CN103775225A - 内燃机的气缸吸入空气量推定装置 - Google Patents

Abstract

本发明获得一种内燃机的气缸吸入空气量推定装置，即使在使用S/D方式的情况下，无论是在正常运转时还是在过渡运转时，都能以较少的适应常数和较少的运算负荷，以足以对发动机进行适当控制的精度来推定气缸吸入空气量，而无需庞大的存储器容量。根据在正常运转时的气门正时下进行适应后得到的体积效率修正系数映射来利用S/D方式计算气缸吸入空气量，并预先对节流开度(θ)与有效开口面积(CAt)之间的关系进行学习，在从过渡变化时到排气歧管内的温度收敛为止的期间内，基于已学习完的关系来计算吸入空气量(Qa)。基于与AFS方式相同的、将进气系统响应延迟模型化后得到的物理模型(25)来计算气缸吸入空气量(Qc)。

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期控制是非常重要的。 

为了求得气缸吸入空气量，通常应用以下两种方式：即，利用设在进气管的节流器上游部的气流传感器(AFS：Air Flow Sensor)来进行测量的AFS方式；以及利用设在进气管的节流器下游部的进气歧管(气室及进气歧管)的压力传感器(以下称为“进气歧管压传感器”)和发动机旋转传感器、来根据进气歧管压及发动机转速进行推定运算的S/D方式(Speed Density方式：速度密度方式)。 

此外，也已知有兼用上述传感器、并根据运转状态来切换各方式的技术，还已知有在AFS方式下也测量进气歧管压的技术。 

近年来，为了进一步实现低燃费化和高输出化，通常采用使进气阀的阀门开关定时可变的VVT(可变气门正时：Variable Valve Timing)机构(以下称为“进气VVT”)。此外，不仅是进气阀，排气阀中大多也采用VVT机构(以下称为“进排气VVT”)。 

然而，在具备进排气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，在正常及过渡的整个运转区域中，气缸吸入空气量的计算精度会大幅下降，尤其是在S/D方式中。 

此外，在使气门正时变化时会产生响应延迟，因此过渡运转时会与正常运 转时所设定的气门正时不一致，导致空气量的计算精度大幅下降。 

以往，作为S/D方式下的气缸吸入空气量的推定方法，已知有以气门正时等发动机参数不会变化为前提、并根据进气歧管压、体积效率、气缸体积及温度来进行计算的方法(例如，参照专利文献1)。 

对于专利文献1的方法，若假设在S/D方式中应用可动阀门，则可以考虑将气门正时与气门正时的控制映射相一致的正常状态下的体积效率设定为映射值。然而，在该情况下，虽然正常运转时不会产生问题，但在过渡运转时，空气量的计算精度会大幅下降。 

因此，为了抑制过渡运转时空气量计算精度的下降，考虑预先根据气门正时来设定多个体积效率的映射，但在应用进排气VVT时，需要根据进气VVT和排气VVT各自的气门正时来设定体积效率的映射，因此在进行适应以及数据设定时会花费很多工时，而且ECU内的微机所需要的存储器容量也会变得庞大。 

例如，根据专利文献1的方法，对于体积效率相当值(表示从进气歧管进入气缸的空气量的指标)的映射数，当利用6个代表点来表示VVT机构的动作范围、并在各代表点之间进行插补来使用时，如果是只有进气VVT的系统结构，则需要6个体积效率相当值映射，而如果是进排气VVT系统，则需要6×6(=36)个体积效率相当值映射。 

也就是说，当在具有VVT的发动机中应用根据进气歧管压和发动机转速来推定气缸吸入空气量的S/D方式时，需要使体积效率相当值根据VVT的实际气门正时来适应，因此存储映射数会变得庞大。 

现有技术文献 

专利文献 

专利文献1：日本专利特开平08-303293号公报 

发明内容

发明所要解决的技术问题 

现有的内燃机的气缸吸入空气量推定装置存在如下问题：若在将可变阀门应用到S/D方式中时设定正常状态下的体积效率映射，则过渡运转时的 计算精度会大幅下降。 

此外，还存在如下问题：假设在为了抑制过渡运转时计算精度的下降而设定了多个体积效率映射的情况下，需要根据气门正时设定庞大的映射，因而需要庞大的存储器容量。 

因此，如本发明以及同一申请人所提出的专利申请(日本专利申请特愿平2012-61824)中所记载的那样，为了在具备进排气VVT的发动机中也用较少的映射数来对气缸吸入空气量进行高精度的计算，考虑在AFS方式下，将通过节流阀的空气直到进入气缸内为止的进气系统响应延迟模型化，并利用得到的物理模型来进行推定，而在S/D方式下，将从进气歧管进入到气缸内的空气的运动模型化，并利用得到的物理模型来进行推定。 

在该情况下，使用了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，而体积效率相当值(体积效率修正系数)可以利用两个内部变量(进气效率及排气效率)来计算得到。此外，也可以使用排气效率来推定内部EGR率(残留在气缸内的废气的比例)。 

通过利用上述物理模型来对内部变量进行近似运算，相比于专利文献1的情况，即与进气VVT系统中体积效率相当值的映射数必须为6个、而在进排气VVT系统中体积效率相当值的映射数必须为36个的情况相比，能大幅减少所需的映射数。 

然而，若使用一次近似式来计算内部变量，则虽然能大幅减少所需的映射数，但在为了进一步提高精度而例如使用二次近似式或三次近似式的情况下，所需的映射数还是会变多，因此降低映射数的效果会下降。 

此外，为了求得内部变量计算用的近似式，其结果，如果是进排气VVT系统，则还是需要与6×6(=36)个体积效率修正系数映射相应的数据测量，因此存在无法获得减少适应工时的效果的问题。另外，体积效率修正系数还存在容易因环境条件或个体差异而产生误差、且无法吸收该误差的问题。 

此外，对于S/D方式的情况，还存在无法在过渡运转时以及过渡运转后的规定时间内推定出正确的气缸吸入空气量的问题。 

通常，在对体积效率修正系数的映射进行适应时，利用在正常运转(或者以正常运转为准的程度的缓慢变速)状态下对节流器进行扫描时的进气歧管压 及进气歧管温度与气缸吸入空气量(例如根据AFS、燃料喷射量计算得出)之间的关系来计算映射值。 

此外，认为体积效率修正系数是在气缸吸入空气量、进气歧管内的压力及温度与排气阀到催化剂之间的排气管(以下称为“排气歧管”)内的压力及温度之间的关系处于相互平衡的状态下、将进气歧管压及进气歧管温度与气缸吸入空气量之间的关系作为无量纲数而导出后得到的。 

另外，根据经验已知在暂时变为其它工作点、并再次返回到相同工作点的情况下，也大致维持了上述平衡的状态。 

因此，考虑在S/D方式中，利用该性质，以进气歧管压、进气歧管温度及气缸吸入空气量与体积效率修正系数之间的关系始终保持一定为前提，根据进气歧管压及进气歧管温度、以及体积效率修正系数，来推定气缸吸入空气量。 

然而，在从低负载运转过渡变化为高负载运转、或者在其逆向变化的情况下，特别是排气歧管内的温度变化会很大(例如400°C～800°C左右)，而且在温度收敛之前需要一定程度的时间(例如几秒～30秒左右)。对于该情况，在从过渡变化时到排气歧管内的温度收敛为止的期间内，进气歧管压及进气歧管温度与气缸吸入空气量之间的关系会产生偏差。 

