标准大气密度、大气压力及进气温度(进气歧管温度Tb)将体积转换为质量，来进行计算。

接下来，体积效率修正系数计算单元22计算体积效率修正系数Kv(n)(步骤302)。此外，对于步骤302的计算处理的详细情况，将利用图4在后文中进行阐述。

步骤302的计算值被存储为上次值(步骤305)，并在后述的步骤304的运算处理中被用作为一个冲程前的体积效率修正系数Kv(n-1)。

接下来，气缸吸入空气量计算单元21计算出式(3)内的滤波常数K(步骤303)，并且根据式(3)内的滤波运算式，来计算出实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)[g](步骤304)。

此时，一个冲程前的体积效率修正系数Kv(n-1)使用在步骤305中被存储下来的一个冲程前的体积效率修正系数Kv(n-1)。

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

此外，步骤306的计算值被存储为上次值(步骤307)，并在下一次的步骤304的运算处理中被用作为一个冲程前的实际气缸吸入空气量Qc(n-1)T(n-1)[g]。

如上所述，通过使用了体积效率修正系数Kv(n)的简单运算，能够高精度地计算出实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)[g]。

接下来，对由体积效率修正系数计算单元22进行的运算处理(步骤302)进行详细说明。

由式(1)及式(2)求得的式(3)是用于根据由AFS2测量出的实际吸入空气量Qa(n)T(n)来计算实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)的式子。

这里，若将式(2)代入式(1)来消去实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)，则体积效率修正系数Kv(n)可由下式(5)来表示，该式(5)中使用了实际吸入空气量Qa(n)T(n)(吸入空气量Qa)、进气歧管密度变化量Δρb、进气管容积Vs、进气歧管密度ρb(n)及气缸冲程容积Vc。

[数学式5]

$\mathrm{Kv}\left(n\right)=\frac{\mathrm{Qa}\left(n\right)T\left(n\right)-\{{\mathrm{\ρ}}_b\left(n\right)-{\mathrm{\ρ}}_b\left(n-1\right)\}\·\mathrm{Vs}}{{\mathrm{\ρ}}_b\left(n\right)\·\mathrm{Vc}}...\left(5\right)$

对于式(5)内的进气歧管密度ρb(n)[g/cm³]，可以利用由进气歧管压力传感器7测量到的进气歧管压力Pb(n)[kPa]、由进气温度传感器8测量到的进气歧管温度Tb(n)[°K]、以及气体常数R[kJ/(kg·K)]，并通过由下式(6)构成的状态方程来计算得出。

[数学式6]

${\mathrm{\ρ}}_b\left(n\right)=\frac{p_b\left(n\right)}{{\mathrm{RT}}_b\left(n\right)}...\left(6\right)$

由此，能够通过利用式(5)，并基于AFS2、进气歧管压力传感器7及进气温度传感器8的各个输出值，来实时地计算出体积效率修正系数Kv(n)。

然而，很多情况下，上述传感器输出值中混入有微小的测量噪声，即使利用由式(5)计算出的体积效率修正系数Kv(n)并根据式(3)计算出实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)，也可能会产生误差。

为了有效地避免上述噪声所引起的误差，可以通过对由式(5)计算出的体积效率修正系数Kv(n)进行滤波处理，来使噪声分量衰减，并利用噪声分量衰减后(滤波后)的体积效率修正系数Kvf(n)来进行式(3)的运算。

具体而言，对于滤波后的体积效率修正系数Kvf(n)，可以通过使用了滤波常数K1(例如，0.9～0.99左右的值)的滤波处理，如下式(7)所示那样计算得出。

[数学式7]

Kvf(n)＝K₁·Kvf(n-1)+(1-K₁)·Kv(n)…(7)

此外，式(7)中，为了使噪声分量衰减，应用了一阶低通滤波处理，但并不局限于此，也可以使用对过去数个冲程内的值进行单纯的移动平均处理后得到的值，或者也可以使用进行加权移动平均处理(对过去数个冲程内的各数据赋予不同的权重来计算平均值的处理)等以后得到的值。

基于上述观点，使用滤波后的体积效率修正系数Kvf(n)来作为式(3)中的体积效率修正系数Kv(n)。

接下来，参照图4的流程图，对由物理模型25(进气歧管密度计算单元23、气缸吸入空气量计算单元21、体积效率修正系数计算单元22)执行的运算处理(使用了式(5)～式(7)的运算)进行详细说明。

图4由每隔规定曲柄角度(例如，BTDC05[degCA])的中断处理(B05处理)来执行。

图4中，首先由进气歧管密度计算单元23从进气歧管压力传感器7中获取进气歧管压力Pb(n)(步骤401)。

此外，进气歧管压力Pb(n)大多与阀门开闭同步地进行振动，因此与上述一个冲程内的实际吸入空气量Qa(n)T(n)[g]的计算处理(步骤301)相同，优选通过统计处理来计算得出

具体而言，可以每隔规定时间(例如1.25ms)来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，并通过用从前一次中断处理到本次中断处理为止期间的累加值除以累加次数，来计算出一个冲程内的进气歧管压力Pb(n)，以作为消除了变动部分的平均值。

接下来，进气歧管密度计算单元23从进气温度传感器8中获取进气歧管温度Tb(n)(步骤402)。

进气歧管温度Tb(n)也和进气歧管压力Pb(n)同样，可以使用一个冲程内的平均值，但由于温度传感器的响应性通常比压力传感器差，因此使用瞬时值也无妨。

接下来，利用上述式(6)来计算进气歧管密度ρb(n)(步骤403)。

步骤403的计算值被存储为上次值(步骤405)，并在后述的步骤406的运算处理中被用作为一个冲程前的进气歧管密度ρb(n-1)。

接下来，气缸吸入空气量计算单元21计算一个冲程内的实际吸入空气量Qa(n)T(n)[g](步骤404)，作为该值，可以直接使用图3内的步骤301所计算出的实际吸入空气量Qa(n)T(n)[g]。

接下来，体积效率修正系数计算单元22利用步骤403中计算出的进气歧管密度ρb(n)、步骤404中计算出的一个冲程内的实际吸入空气量Qa(n)T(n)[g]、以及步骤405中存储的上一次的进气歧管密度ρb(n-1)，并根据式(5)来计算体积效率修正系数Kv(n)(步骤406)。

最后，体积效率修正系数计算单元22使用上述式(7)进行用于使重叠于体积效率修正系数Kv(n)的噪声分量衰减的滤波处理(步骤407)，并保存滤波后的体积效率修正系数Kvf(n)(步骤408)，从而结束图4的处理程序。

此外，由于在式(7)的滤波处理(步骤407)中需要使用前一次滤波后的体积效率修正系数Kvf(n-1)，因此预先将步骤408中的滤波处理结果、即体积效率修正系数Kvf(n)存储为上次值(步骤409)。

由此，能够在前一次的滤波运算(步骤407)中，将在步骤409中存储下来的上次值用作为一个冲程前的体积效率修正系数Kvf(n1)。

由此，能够通过使用了AFS2、进气歧管压力传感器7以及进气温度传感器8的各输出值的简单运算处理，来高精度地计算出体积效率修正系数Kv(n)以及滤波后的体积效率修正系数Kvf(n)。

接下来，对物理模型25内的内部EGR率计算单元24所进行的运算处理进行详细说明。

首先，作为技术背景，为了表示体积效率修正系数Kv与内部EGR率Regr的关系，使用进气效率Kin、排气效率Kex、以及吸入到气缸内的混合气体的压缩比ε来导出下式(8)。

[数学式8]

$\mathrm{Kv}=K_{\mathrm{in}}\·(\frac{\mathrm{\ϵ}}{\mathrm{\ϵ}-1}-K_{\mathrm{ex}}\·\frac{1}{\mathrm{\ϵ}-1}),R_{\mathrm{egr}}=\frac{K_{\mathrm{ex}}}{\mathrm{\ϵ}}...\left(8\right)$

另外，如下式(9)那样，使用如下参数对进气效率Kin以及排气效率Kex作出定义：进气歧管压力Pb以及进气歧管温度Tb、进气冲程结束时(B180)的缸内压力Pin[kPa]以及缸内温度Tin[°K]、排气冲程结束时的排气歧管压力Pex[kPa](排气歧管13的内压)以及排气温度Tex[°K](排气管内温度)、假定残留气体容积Vex[L](Pex、Tex时残留气体所占的容积)、间隙容积Vmin[L]。

[数学式9]