即，可知即使使用物理模型，对于S/D方式的情况，在排气歧管内的温度收敛之前，也无法高精度地计算气缸吸入空气量。 

可以认为其原因在于排气歧管内的温度差异导致内部EGR量产生了变化。因此，在过渡运转时及其之后的规定时间内，排气歧管内的温度不同，因此内部EGR量会产生变化，因而无法推定正确的气缸吸入空气量。 

另外，对于AFS方式的情况，在从过渡变化时到排气歧管内的温度收敛为止的期间内，也会产生S/D方式中那样的气缸吸入空气量的推定误差。 

因此，也考虑对使用上述物理模型的推定技术作进一步改进，来提高排气温度的推定精度，从而对内部EGR量进行修正，但由于会进一步增加所需的映射数，因此无法实现原先的目的、即减少映射数的效果，而且由于需要变更排气温度来进行适应，因此会产生适应工时变庞大的问题。 

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于获得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即使在使 用S/D方式的情况下，也无需庞大的存储器容量，而能以较少的适应常数和较少的运算负荷，在正常运转时以及过渡运转时都以足够对发动机进行适当控制的精度，来推定气缸吸入空气量。 

解决技术问题所采用的技术方案 

为了对在节流阀下游侧的进气管上设置的内燃机的气缸内所吸入的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包括：各种传感器，该各种传感器对与内燃机的各种致动器相关联的运转状态进行检测；以及物理模型，该物理模型将各种传感器的检测值作为输入信息，来对通过节流阀的空气直到进入气缸内为止的进气系统的响应延迟进行模型化，其中，各种致动器包括节流开度控制单元，该节流开度控制单元对节流阀的节流开度进行控制来改变有效开口面积，从而对通过节流阀的空气量进行调整，各种传感器包括：大气温度传感器，该大气温度传感器检测节流阀的大气侧的大气温度；大气压传感器，该大气压传感器检测节流阀的大气侧的大气压；以及进气歧管压传感器，该进气歧管压传感器将节流阀下游侧的进气管内的压力作为进气歧管压来进行检测，物理模型包括：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气缸吸入空气量的指标、即体积效率相当值进行计算；节流开度学习单元，该节流开度学习单元通过对节流开度与有效开口面积之间的关系进行学习，来计算用于达到目标吸入空气量的学习修正后目标节流开度；以及气缸吸入空气量计算单元，该气缸吸入空气量计算单元计算实际气缸吸入空气量，在正常运转时，由气缸吸入空气量计算单元利用进气歧管压及体积效率相当值来推定实际气缸吸入空气量，并且由节流开度学习单元基于实际气缸吸入空气量来进行开度学习，在过渡运转时，在停止由节流开度学习单元进行开度学习后，将根据节流开度以及开度学习的结果而计算出的实际有效开口面积、进气歧管压、大气压及大气温度应用到节流式流量计的流量计算式中，从而对通过节流阀的吸入空气量进行推定，并且，由气缸吸入空气量计算单元基于吸入空气量来计算实际气缸吸入空气量。 

发明效果 

根据本发明，对于利用S/D方式来计算气缸吸入空气量的情况，在正常运转时，根据在正常运转时的气门正时下进行适应后得到的体积效率修正 系数映射来计算气缸吸入空气量，并预先对节流开度与有效开口面积之间的关系进行学习，在从过渡变化时到排气歧管内的温度收敛为止的期间内，基于学习到的节流开度与有效开口面积之间的关系来计算通过节流器的吸入空气量，并利用与AFS方式相同的物理模型(将通过节流阀的空气直到进入气缸内为止的进气系统的响应延迟模型化后得到的运算系统)来计算气缸吸入空气量，由此，无需庞大的存储器容量，而能以较少的适应常数和较少的运算负荷，而在正常运转时和过渡运转时，都以足够对发动机进行适当控制的精度，对气缸吸入空气量进行推定。 

附图说明

图1是表示本发明实施方式1所涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置以及发动机的方框结构图。 

图2是表示本发明实施方式1所涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置的功能结构以及各种传感器的框图。 

图3是表示本发明实施方式1所涉及的气缸吸入空气量的计算处理的流程图。 

图4是表示图2中的节流开度学习单元的功能结构的框图。 

图5是具体表示本发明实施方式1所涉及的节流开度学习处理的说明图。 

图6是表示CAt-θ表相对于实际的CAt-θ关系可能产生的状态的说明图。 

图7是表示图4中的节流开度学习值计算部的功能结构的框图。 

图8是表示图7中的长时间学习值计算部及长时间学习值存储部所进行的处理动作的说明图。 

图9是表示图7中的长时间学习值单调增加处理部所进行的处理动作的说明图。 

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的方框结构图。此外，图2是表示本发明实施方式1所涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置的功能结构以及各种传感器和各种致动器的框图。 

图1中，内燃机的气缸吸入空气量推定装置包括与发动机1相关联的各种传感器及各种致动器、以及与各种传感器相连接的电子控制单元20。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起构成发动机控制装置，并根据来自表示发动机1的运转状态的各种传感器的检测信息，来控制各种致动器。 

发动机1的进气系统的上游侧设有用于测定大气温度Ta的大气温度传感器2，下游侧(发动机1侧)设有电子控制节流器4(以下简称为“节流器4”)。 

节流器4包括调整吸入空气量Qa的节流阀4a、以及用于对节流阀4a的开度θ(节流开度)进行电子控制的节流致动器。此外，节流器4上设有用于对节流开度θ进行测定的节流开度传感器3。 

节流器4的下游侧设置有气室5及进气歧管6来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的下游侧设置有排气歧管13来作为用于将气缸内燃烧所产生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。此外，虽然图中没有示出，但排气歧管13上设置有空燃比控制用的氧气传感器和废气净化用的催化剂。 

节流器4下游侧的进气管上设置有对包含气室5及进气歧管6内的进气歧管空间的压力(进气歧管压Pb)进行测定的进气歧管压传感器7、以及对进气歧管空间内的温度(进气歧管温度Tb)进行测定的进气温度传感器8。 

此外，虽然这里未作具体图示，但ECU20和大气压传感器14及油门开度传感器APS相连，除了上述各种传感器信息外，还向ECU20输入来自大气压传感器14的大气压PA以及来自油门开度传感器APS的油门开度Ap。 

另外，也可以设置根据发动机1的运转状态及大气压等来推定进气歧管压的单元，以取代测定进气歧管压Pb的进气歧管压传感器7。 

此外，虽然严格来说不同于进气歧管温度Tb，但也可以根据大气温度传感器2的测定值来推定进气歧管温度Tb，以取代测量进气歧管温度Tb的进气温度传感器8。反过来，也可以根据进气温度传感器8的测定值来推定大气温度Ta，以取代大气温度传感器2。 

另外，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，来取代对大气压PA进行测定的大气压传感器14。 

在进气歧管6的进气阀附近设置有用于喷射燃料的喷射器9，且在进气阀及排气阀上分别设置有用于使气门正时可变的进气VVT10及排气VVT11。 

此外，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：对实际的气缸吸入空气量Qc及学习修正后目标节流开度θLN*进行计算的进气系统的物理模型25、以及根据气缸吸入空气量Qc及学习修正后目标节流开度θLN*来对各种致动器进行驱动的控制量运算单元26。 

物理模型25包括对实际的气缸吸入空气量Qc进行计算的气缸吸入空气量计算单元21、对体积效率修正系数Kv进行计算的体积效率修正系数计算单元22、生成吸入空气量Qa及学习修正后目标节流开度θLN*的节流开度学习单元23、以及对进气歧管密度ρb进行计算的进气歧管密度计算单元24。 

ECU20上输入有来自上述各种传感器2、3、7、8、14、APS的测量信息(大气温度Ta、节流开度θ、进气歧管压Pb、进气歧管温度Tb、大气压PA及油门开度Ap)。 

另外，虽然没有图示，但将来自其它传感器的各种测定值以及来自曲柄角度传感器的发动机旋转信息输入ECU20。 

此外，在ECU20内的物理模型25中，节流开度学习单元23至少利用气缸吸入空气量Qc、大气温度Ta、进气歧管压Pb、大气压PA及油门开度Ap来计算出用于最终对节流器4进行驱动的学习修正后目标节流开度θLN*，详细内容将在后文中阐述。 

此外，节流开度学习单元23对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的运算中所用的吸入空气量Qa进行计算。 

另外，图2中虽然示出了由节流开度学习单元23来计算吸入空气量Qa时的结构例，但吸入空气量Qa也可以由ECU20内的任意单元计算得到。 

进气歧管密度计算单元24利用由进气歧管压传感器7测量到的进气歧管压Pb和由进气温度传感器8测量到的进气歧管温度Tb，来计算进气歧管密度ρb(进气歧管内的新鲜空气密度)。 

另外，体积效率修正系数计算单元22利用由节流开度学习单元23计算出的吸入空气量Qa和由进气歧管密度计算单元24计算出的进气歧管密度ρb，来计算体积效率修正系数Kv。 

气缸吸入空气量计算单元21利用由节流开度学习单元23计算出的吸入空气量Qa和由体积效率修正系数计算单元22计算出的体积效率修正系数Kv，来计算发动机1的实际气缸吸入空气量Qc。 

另外，气缸吸入空气量计算单元21在正常运转时，利用通常的S/D方式来计算气缸吸入空气量Qc，而在过渡运转时，则利用由节流开度学习单元23计算出的吸入空气量Qa(对正常运转时通过节流器4的空气量的学习结果)、和体积效率修正系数Kv，来计算气缸吸入空气量Qc。 

ECU20内的控制量运算单元26根据由气缸吸入空气量计算单元21计算出的气缸吸入空气量Qc和由节流开度学习单元23进行积分处理后得到的学习修正后目标节流开度θLN*，驱动喷射器9、点火线圈12及节流器4，来进行燃料控制、点火时期控制及吸入空气量控制。 

另外，关于吸入空气量控制，节流开度学习单元23根据包含油门开度Ap在内的各种传感器信息来计算发动机1的目标转矩，从而计算用于达到目标转矩的目标气缸吸入空气量，并基于目标气缸吸入空气量来计算通过节流器4的目标吸入空气量Qa*，详细内容将在后文中阐述。 

此外，节流开度学习单元23计算目标节流开度θ*及学习修正后目标节流开度θLN*，以作为用于达到目标吸入空气量Qa*的控制目标值，而且还计算目标进气VVT相位角及目标排气VVT相位角。 

由此，控制量运算单元26对节流器4的节流开度θ、进气VVT10及排气VVT11的相位角进行控制，以达到各控制目标值。 

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

另外，关于节流开度学习单元23所进行的开度学习(基于有效开口面积CAt与节流开度θ之间的关系)，由于已记载在公知文献(例如，日本专利特开2008-57339号公报)中，因此这里省略详细说明。 

接着，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所进行的气缸吸入空气量Qc的运算处理进行详细说明。 

首先，对从节流器4的下游侧到发动机1的各气缸入口为止的进气管容积Vs[cm³]、和每个气缸的气缸冲程容积Vc[cm³]进行定义。 

此外，对于发动机1的冲程数n，分别对通过节流器4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)进行定义。 

另外，分别对发动机1的每个冲程(循环)的实际吸入空气量Qa(n)T(n)[g/stroke]以及实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)[g/stroke]进行定义。 

此外，实际吸入空气量Qa(n)T(n)及实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)与吸入空气量Qa及气缸吸入空气量Qc相对应，以下也分别简称为吸入空气量Qa(n)T(n)、和气缸吸入空气量Qc(n)T(n)。 

这里，若在进气管容积Vs所表示的区域中仅关注新鲜空气(经由节流器4进入进气歧管的空气)，来表示实际吸入空气量Qa(n)T(n)和实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)的差分、与进气歧管密度ρb(n)(平均值)的变化量之间的关系，则应用一个冲程间的质量守恒定律，从而以下式(1)成立。 

[数学式1] 

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

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) 

另外，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)，并根据由此获得的公式，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。 

接着，将式(2)代入式(1)来消去进气歧管密度ρb(n)，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] 

$\mathrm{Qc}\left(n\right)T\left(n\right)=\mathrm{Kv}\left(n\right)\·{\mathrm{\ρ}}_b\left(n\right)\·\mathrm{Vc}...\left(2\right)$

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

式(3)相当于进气系统的物理模型25，通过利用式(3)，能够根据通过节流器4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)进行高精度的计算。此外，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，每个规定曲柄角度的)中断处理中，式(4)表示数字低通滤波。由此可知发动机1的进气系统是一阶延迟元件。 

此外，由于式(3)是根据通过节流器4的吸入空气量Qa来计算气缸吸入空气量Qc的公式，因此，如果是AFS方式，则能通过使用式(3)来计算气缸吸入空气量Qc。 

另外，如果是S/D方式，则无需使用式(3)，就可以直接使用式(2)来计算气缸吸入空气量Qc。 

然而，对于在S/D方式中使用式(2)的情况，通过节流器4的吸入空气量Qa 是不明确的。 

但节流开度学习单元23需要基于通过节流器4的吸入空气量Qa来学习有效开口面积CAt与节流开度θ之间的关系，因此在S/D方式下，也希望计算通过节流器4的吸入空气量Qa。 

因此，节流开度学习单元23通过在式(3)中对吸入空气量Qa(n)T(n)进行求解，来利用气缸吸入空气量Qc(n)T(n)、体积效率修正系数Kv(n)及滤波常数K，如下式(5)所示，计算通过节流器4的吸入空气量Qa(n)T(n)。 

[数学式5] 

$\mathrm{Qa}\left(n\right)T\left(n\right)=\frac{\mathrm{Qc}\left(n\right)T\left(n\right)-\frac{\mathrm{Kv}\left(n\right)}{\mathrm{Kv}(n-1)}\·K\·\mathrm{Qc}(n-1)T(n-1)}{1-K}...\left(5\right)$

通过利用式(5)，在S/D方式中也能计算通过节流器4的吸入空气量Qa。 

接着，对体积效率修正系数计算单元22所进行的运算处理进行详细说明。 

首先，由式(1)及式(2)求得的式(3)是用于根据通过节流器4的吸入空气量Qa(n)T(n)来计算气缸吸入空气量Qc(n)T(n)的公式。 

这里，若将式(2)代入式(1)来消去气缸吸入空气量Qc(n)T(n)，则体积效率修正系数Kv(n)可由以下使用吸入空气量Qa(n)T(n)、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的式(6)表示。 