$K_{\mathrm{in}}=\frac{p_{\mathrm{in}}}{p_b}\·\frac{T_b}{T_{\mathrm{in}}},K_{\mathrm{ex}}=\frac{V_{\mathrm{ex}}}{V_{\min }}\·\frac{p_{\mathrm{ex}}}{p_{\mathrm{in}}}\·\frac{T_{\mathrm{in}}}{T_{\mathrm{ex}}}...\left(9\right)$

下面，参照图5，试着利用不同于式(8)、式(9)的新方法来导出体积效率修正系数Kv与内部EGR率Regr的关系式。

图5是表示新鲜气体与内部EGR的各自的容积以及各自的压力的关系的说明图，示出了进气歧管内以及缸内的各个关系。

图5中，示出了气缸冲程容积Vc[cm³]、最大容积Vmax[cm³]、进气歧管密度ρb[g/cm³]、缸内新鲜气体部分密度ρin_new[g/cm³]、进气冲程结束时的缸内新鲜气体部分压力Pin_new[kPa]、以及进气冲程结束时的缸内内部EGR部分压力Pin_egr_in[kPa]

体积效率修正系数Kv是表示在进气歧管内占气缸冲程容积Vc的空气量与实际进入缸内的新鲜气体量之比的指标，因此可以如下式(10)那样定义。

[数学式10]

$\mathrm{Kv}=\frac{\mathrm{Qc}\left(n\right)T\left(n\right)}{{\mathrm{\ρ}}_b\left(n\right)\mathrm{Vc}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{in}\_\mathrm{new}}\·V_{\max }}{{\mathrm{\ρ}}_b\·V_c}...\left(10\right)$

若利用上述式(6)(状态方程式)来使式(10)变形，则得出下式(11)。

[数学式11]

$\mathrm{Kv}=\frac{\frac{P_{\mathrm{in}\_\mathrm{new}}}{T_{\mathrm{in}}}}{\frac{P_b}{T_b}}\·\frac{V_{\max }}{V_c}=\frac{P_{\mathrm{in}\_\mathrm{new}}}{P_b}\·\frac{T_b}{T_{\mathrm{in}}}\·\frac{V_{\max }}{V_c}$

$=(\frac{P_{\mathrm{in}}}{P_b}\·\frac{T_b}{T_{\mathrm{in}}})\·\frac{V_{\max }}{V_c}\·\frac{P_{\mathrm{in}\_\mathrm{new}}}{P_{\mathrm{in}}}...\left(11\right)$

另外，进气冲程结束时的缸内新鲜气体部分压力Pin_new是从进气冲程结束时的缸内压力Pin减去进气冲程结束时的缸内内部EGR部分压力Pin_egr_in后得到的值，因此体积效率修正系数Kv由下式(12)那样表示。

[数学式12]

$\mathrm{Kv}=(\frac{P_{\mathrm{in}}}{P_b}\·\frac{T_b}{T_{\mathrm{in}}})\·\frac{V_{\max }}{V_c}\·\frac{P_{\mathrm{in}}-P_{\mathrm{in}\_\mathrm{egr}\_\mathrm{in}}}{P_{\mathrm{in}}}$

$=(\frac{P_{\mathrm{in}}}{P_b}\·\frac{T_b}{T_{\mathrm{in}}})\·\frac{V_{\max }}{V_c}\·(1-\frac{P_{\mathrm{in}\_\mathrm{egr}\_\mathrm{in}}}{P_{\mathrm{in}}})...\left(12\right)$

另外，进气效率Kin的定义与式(9)相同，在表示缸内容积的关系式(最大容积Vmax与气缸冲程容积Vc之比)、以及内部EGR率Regr的定义式的情况下，可得到下式(13)

[数学式13]

$\frac{V_{\max }}{\mathrm{Vc}}=\frac{\mathrm{\ϵ}}{\mathrm{\ϵ}-1},R_{\mathrm{egr}}=\frac{P_{\mathrm{in}\_\mathrm{egr}\_\mathrm{in}}}{P_{\mathrm{in}}}...\left(13\right)$

另外，表示体积效率修正系数Kv的上述式(12)如下式(14)那样进行表示。

[数学式14]

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

$=K_{\mathrm{in}}\·(\frac{\mathrm{\ϵ}}{\mathrm{\ϵ}-1}-K_{\mathrm{ex}}\·\frac{1}{\mathrm{\ϵ}-1})$ $\stackrel{..}{.}{R}_{\mathrm{egr}}=\frac{K_{\mathrm{ex}}}{\mathrm{\ϵ}}...\left(14\right)$

可知，式(14)与上述式(8)相同。

这里，排气效率Kex使用混合气体的压缩比ε、内部EGR率Regr、EGR量所对应的假定残留气体容积Vegr[L](进气冲程结束时的Pin、Tin中的残留气体所占的容积)，被表示成下式(15)那样。

[数学式15]

$K_{\mathrm{ex}}=\mathrm{\ϵ}\·R_{\mathrm{egr}}=\mathrm{\ϵ}\·\frac{P_{\mathrm{in}\_\mathrm{egr}\_\mathrm{in}}}{P_{\mathrm{in}}}=\mathrm{\ϵ}\·\frac{P_{\mathrm{in}}\·\frac{V_{\mathrm{egr}}}{V_{\max }}}{P_{\mathrm{in}}}$

$=\mathrm{\ϵ}\·\frac{V_{\mathrm{egr}}}{V_{\max }}=\frac{V_{\mathrm{egr}}}{V_{\min }}=\frac{V_{\mathrm{ex}}}{V_{\min }}\·\frac{P_{\mathrm{ex}}}{P_{\mathrm{in}}}\·\frac{T_{\mathrm{in}}}{T_{\mathrm{ex}}}$ $\stackrel{..}{.}\frac{P_{\mathrm{in}}{V}_{\mathrm{egr}}}{T_{\mathrm{in}}}=\frac{P_{\mathrm{ex}}{V}_{\mathrm{ex}}}{T_{\mathrm{ex}}}...\left(15\right)$

可知，式(15)与上述式(9)相同。

如上述可知，即使在不同的方法中，也能导出体积效率修正系数Kv与内部EGR率Regr的关系式。

体积效率修正系数Kv与内部EGR率Regr的关系如式(8)或式(14)所示，若为了进一步明确，而对内部EGR率Regr进行求解，则内部EGR率Regr可表示成下式(16)。

[数学式16]

$R_{\mathrm{egr}}=1-\frac{\mathrm{Kv}}{K_{\mathrm{in}}-\frac{\mathrm{\ϵ}}{\mathrm{\ϵ}-1}}...\left(16\right)$

由式(16)可知，内部EGR率Regr可以通过使用体积效率修正系数Kv以及进气效率Kin，从而计算得出。

这里，作为式(16)内的体积效率修正系数Kv(n)，与上述式(3)相同，使用滤波后的体积效率修正系数Kvf(n)。

进气效率Kin如上述式(9)那样定义。

由式(9)可知，进气效率Kin可以通过在进气歧管压力Pb以及进气歧管温度Tb的基础上，使用进气冲程结束时的缸内压力Pin以及进气冲程结束时的缸内温度Tin来计算得出，该进气冲程结束时的缸内温度Tin利用内部EGR率Regr计算得出。

其中，由于在一般的发动机控制中不使用这些物理量，因此需要使用用于控制发动机的物理量来对其进行推定运算。

首先，参照图6对进气冲程结束时的缸内压力Pin的计算处理进行说明。

图6是表示利用缸内压力传感器(未图示)测量出的缸内压力与缸内容积的关系(P-V线图、取双对数来表示)的一个示例的说明图。

图6中，横轴是缸内容积V[cc](对数轴)，纵轴是缸内压力Pin[kPa](对数轴)，由虚线包围的区域表示压缩冲程。

这里，不伴随有燃烧的压缩冲程中的状态变化已知作为多方状态(polytropic)变化，一般由下式表示。

[数学式17]

PVⁿ＝C(一定)

∴logP＝-nlogV+logC…(17)

此外，多方状态变化是指在对混合气体或燃烧气体进行压缩时，一部分热量实际上被外界气体、冷却水等带走，使得压力和温度的关系呈现为等温变化和绝热变化的中间变化。

由图6可知，若利用取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，表现为斜率为-n(n是多方指数≈1.3～1.4)的一次函数。

因此，为了计算进气冲程结束时(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)，来对与B180相当的位置上的缸内压力进行推定并求出其平均值。

图7是表示如上所述那样计算出的进气冲程结束时的缸内压力Pin和进气歧管压力之间的关系的说明图。

图7中，横轴是进气歧管压力峰值(规定的曲柄角度间，例如B05间的最大值)Pbp[kPa]，横轴是进气冲程结束时的缸内压力Pin[kPa]，使表示进气VVT10的相位角InVVT的数值IN(＝0、25、45)的差异所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，从试验结果来看，进气歧管压力峰值比起进气歧管压力平均值能得到更好的相关性。