[数学式6] 

$\mathrm{Kv}\left(n\right)=\frac{\mathrm{Qa}\left(n\right)T\left(n\right)-\{{\mathrm{\ρ}}_b\left(n\right)-{\mathrm{\ρ}}_b(n-1)\}\·\mathrm{Vs}}{{\mathrm{\ρ}}_b\left(n\right)\·\mathrm{Vs}}...\left(6\right)$

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传感器7测量到的进气歧管压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)]，并通过下式(7)构成的状态方程式来计算得出。 

[数学式7] 

${\mathrm{\ρ}}_b\left(n\right)=\frac{p_b\left(n\right)}{{\mathrm{RT}}_b\left(n\right)}...\left(7\right)$

由此，能够通过利用式(7)，来基于通过节流器4的吸入空气量Qa、进气歧管压7及进气温度传感器8的各个输出值，对体积效率修正系数Kv(n)进行实时计算。 

然而，很多情况下会在上述传感器输出值中混入微小的测量噪音，即使利用式(6)中计算出的体积效率修正系数Kv(n)来根据式(3)计算气缸吸入空气量Qc(n)T(n)，也可能会产生误差。 

为了避免上述噪音所引起的误差，可以对利用式(6)计算出的体积效率修正系数Kv(n)进行滤波处理，来使噪音分量衰减，并利用噪音分量衰减后(滤波后)的体积效率修正系数Kvf(n)来进行式(3)的运算，上述做法是有效的。 

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(8)所示计算得出。 

[数学式8] 

Kvf(n)=K₁·Kvf(n-1)+(1-K₁)·Kv(n)...(8) 

另外，式(8)中，为了使噪音分量衰减，应用了一阶低通滤波处理，但并不限于此，也可以使用对过去几个冲程内的值实施单纯的移动平均处理后得到的值，或者也可以使用实施加权移动平均处理(对过去几个冲程内的各个数据赋予不同的权重来计算平均值的处理)等后得到的值。 

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

接着，参照图3的流程图，对S/D方式中、利用ECU20内的物理模型25(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、节流开度学习单元23、进气歧管密度计算单元24)所执行的气缸吸入空气量Qc的运算处理(基于式(2)、式(3)、式(5)～式(8))进行详细说明。 

图3的处理程序由发动机1的每个规定曲柄角度(例如，BTDC05[degCA])的中断处理(B05处理)来执行。 

另外，对于节流开度学习单元23所进行的学习处理的细节，将与图4～图9一起在后文阐述。 

图3中，首先由进气歧管密度计算单元24从进气歧管压传感器7中获取进气歧管压Pb(n)(步骤101)。 

另外，由于进气歧管压Pb(n)大多会随着阀门开关而同步地振动，因此，可以例如每隔1.25ms对进气歧管压传感器7的输出电压进行采样并累计，并将上一次中断处理到本次中断处理为止的期间的累计值除以累计次数，由此来计 算一个冲程内的进气歧管压平均值，并能将其作为进气歧管压Pb(n)。 

此外，在获取进气歧管压Pb(n)时，进气歧管密度计算单元24还计算一个冲程内的进气歧管压峰值。 

接着，进气歧管密度计算单元24从进气温度传感器8中获取进气歧管温度Tb(n)(步骤102)。 

进气歧管温度Tb(n)也和进气歧管压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要差，因此使用瞬时值也无妨。 

接着，进气歧管密度计算单元24利用上述式(7)来计算进气歧管密度ρb(n)(步骤103)。 

步骤103的计算值被作为上次值进行存储(步骤111)，并在后述的步骤112的运算处理中用作一个冲程前的进气歧管密度ρb(n-1)。 

接着，ECU20参照各种传感器信息来判定发动机1是否正在正常运转(步骤104)，若判定为不在正常运转而是正在过渡运转(即、否)，则转移至基于节流开度学习的吸入空气量Qa(n)T(n)的计算处理(步骤109)。 

另外，作为判定正常运转的具体例子，举出当前的实际VVT相位角与目标VVT相位角之差在规定角度(例如1[degCA]以内)、且每个规定时间(例如100[ms])的节流开度、进气歧管压及发动机转速的偏差在规定比例(例如5～10[%])以内这一条件，当该条件成立时，可以判定为正常运转。 

此外，对于后述的节流开度学习(步骤108)未结束的情况，也可以将目标VVT相位角固定在基准位置，始终视为正常运转，由此能促进节流开度学习。 

此外，当进气歧管压峰值大于大气压PA时，认为进气歧管内的压力振动会导致产生在节流阀4a中逆流的空气，在这种情况下，即使基于节流器4的有效开口面积CAt来计算通过节流器4的吸入空气量Qa(n)T(n)，推定误差也会变得较大，因此，通过视为正常运转来抑制精度的恶化，能够以和现有的S/D方式相同的精度来推定气缸吸入空气量Qc。 

另一方面，若在上述步骤104中判定发动机1正在正常运转(即，是)，则体积效率修正系数计算单元22参照进气歧管密度ρb(n)与体积效率修正系数Kv(n)之间的表格映射来计算体积效率修正系数Kv(n)(步骤105)。 

由于步骤105中计算出的体积效率修正系数Kv(n)是正常运转状态的值，因此可以使用预先进行了适应的通常的映射值。 

另外，对于体积效率修正系数Kv(n)的映射值，只要准备VVT相位角为基准位置、和目标VVT相位角映射时这两种情况下的映射值即可，因此并不需要特别大的适应工时。 

接着，气缸吸入空气量计算单元21通过直接使用上述式(2)来计算S/D方式下的气缸吸入空气量Qc(n)T(n)(步骤106)。 

此外，节流开度学习单元23通过使用上述式(5)来计算通过节流器4的吸入空气量Qa(n)T(n)(步骤107)。 

进而，节流开度学习单元23基于计算出的吸入空气量Qa(n)T(n)来执行节流开度学习处理(步骤108)。 

另外，在节流开度学习中对节流开度θ与节流器4的有效开口面积CAt之间的关系进行学习，其细节将在后文阐述。 

如上所述，当在步骤104中判定为正在正常运转(即，是)时，通过步骤105～108来进行吸入空气量Qa(n)T(n)的计算以及节流开度学习。 

此外，当在步骤104中判定为正在过渡运转(即，否)时，基于在正常运转中学习到的节流开度θ与节流器4的有效开口面积CAt之间的关系，并利用后述的式(11)来计算吸入空气量Qa(n)T(n)(步骤109)，然后转移至步骤110。 

另外，式(11)中所使用的有效开口面积CAt可以根据节流开度θ与学习修正后的CAt-θ表来计算得出。 

此外，通过不在过渡运转中更新节流开度学习，从而能防止在过渡运转时发生误学习。 

接着，ECU20根据发动机1的运转状态来选择各运算中所用的吸入空气量Qa(n)T(n)的计算值(步骤110)。 

即，如果是正在正常运转，则选择基于步骤107中计算出的式(5)的吸入空气量Qa(n)T(n)，而如果是正在过渡运转，则选择基于步骤109中计算出的式(11)的吸入空气量Qa(n)T(n)。 