此外，由于图7未考虑到排气VVT11，因此仅是根据进气VVT10整理后得到的图，而与排气VVT11无关。

由图7的特性(多项式)可知，对于每个进气VVT10，进气冲程结束时的缸内压力Pin可以由通过原点的进气歧管压力峰值Pbp的二次函数来进行近似，而与排气VVT11无关。

此时，进气冲程结束时的缸内压力Pin如下式(18)所示。

【数18】

P_in＝A·P_bp ²+B·P_bp…(18)

根据式(18)的形式能计算出进气冲程结束时的缸内压力Pin的理由在于，可以认为缸内压力Pin是表示在进气歧管压力峰值Pbp为规定值时、以多少的压力将气体压入气缸内的指标。

即，可以认为缸内压力Pin通过与进气阀有关的进气VVT相位角和进气阀的开启期间(∝发动机转速)来表示，而和与排气阀有关的重叠量及排气VVT相位角无关，另外，可以认为缸内压力Pin也不会对排气压力(＝大气压)产生影响。

另一方面，能够使用进气歧管温度Tb、排气温度Tex及内部EGR率Regr，并按照下式(19)那样来计算出缸内温度Tin。

[数学式19]

T_in＝(1-R_egr)·T_b+R_egr·T_ex＝T_b+R_egr·(T_ex-T_b)…(19)

这里，对于排气温度Tex，也可以基于测量值来对其进行映射设定(例如，通过发动机转速与进气歧管压力或填充效率的映射来设定)，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℃左右)。

另外，虽然也需要计算内部EGR率Regr，但计算进气冲程结束时的缸内温度Tin的式(19)包含有EGR率Regr，另外，计算进气效率Kin的式(9)也包含有内部EGR率Regr，因此即使出于计算内部EGR率Regr的目的来计算进气效率Kin及缸内温度Tin，直接计算也无法得到求解。

因此，为了从计算进气效率Kin的式(9)消去进气冲程结束时的缸内温度Tin以及内部EGR率Regr，首先，将式(19)代入式(9)，然后将式(16)代入，由此，进气效率Kin如下式(20)所示。

[数学式20]

$K_{\mathrm{in}}=\frac{P_{\mathrm{in}}}{P_b}\·\frac{T_b}{T_{\mathrm{in}}}=\frac{P_{\mathrm{in}}}{P_b}\·\frac{T_b}{T_b+R_{\mathrm{egr}}\·(T_{\mathrm{ex}}-T_b)}$

$=\frac{P_{\mathrm{in}}}{P_b}\·\frac{T_b}{T_b+(1-\frac{\mathrm{Kv}}{K_{\mathrm{in}}\·\mathrm{\ϵ}/(\mathrm{\ϵ}-1)})\·(T_{\mathrm{ex}}-T_b)}...\left(20\right)$

$=\frac{P_{\mathrm{in}}}{P_b}\·\frac{T_b}{T_{\mathrm{ex}}-\frac{\mathrm{Kv}}{K_{\mathrm{in}}\·\mathrm{\ϵ}/\left(\mathrm{\ϵ}\right)}\·(T_{\mathrm{ex}}-T_b)}$

若利用式(20)来求解进气效率Kin，则如下式(21)所示。

[数学式21]

$K_{\mathrm{in}}\·T_{\mathrm{ex}}-\frac{\mathrm{Kv}}{\mathrm{\ϵ}/(\mathrm{\ϵ}-1)}\·(T_{\mathrm{ex}}-T_b)=\frac{P_{\mathrm{in}}}{P_b}\·T_b$

$\stackrel{.}{..}{K}_{\mathrm{in}}=\frac{\frac{P_{\mathrm{in}}}{P_b}\·T_b+\frac{\mathrm{Kv}}{\mathrm{\ϵ}/(\mathrm{\ϵ}-1)}\·(T_{\mathrm{ex}}-T_b)}{T_{\mathrm{ex}}}...\left(21\right)$