步骤112～119的运算处理与现有使用气流传感器的AFS方式相同。 

首先，在步骤112中，体积效率修正系数计算单元22利用步骤103中计算出 的进气歧管密度ρb(n)、步骤110中计算出的一个冲程内的实际吸入空气量Qa(n)T(n)[g]、和步骤111中存储的进气歧管密度上次值ρb(n-1)，并根据上述式(6)，来计算实时的体积效率修正系数Kv(n)(步骤112)。 

接着，体积效率修正系数计算单元22进行滤波处理，以使叠加于体积效率修正系数Kv(n)的噪音分量衰减(步骤113)。 

在步骤113中，为了进行上述式(8)中所示的运算处理，需要使用滤波后的体积效率修正系数Kvf(n)的上次值Kvf(n-1)。 

因此，体积效率修正系数计算单元22对步骤113的处理结果、即滤波后的体积效率修正系数Kvf(n)进行储存(步骤114)，并将上一冲程的步骤114中所储存的滤波后的体积效率修正系数作为上次值Kvf(n-1)进行存储(步骤115)。 

由此，能够在当前冲程的步骤113中使用滤波后的体积效率修正系数上次值Kvf(n-1)。 

通过以上步骤112～115，能够利用单纯的运算来高精度地计算体积效率修正系数Kv(n)和滤波后的体积效率修正系数Kvf(n)。 

在之后的运算中，使用滤波后的体积效率修正系数Kvf(n)来作为体积效率修正系数Kv(n)。 

接着，表示进气系统响应延迟的物理模型25内的气缸吸入空气量计算单元21基于式(3)内的系数计算式来计算滤波常数K(步骤116)，并利用式(3)内的滤波运算式来计算实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)(步骤117)。 

使用步骤115中存储的一个冲程前的体积效率修正系数Kvf(n-1)来作为步骤117中进行运算的式(3)内的一个冲程前的体积效率修正系数Kv(n-1)。 

最后，气缸吸入空气量计算单元21对步骤117中计算出的实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)进行储存(步骤118)，结束图3的处理程序。 

另外，将步骤118中储存的气缸吸入空气量Qc(n)T(n)作为一个冲程前的气缸吸入空气量Qc(n-1)T(n-1)进行存储(步骤119)，并在下一冲程的步骤117中使用。 

利用上述处理程序(S101～S119)，即使在S/D方式中，也能以和AFS方式相同的运算来高精度地计算实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)，且无需庞大的存储器容量。 

另外，上述说明中，为了抑制气缸吸入空气量Qc(n)T(n)的急剧变化，根据正常运转和过渡运转来切换吸入空气量Qa(n)T(n)的值(步骤110)，在正常运转中，根据利用S/D方式计算出的气缸吸入空气量Qc(n)T(n)来计算吸入空气量Qa(n)T(n)(步骤107)，并进一步利用滤波运算(步骤117)来重新计算气缸吸入空气量Qc(n)T(n)，然而在正常运转中，也可以直接使用通过S/D方式计算出的Qc(n)T(n)。 

接着，对节流开度学习单元23的处理进行更详细的说明。 

另外，节流开度学习单元23的处理基本上与上述公知文献(日本专利特开2008-57339号公报)中所示的处理相同。 

首先，对节流开度学习单元23中所使用的基础的流体力学理论公式进行说明。 

通常，节流式流量计中所使用的体积流量计算式可以利用吸入空气量Qa[L/s]、大气中的音速αa[m/s]、流量系数C、节流器4的开口面积At[cm2]、进气歧管压Pb[kPa]、大气压PA[kPa]及比热比κ来表示为下式(9)。 

[数学式9] 

$\mathrm{Qa}={\mathrm{\α}}_a\·{\mathrm{CA}}_t\·\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\κ}-1}\[{\left(\frac{P_b}{P_A}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\κ}}}-{\left(\frac{P_b}{P_A}\right)}^{\frac{\mathrm{\κ}+1}{\mathrm{\κ}}}]}...\left(9\right)$

式(9)中，流量系数C与节流器开口面积At的积为有效开口面积CAt。 

这里，按下式(10)定义无量纲流量σ。 

[数学式10] 

$\mathrm{\σ}=\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\κ}-1}\[{\left(\frac{P_b}{P_A}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\κ}}}-{\left(\frac{P_b}{P_A}\right)}^{\frac{\mathrm{\κ}+1}{\mathrm{\κ}}}]}...\left(10\right)$

若代入式(10)，则能将式(9)简化为下式(11)。 

[数学式11] 

Qa=α_a·CA_t·σ...(11) 

另外，利用气体常数R[kJ/(kg·K)]及大气温度Ta[K]将大气中的音速αa[m/s]表示为下式(12)。 

[数学式12] 

${\mathrm{\α}}_a=\sqrt{{\mathrm{\κRT}}_a}...\left(12\right)$

式(11)中，如果提供吸入空气量Qa、大气音速αa及无量纲流量σ的值，则能利用将式(11)变形后得到的下式(13)来计算有效开口面积CAt(流量系数C×节流器开口面积At) 

[数学式13] 

${\mathrm{CA}}_t=\frac{\mathrm{Qa}}{{\mathrm{\α}}_a\·\mathrm{\σ}}...\left(13\right)$

接着，参照图4，进一步对使用上述理论公式的节流开度学习单元23的节流器控制处理以及节流开度学习处理进行具体说明。 

图4是表示节流开度学习单元23的功能结构的框图。 

图4中，节流开度学习单元23包括根据气缸吸入空气量Qc来计算吸入空气量Qa的逆向模型200、目标吸入空气量计算部201、目标有效开口面积计算部202、音速计算部203、无量纲流量计算部204、目标节流开度计算部205、实际有效开口面积计算部206、学习用节流开度计算部207、节流开度学习基本值计算部208、节流开度学习值计算部209、以及加法器210。 

目标吸入空气量计算部201基于包含油门开度Ap在内的各种输入数据，来计算目标转矩等发动机输出指标，并计算达到发动机输出指标所必需的目标气缸吸入空气量Qc*，基于目标气缸吸入空气量Qc*，来计算要通过节流器4的目标吸入空气量Qa*。 

目标有效开口面积计算部202基于目标吸入空气量Qa*、音速αa及无量纲流量σ，并利用式(13)来计算用于达到目标吸入空气量Qa*的节流器4的控制目标值、即目标有效开口面积CAt*。 

由此，基于节流式流量计的体积流量计算式(式(9)、式(11))来计算目标有效开口面积CAt*，从而使得即使在产生环境条件变化、或EGR导入等发动机1的运转状态变化的情况下，也能良好地计算出用于达到目标吸入空气量Qa*的目标有效开口面积CAt*。 

另外，在ECU20内利用式(12)来计算目标有效开口面积计算部202的运算所必需的音速αa，这会导致ECU20内的运算负荷变得较为庞大，因此并不实用。 

因此，音速计算部203为抑制ECU20的运算负荷而预先计算大气中的音速αa的理论值，并将音速αa作为以大气温度Ta为轴的表来进行存储，并在执行目 标有效开口面积计算部202的运算之前，根据大气温度Ta来对音速αa进行映射运算。 