通过使用式(21)从而能计算出进气效率Kin，而无需使用进气冲程结束时的缸内温度Tin以及内部EGR率Regr。

这里，式(21)内的体积效率修正系数Kv(n)与上述式(3)及式(16)相同，使用滤波后的体积效率修正系数Kvf(n)。

接下来，参照图8的流程图，对内部EGR率计算单元24所进行的运算处理进行详细说明。

图8是表示本发明的实施方式1中的内部EGR率Regr的计算步骤的流程图，示出使用了式(18)、式(21)以及式(16)的运算处理(步骤503、506、507)、及其关联处理(步骤501、502、505)。

图8的处理程序由每隔规定曲柄角度(例如，BTDC05[degCA])的中断处理来执行。

图8中，内部EGR率计算单元24首先计算出一个冲程内的进气歧管压力峰值Pbp(n)[kPa](步骤501)。

此外，为了计算出一个冲程内的进气歧管压力峰值Pbp(n)，每隔固定时间(例如1.25ms)对进气歧管压力传感器7的输出电压进行采样、同时计算出峰值保持值，并求出从前一次中断处理到本次中断处理为止期间的峰值即可。

接下来，计算出式(18)所使用的系数A、B(步骤502)，该式(18)计算进气冲程结束时的缸内压力Pin。

如上所述，式(18)使用与进气阀相关的进气VVT相位角以及进气阀的开启期间来表示、而和与排气阀相关的重叠量以及排气VVT相位角无关，因此系数A、B使用以进气VVT相位角及发动机转速为轴的映射来计算即可。因此，步骤502中，使用以进气VVT相位角以及发动机转速为轴的映射来计算出系数A、B。

接下来，使用计算完的进气歧管压力峰值Pbp、系数A、B，如式(18)那样计算进气冲程结束时的缸内压力Pin(步骤503)，再计算排气温度Tex(步骤504)。

如上所述，对于排气温度Tex，也可以基于测量值来对其进行映射设定，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℃左右)。

这里，使用发动机转速与填充效率的映射来计算排气温度Tex。此外，为了模拟过渡运转时排气温度的响应延迟，也可以对映射计算出的排气温度Tex进行滤波处理。

接下来，获取如图4所示的由体积效率修正系数计算单元22计算出的进气歧管压力Pb(n)、进气歧管温度Tb(n)、体积效率修正系数Kv(n)(步骤505)。

此外，作为体积效率修正系数Kv(n)，将经滤波后的体积效率修正系数Kvf(n)获取作为体积效率修正系数Kv(n)。

接下来，利用式(21)来计算进气效率Kin(步骤506)。

最后，利用式(16)来计算内部EGR率Regr(步骤507)，由此完成图8的处理程序。

如上所述，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为了推定向在节流阀4a下游一侧的进气管设置的发动机1(内燃机)吸入的气缸吸入空气量，包括：AFS2(吸入空气量检测单元)，该AFS2对通过设置在发动机1的进气管上的节流阀4a并被吸入到内燃机中的吸入空气量Qa进行检测；以及物理模型25，该物理模型25对通过节流阀4a后的空气进入到气缸内为止的进气系统的响应延迟建立模型。

物理模型25包括：体积效率修正系数计算单元22(体积效率相当值计算单元)，该体积效率修正系数计算单元22计算体积效率修正系数Kv(体积效率相当值)，该体积效率修正系数Kv是表示从节流阀4a下游一侧进入到内燃机的气缸内的空气量的指标；气缸吸入空气量计算单元21，该气缸吸入空气量计算单元21利用吸入空气量Qa、体积效率相当值以及物理模型25来计算实际被吸入到气缸内的气缸吸入空气量Qc；以及进气歧管密度计算单元23(进气管内密度计算单元)，该进气歧管密度计算单元23计算节流阀4a下游一侧上的进气歧管密度ρb(进气管内密度)以及进气歧管密度变化量Δρb(＝ρb(n)-ρb(n-1))(进气管内密度变化量)。

体积效率修正系数计算单元22利用吸入空气量Qa、进气歧管密度ρb以及进气歧管密度变化量Δρb来计算体积效率修正系数Kv。

由此，通过基于实时检测出的传感器信息，来实时地对物理模型25中所使用的体积效率修正系数Kv进行计算，从而无需庞大的存储容量，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而言足够的精度来对气缸吸入空气量Qc进行推定。