同样，在ECU20内利用式(10)来计算目标有效开口面积计算部202的运算所必需的无量纲流量σ，这会导致ECU20内的运算负荷变得较为庞大，因此并不实用。 

因此，无量纲流量计算部204预先计算无量纲流量σ的理论值，并将无量纲流量σ作为以进气歧管压Pb与大气压PA的压力比Pb/PA为轴的表来进行存储，在执行目标有效开口面积计算部202的运算之前，计算压力比Pb/PA，并根据压力比Pb/PA来对无量纲流量σ进行映射运算。 

此外，已知通常当压力比Pb/PA在第一规定值(对于空气的情况，则约为0.528)以下时，通过节流器4的吸入空气量Qa会饱和(阻塞)，还已知当产生阻塞时，利用式(10)计算出的无量纲流量σ变为一定值。 

因此，当压力比Pb/PA在第一规定值以下时，无量纲流量计算部204将表格映射上的无量纲流量σ的值固定为与第一规定值相对应的一定值(对于空气的情况，约为0.5787)，从而使得也能够应对产生阻塞的情况。 

此外，若压力比Pb/PA大到某一程度，则吸入空气脉动所引起的进气歧管压Pb的振动可能会对无量纲流量σ造成较大影响。 

因此，当压力比Pb/PA在第二规定值(例如，约为0.95)以上时，无量纲流量计算部204将表格映射上的无量纲流量σ的值作为与第二规定值相对应的一定值(例如，约为0.26)来进行处理，由此来抑制吸入空气脉动的影响，从而确保节流器4的控制性。 

另外，当进气歧管压峰值大于大气压PA时，考虑进气歧管内的压力振动会导致产生在节流阀4a中逆流的空气，因此，也可以将无量纲流量计算部204的表格映射上的无量纲流量σ的值作为与第二规定值相对应的一定值(例如，约为0.26)来处理。 

接着，目标节流开度计算部205利用由目标有效开口面积计算部202计算出的目标有效开口面积CAt*，来计算目标节流开度θ*。 

此时，目标节流开度计算部205使用通过上述(步骤107)式(5)所计算出的实际吸入空气量Qa，来预先测定利用式(13)所计算出的有效开口面积CAt与节流 开度θ之间的关系，并作为有效开口面积CAt与节流开度θ一一对应的表格来进行存储，通过使用该表格映射来计算目标节流开度θ*。 

对于直接利用由目标节流开度计算部205计算出的目标节流开度θ*来控制节流器4的情况，节流器本体及各种传感器的偏差、或各种推定误差等会导致目标吸入空气量Qa*与实际吸入空气量Qa之间产生误差。 

为此，节流开度学习值计算部209以如下方式计算用于对目标节流开度θ*进行修正的节流开度学习值θLN，以减少吸入空气量误差。 

首先，实际有效开口面积计算部206利用由逆向模型200(步骤107)所计算出的实际吸入空气量Qa、音速αa及无量纲流量σ，来计算用于进行学习的实际有效开口面积CAti。 

此外，学习用节流开度计算部207利用与目标节流开度计算部205相同的表格，根据实际有效开口面积CAti来计算学习用节流开度θi。 

接着，节流开度学习基本值计算部208计算目标节流开度θ*与学习用节流开度θi的开度偏差(=θ*-θi)作为节流开度学习基本值Δθ。 

接着，节流开度学习值计算部209对节流开度学习基本值Δθ进行积分等来计算节流开度学习值θLN。 

另外，在节流开度学习值计算部209内进行节流开度学习值θLN的计算中所使用的实时学习值θR及长时间学习值θL(与图7一起在后文阐述)的计算处理、以及长时间学习值θL的储存处理。 

最后，加法器210对由目标节流开度计算部205计算出的目标节流开度θ*、和由节流开度学习值计算部209计算出的节流开度学习值θLN进行求和，从而计算出用于驱动节流器4的学习修正后目标节流开度θLN*，并将其输入至控制量运算单元26。 

由此，节流开度学习单元23基于节流开度学习基本值Δθ(目标节流开度θ*与学习用节流开度θi的偏差)来计算节流开度学习值θLN，从而能够生成利用节流开度学习值θLN对目标节流开度θ*进行修正后得到的学习修正后目标节流开度θLN*，因而能对节流开度θ进行高精度的控制。 

以下，参照图5，进一步对图4内的节流开度学习单元23的功能进行具体说明。 

图5是具体表示本发明实施方式1所涉及的节流开度学习处理的说明图，横轴表示有效开口面积CAt，纵轴表示节流开度θ。 

首先，若设想有效开口面积CAt与节流开度θ一一对应，则当目标吸入空气量Qa*与实际吸入空气量Qa之间存在误差时，在根据目标吸入空气量Qa*计算出的目标有效开口面积CAt*、与根据实际吸入空气量Qa计算出的实际有效开口面积CAti之间，也会存在误差。 

图5中示出了目标节流开度计算部205及学习用节流开度计算部207进行控制所使用的CAt-θ表格(单点划线)、与当前控制对象即发动机1的实际的有效开口面积CAt和节流开度θ的关系(实线)之间产生了误差的情况。 

以下，将实际的有效开口面积CAt与节流开度θ的关系简称为“实际的CAt-θ关系”。 

实际的CAt-θ关系是将节流器4的节流器本体的偏差、和对进气歧管压Pb、大气压PA、进气歧管温度Tb等进行测定的各种传感器的偏差包含在内进行推定运算得到的。 

图5中用CAt-θ表上的点a来表示目标有效开口面积CAt*与目标节流开度θ*之间的关系。 

然而，由于CAt-θ表(单点划线)与实际的CAt-θ关系(实线)之间存在误差，因此与目标节流开度θ*相对应的有效开口面积变为与实际的CAt-θ关系(实线)上的点b相对应的实际有效开口面积CAti(＜CAt*)。 

因此，实际有效开口面积CAti与目标有效开口面积CAt*不同，故在将节流开度控制为目标节流开度θ*时所得到的实际吸入空气量Qa变为与实际有效开口面积CAti(＜CAt*)相对应的值，而与目标吸入空气量Qa*不一致。 

因此，为了计算对上述误差进行修正的学习值，节流开度学习单元23内的实际有效开口面积计算部206基于在控制成目标节流开度θ*时所测定到的实际吸入空气量Qa，来计算实际有效开口面积CAti。 

实际有效开口面积CAti与目标节流开度θ*之间的关系由图5内的实际的CAt-θ关系(实线)的曲线上的点b表示。 

由图5明确可知，为了达到目标有效开口面积CAt*(对应于目标吸入空气量Qa*)，需要将节流开度θ控制为实际的CAt-θ关系(实线)的曲线上的点d，因此需 要计算点a与点d之间的差分来作为学习值。 

此时，学习用节流开度计算部207假设CAt-θ表(单点划线)与实际的CAt-θ关系(实线)在修正对象区间内局部为大致平行关系(参照图5内的箭头)，基于根据控制成目标节流开度θ*时的实际吸入空气量Qa计算出的实际有效开口面积CAti，并利用CAt-θ表(单点划线)来计算学习用节流开度θi。 

由学习用节流开度计算部207计算出的学习用节流开度θi与实际有效开口面积CAti之间的关系如图5中CAt-θ表(单点划线)上的点c所示。 

因此，可以将由点b与点c的差分构成的节流开度学习基本值Δθ(=θ*-θi)视为与点a和点d之间的学习基本值大致相等。 

节流开度学习基本值计算部208如图5那样计算节流开度学习基本值Δθ，节流开度学习值计算部209将对节流开度学习基本值Δθ乘以增益并进行积分后所得到的值作为节流开度学习值θLN。 

以下，加法器210利用将目标节流开度θ*与节流开度学习值θLN求和后得到的学习修正后目标节流开度θLN*来控制节流开度θ。 

由此减少了目标吸入空气量Qa*与实际吸入空气量Qa的误差。 

由此，在计算用于达到目标吸入空气量Qa*的目标节流开度θ*时，能够针对节流器本体及各种传感器等的偏差、各种推定运算所引起的误差，对有效开口面积CAt与节流开度θ之间的关系进行学习修正，从而能良好地达到目标吸入空气量Qa*。 

此时，若CAt-θ表(单点划线)与实际的CAt-θ关系(实线)的误差如图5所示那样，在整个区域内大致呈一定(实质上为平行)的关系，则即使单独对节流开度学习值θLN进行反馈控制来使用时，也能在整个运转区域内进行良好的控制。 

然而，考虑相对于实际的CAt-θ关系，CAt-θ表可能获得的状态是各种各样的，并不限于图5的关系。 

图6是表示相对于实际的CAt-θ关系(实线)，CAt-θ表X、Y(虚线、单点划线)可能获得的状态的说明图。 

图6中，CAt-θ表X(虚线)与实际的CAt-θ关系(实线)相交。 

此外，CAt-θ表Y(单点划线)相对于实际的CAt-θ关系(实线)的误差并非一定(平行)。 

对于图6这种的情况，若单独使用节流开度学习值θLN，则在过渡运转时可能会产生跟随延迟、超调等问题。 

因此，为了应对上述问题，节流开度学习单元23如图7所示，将节流开度学习基本值Δθ分配给用作反馈控制的实时学习值θR、和对每个与CAt-θ表的CAt轴(图5、图6内的横轴)相对应的学习区域存储的长时间学习值θL，并计算两者之和来作为节流开度学习值θLN。 

由此，能够使CAt-θ表上的值与长时间学习值θL之和接近实际的CAt-θ关系(实线)。 

此外，通过兼用实时学习值θR，能够利用反馈控制来吸收瞬时的误差。 

以下，参照图7，对节流开度学习值θLN的计算处理及长时间学习值θL的储存处理进行详细说明。 

图7是表示节流开度学习单元23内的节流开度学习值计算部209的功能结构的框图。 

图7中，节流开度学习值计算部209包括节流开度学习基本值分配处理部211、切换单元211a、211b、实时学习值计算部212、长时间学习值计算部213、长时间学习值单调增加处理部214、长时间学习值存储部215、以及加法器216。 

节流开度学习基本值分配处理部211以规定比例对节流开度学习基本值Δθ进行分配处理，并生成实时学习值θR(n)和长时间学习值θL(n)。 

另外，节流开度学习基本值分配处理部211具有上次值存储单元，并生成上一次的长时间学习值θL(n-1)和上一次的实时学习值θR(n-1)。 

实时侧的切换单元211a在实时学习值θR的复位条件和更新禁止条件(后文阐述)均不成立的通常情况下，选择当前的实时学习值θR(n)(分配节流开度学习基本值Δθ后得到的值)，并将其输入至实时学习值计算部212。 

此外，切换单元211a在实时学习值θR的复位条件成立时，选择“0”，并将“0”输入至实时学习值计算部212。 

另外，切换单元211a在实时学习值θR的更新禁止条件成立时，选择上一次的实时学习值θR(n-1)，并将其输入至实时学习值计算部212。 

实时学习值计算部212在实时学习值θR的复位条件和更新禁止条件不成立时，基于从节流开度学习基本值Δθ分配出的实时学习值θR(n)，来计算最终 的实时学习值θR。 

另一方面，长时间侧的切换单元211b在长时间学习值θL的更新禁止条件不成立的通常情况下，选择当前的长时间学习值θL(n)(从节流开度学习基本值Δθ分配出的值)，并将其输入至每个学习区域的长时间学习值计算部213。 

此外，切换单元211b在长时间学习值θL的更新禁止条件成立时，选择上一次的长时间学习值θL(n-1)，并将其输入至每个学习区域的长时间学习值计算部213。 

每个学习区域的长时间学习值计算部213在长时间学习值θL的更新禁止条件不成立时，基于从节流开度学习基本值Δθ分配出的长时间学习值θL(n)，来对于每个与CAt-θ表(映射)的CAt轴相对应的学习区域，计算基本的长时间学习值。 

另外，作为切换单元211a、211b中的更新禁止条件的具体例子，可以举出表示进气歧管压Pb与大气压PA的压力比Pb/PA在第二规定值(例如，约为0.95)以上的情况，或者进气歧管压峰值大于大气压PA的情况。 

这是因为，在该情况下，上述式(10)的运算会产生误差，因此需要禁止实时学习值θR及长时间学习值θL的更新。 

此外，作为切换单元211a中的复位条件的具体例子，可以举出表示目标吸入空气量Qa*的时间变化率dQa*/dt达到第三规定值以上之后所经过的时间在规定时间以内的情况。 

该条件相当于检测到过渡运转的情况，能够通过对实时学习值θR进行复位来抑制误学习。 

另外，也可以将上述复位条件用作切换单元211b中的长时间学习值θL的更新禁止条件，同样能抑制误学习。 

长时间学习值单调增加处理部214对长时间学习值θL进行限制，使得CAt-θ表、与最终的长时间学习值θL的加法修正后的实际的CAt-θ关系均为单调增加状态。 

这既是用于抑制误学习的处理，也是用于使节流开度θ与吸入空气量Qa之间的关系保持为单调增加的处理。 

长时间学习值存储部215对于每个学习区域存储经由长时间学习值单调增 加处理部214而得到的最终的长时间学习值θL。 

加法器216对实时学习值θR与长时间学习值θL进行求和，计算节流开度学习值θLN，并将其输入至图4内的加法器210。 

另外，在长时间学习值存储部215中，将长时间学习值θL储存到备用存储器中。 

即，实时学习值θR会在发动机1停止过程中或ECU20的电源切断时被复位，但长时间学习值θL则会被备用存储器保存。 

接着，参照图8及图9，并结合图5及图7，对图7中的长时间学习值计算部213～长时间学习值存储部215中对每个长时间学习值θL的学习区域所进行的计算处理及储存处理进行具体说明。 

图8是表示长时间学习值计算部及长时间学习值存储部215所进行的处理动作的说明图，图9是表示长时间学习值单调增加处理部214所进行的处理动作的说明图。 

如上所述，图5中，节流开度学习基本值Δθ是点b与点c之间的差分，但也可以用作点a与点d之间的学习值。 

这里，考虑将节流开度学习基本值Δθ分配给每个与CAt-θ表的CAt轴例如一一对应的学习区域来进行存储的情况。 

此时，如图8所示，可以将其作为长时间学习值θL存储于与目标有效开口面积CAt*前后的CAt轴相对应的学习区域Z1、和与实际有效开口面积CAti前后的CAt轴相对应的学习区域Z2中的至少一个区域中。 