即，能够使用物理模型25来对气缸吸入空气量Qc进行高精度的计算。

另外，本发明实施方式1所涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置包括设置在节流阀4a下游一侧的进气管上的进气歧管压力传感器7(压力检测单元)以及进气温度传感器8(温度检测单元)，进气歧管密度计算单元23利用由压力检测单元及温度检测单元检测出的进气歧管压力Pb(进气管内压力)及进气歧管温度Tb(进气管内温度)，来计算进气歧管密度ρb及进气歧管密度变化量Δρb。

由此，能容易地计算出进气歧管密度ρb及进气歧管密度变化量Δρb。

另外，体积效率修正系数计算单元22根据下式(22)来计算体积效率修正系数Kv，该式(22)使用了内燃机在一个行程内的吸入空气量Qa[g]、进气歧管密度ρb[g/cm³](进气管内密度)、进气管内密度变化量Δρb[g/cm³]、从节流阀4a的下游一侧直到内燃机的气缸入口为止的进气管容积Vs[cm³]、以及内燃机的每个气缸的气缸冲程容积Vc[cm³]。

^[数学式22]

$\mathrm{Kv}=\frac{\mathrm{Qa}-\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}}_b\·\mathrm{Vs}}{{\mathrm{\ρ}}_b\·\mathrm{Vc}}...\left(22\right)$

由此，能以基于理论的简单运算来高精度地推定体积效率修正系数Kv。

另外，体积效率修正系数计算单元22对利用式(22)计算出的体积效率修正系数Kv进一步实施滤波处理，计算出滤波后的体积效率修正系数Kvf(n)，以作为最终的体积效率修正系数。

由此，能够抑制因传感器所具有的微小的检测误差而对体积效率修正系数Kv产生的影响，并还能够对气缸吸入空气量Qc进行高精度的推定。

另外，本发明的实施方式1中的物理模型25包括计算内部EGR率Regr的内部EGR率计算单元24，该内部EGR率Regr是表示燃烧后的废气未从气缸内排出到排气管外而残留于气缸内的量的指标。

内部EGR率计算单元24使用进气效率Kin以及体积效率修正系数Kv来计算内部EGR率Regr，该进气效率Kin是进气歧管密度ρb与内燃机的气缸内密度之比。

由此，能够实时且高精度地计算出内部EGR率Regr。

因此，不仅是气缸吸入空气量Qc，还能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来推定内部EGR率Regr。

另外，内部EGR率计算单元24根据使用了体积效率修正系数Kv、进气效率Kin、及内燃机的压缩比ε的式(16)，来计算内部EGR率Regr，因此能够利用基于理论的简单运算来对内部EGR率Regr进行高精度的推定。

另外，内部EGR率计算单元24根据式(21)来计算进气效率Kin，因此可以基于理论来对进气效率Kin进行高精度的计算，该式(21)使用了内燃机的进气冲程结束时的缸内压力Pin[kPa]、进气歧管压力Pb[kPa](进气管内压力)、排气温度Tex[°K](排气管内温度)以及进气歧管温度Tb[°K](进气管内温度)。

另外，内部EGR率计算单元24将式(21)所使用的缸内压力Pin[kPa]近似成进气歧管压力Pb[kPa]的二次函数，因此能够以较少的适应常数以及较小的运算负荷并以对恰当地控制发动机1而言足够的精度来推定进气冲程结束时的缸内压力Pin。

另外，内部EGR率计算单元24使用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)以作为用于对缸内压力Pin[kPa]进行近似的进气歧管压力Pb[kPa]，因此能够高精度地推定进气冲程结束时的缸内压力Pin。

标号说明

1发动机、2AFS(吸入空气量检测单元)、3节流开度传感器、4电子控制节流器、4a节流阀、5气室、6进气歧管、7进气歧管压力传感器、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、20ECU(电子控制单元)、21气缸吸入空气量计算单元、22体积效率修正系数计算单元、23进气歧管密度计算单元、24内部EGR率计算单元、25物理模型、26控制量运算单元、Kin进气效率、Kv体积效率修正系数(体积效率相当值)、Kvf滤波后的体积效率修正系数、Pb进气歧管压力(进气管内压力)、Pbp进气歧管压力峰值(进气管内压力的最大值)、Pin进气冲程结束时的缸内压力、Qa吸入空气量、Qc气缸吸入空气量、Regr内部EGR率、Tb进气歧管温度、Tex排气温度、Tin缸内温度、Vc气缸冲程容积、Vs进气管容积、Δρb进气歧管密度变化量、θ节流开度、ρb进气歧管密度。

Claims (9)

1.一种内燃机的气缸吸入空气量推定装置，用于推定向在节流阀下游一侧的进气管处设置的内燃机吸入的气缸吸入空气量，包括：

吸入空气量检测单元，该吸入空气量检测单元对通过所述节流阀并被吸入到所述内燃机内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到所述气缸内为止的进气系统的响应延迟建立模型，

所述物理模型包含：

体积效率相当值计算单元，该体积效率相当值计算单元计算表示从所述节流阀下游一侧进入到所述内燃机的气缸内的空气量的指标、即体积效率相当值；

气缸吸入空气量计算单元，该气缸吸入空气量计算单元利用所述吸入空气量、所述体积效率相当值以及所述物理模型来计算实际被吸入到所述气缸内的气缸吸入空气量；以及

进气管内密度计算单元，该进气管内密度计算单元计算在所述节流阀下游一侧的进气管内密度以及进气管内密度变化量，

所述体积效率相当值计算单元利用所述吸入空气量、所述进气管内密度以及所述进气管内密度变化量来计算所述体积效率相当值。

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：压力检测单元以及温度检测单元，该压力检测单元以及温度检测单元设置在所述节流阀下游一侧的进气管内，

所述进气管内密度计算单元利用由所述压力检测单元以及所述温度检测单元所检测出的进气管内压力以及进气管内温度，来计算出所述进气管内密度以及所述进气管内密度变化量。

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，

所述体积效率相当值计算单元根据下式(1)来计算所述体积效率相当值Kv，

[数学式1]

$\mathrm{Kv}=\frac{\mathrm{Qa}-\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}}_b\·\mathrm{Vs}}{{\mathrm{\ρ}}_b\·\mathrm{Vc}}...\left(1\right)$

其中，该式(1)中使用了在所述内燃机的一个冲程内的吸入空气量Qa[g]、所述进气管内密度ρb[g/cm³]、所述进气管内密度变化量Δρb[g/cm³]、从所述节流阀下游一侧到所述内燃机的气缸入口为止的进气管容积Vs[cm³]、以及所述内燃机的每个气缸的气缸冲程容积Vc[cm³]。

4.如权利要求3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对利用所述式(1)计算出的体积效率相当值进一步实施滤波处理，计算出滤波后的体积效率相当值以作为最终的体积效率相当值。

5.如权利要求1至4中的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，

包括计算内部EGR率的内部EGR率计算单元，该内部EGR率是表示燃烧后的废气未从所述气缸内排出到排气管外而残留于所述气缸内的量的指标，

所述内部EGR率计算单元使用进气效率以及所述体积效率相当值来计算所述内部EGR率，该进气效率是所述进气管内密度与所述内燃机的气缸内密度之比。

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，

所述内部EGR率计算单元根据下式(2)来计算所述内部EGR率Regr，

[数学式2]

$R_{\mathrm{egr}}=1-\frac{\mathrm{Kv}}{K_{\mathrm{in}}\·\frac{\mathrm{\ϵ}}{\mathrm{\ϵ}-1}}...\left(2\right)$

其中，该式(2)中使用了所述体积效率相当值Kv、所述进气效率Kin、以及所述内燃机的压缩比ε。

7.如权利要求6所述的内燃机的气缸吸入空气量推定装置，其特征在于，

所述内部EGR率计算单元根据下式(3)来计算所述进气效率Kin，

[数学式3]

$K_{\mathrm{in}}=\frac{\frac{P_{\mathrm{in}}}{P_b}\·T_b+\frac{\mathrm{Kv}}{\mathrm{\ϵ}/(\mathrm{\ϵ}-1)}\·(T_{\mathrm{ex}}-T_b)}{T_{\mathrm{ex}}}...\left(3\right)$

其中，该式(3)中使用了所述内燃机的进气冲程结束时的缸内压力Pin[kPa]、进气管内压力Pb[kPa]、排气管内温度Tex[°K]、以及进气管内温度Tb[°K]。

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，

所述内部EGR率计算单元将所述式(3)所使用的所述缸内压力Pin[kPa]近似成所述进气管内压力Pb[kPa]的二次函数。

9.如权利要求8所述的内燃机的气缸吸入空气量推定装置，其特征在于，

所述内部EGR率计算单元使用规定曲柄角度间的进气管内压力的最大值，以作为用于对所述缸内压力Pin[kPa]进行近似的所述进气管内压力Pb[kPa]。

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