另外，对于存储在与CAt轴相对应的学习区域Z1、Z2中的长时间学习值θL，可以通过对上一次的长时间学习值θL(n-1)和基于节流开度学习基本值Δθ的规定值进行求和来计算得出。 

或者，计算从上述规定值到目标有效开口面积CAt*前后的CAt轴的距离、与从上述规定值到实际有效开口面积CAti前后的CAt轴的距离之比所对应的值，并将该计算值与上一次的长时间学习值θL(n-1)进行求和，从而能计算出存储在学习区域Z1、Z2中的长时间学习值θL。 

此外，通过将长时间学习值θL存储在目标有效开口面积CAt*与实际有效开口面积CAti这两者中，能够缩短长时间学习值θL的收敛时间。 

在以上述方式计算长时间学习值θL时，由于可进行学习的条件仅为更新禁止条件不成立的情况(后文阐述)，因此，仅在正常运转的常用区域进行实际的学习。 

此外，由于节流开度θ与吸入空气量Qa通常为单调增加的关系，因此有效开口面积CAt与节流开度θ的关系也需要是单调增加的。 

然而，对于局部进行学习的情况，如图9中的虚线及虚线框所示，会产生CAt-θ表(实线)的值与长时间学习值θL之和的值(虚线)非单调增加的情况。 

如图9所示，当单调增加的关系被破坏时，例如，尽管目标吸入空气量Qa*在增加，但学习修正后目标节流开度θLN*却在减少，因此可能会产生发动机1的输出下降或者节流开度学习值θLN的误学习这样的问题。 

为此，如图9中的双点划线所示，图7中的长时间学习值单调增加处理部214对每个长时间学习值θL的学习区域Z1、Z2进行限制长时间学习值θL的处理，使得CAt-θ表(实线)的值与长时间学习值θL之和的值(虚线)单调增加。 

由此，能够防止节流开度学习值θLN的误学习或误动作。 

此外，节流开度学习单元23能够对节流开度θ与有效开口面积CAt的关系进行学习。 

如上所述，本发明实施方式1(图1～图9)所涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置为了对在节流阀4a下游侧的进气管上设置的发动机1(内燃机)的气缸内所吸入的气缸吸入空气量Qc进行推定，包括：各种传感器，该各种传感器对与发动机1的各种致动器相关联的运转状态进行检测；以及物理模型25，该物理模型25将各种传感器的检测值作为输入信息，来使直到通过节流阀4a的空气进入气缸内为止的进气系统的响应延迟模型化。 

各种致动器包括节流器4(节流开度控制单元)，该节流器4通过对节流阀4a的节流开度θ进行控制来改变有效开口面积CAt，从而对通过节流阀4a的空气量进行调整。 

各种传感器包括：对节流阀4a的大气侧的大气温度Ta进行检测的大气温度传感器2；对节流阀4a的大气侧的大气压PA进行检测的大气压传感器14；以及将节流阀4a下游侧的进气管内的压力作为进气歧管压Pb来进行检测的进气歧管压传感器7。 

物理模型25包括：体积效率修正系数计算单元22，该体积效率修正系数计算单元22对表示气缸吸入空气量Qc的指标、即体积效率修正系数Kv(体积效率相当值)进行计算；节流开度学习单元23，该节流开度学习单元23通过对节流开度θ与有效开口面积CAt之间的关系进行学习，来对用于达到目标吸入空气量Qa*的学习修正后目标节流开度θLN*进行计算；以及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对实际气缸吸入空气量Qc进行计算。 

物理模型25在发动机1正常运转时，利用进气歧管压Pb及体积效率修正系数Kv来推定实际气缸吸入空气量Qc，并基于实际气缸吸入空气量Qc来由节流开度学习单元23进行开度学习。 

此外，物理模型25在过渡运转时停止开度学习，并将根据节流开度θ及开度学习的结果而计算出的实际有效开口面积CAti、进气歧管压Pb、大气压PA以及大气温度Ta应用到节流式流量计的流量计算式中，从而对通过节流阀4a的吸入空气量Qa进行推定，并基于吸入空气量Qa来由气缸吸入空气量计算单元21进行实际气缸吸入空气量Qc的计算。 

节流开度学习单元23包括：目标吸入空气量计算部201，该目标吸入空气量计算部201基于发动机1的运转状态来计算目标吸入空气量Qa；目标有效开口面积计算部202，该目标有效开口面积计算部202将目标吸入空气量Qa、进气歧管压Pb、大气压PA及大气温度Ta应用到节流式流量计的流量计算式(式(9)、式(11))中，从而计算通过节流器4来进行调整的目标有效开口面积CAt*；实际有效开口面积计算部206(学习用有效开口面积计算单元)，该实际有效开口面积计算部206将用于对发动机1进行控制的实际气缸吸入空气量Qc、进气歧管压Pb、大气压PA及大气温度Ta应用到节流式流量计的流量计算式中，来计算节流器4的实际有效开口面积CAti(学习用有效开口面积)；以及节流开度学习值计算部209，该节流开度学习值计算部209对节流开度θ与有效开口面积CAt之间的关系进行学习，使得实际有效开口面积CAti与目标有效开口面积CAt*相一致，由此来对用于计算学习修正后目标节流开度θLN*(节流开度学习值)的节流开度学习值θLN进行计算。 

由此，对于利用S/D方式计算气缸吸入空气量的情况，在正常运转时，根据在正常运转时的气门正时下进行适应后得到的体积效率修正系数映射 (现有方式)来计算气缸吸入空气量，并预先对节流开度与有效开口面积之间的关系进行学习，在从过渡变化时到排气歧管内的温度收敛为止的期间内，基于已学习完的节流开度θ与有效开口面积CAt之间的关系来计算通过节流器4的吸入空气量Qa，并基于与AFS方式相同的物理模型(将直到通过节流阀的空气进入气缸内为止的进气系统的响应延迟模型化后得到的运算系统)来计算气缸吸入空气量Qc，由此，无论是在正常运转时还是在过渡运转时，都能以较少的适应常数和较少的运算负荷，利用S/D方式，以足够对发动机1进行适当控制的精度，来对气缸吸入空气量Qc进行推定，而无需庞大的存储器容量。 

即，仅在正常运转时，利用与以往相同的S/D方式来计算气缸吸入空气量Qc，因此，能够仅利用在正常运转时的气门正时下进行适应后得到的体积效率修正系数Kv的映射，来对正常运转与过渡运转进行适应，因而能削减体积效率修正系数映射的适应工时以及映射数。 

此外，本发明实施方式1所涉及的节流开度学习值计算部209包括：节流开度学习基本值计算部208，该节流开度学习基本值计算部208对用于使实际有效开口面积CAti与目标有效开口面积CAt*相一致的节流开度学习基本值Δθ进行计算；实时学习值计算部212，该实时学习值计算部212根据节流开度学习基本值Δθ来计算实时学习值θR；长时间学习值计算部213，该长时间学习值计算部213根据节流开度学习基本值Δθ来计算长时间学习值θL；长时间学习值存储部215，该时间学习值存储部215对长时间学习值θL进行储存；以及加法器216，该加法器216对储存在长时间学习值存储部215中的长时间学习值θL与实时学习值θR进行求和，来计算节流开度学习值θLN。 

此外，由于节流开度学习值计算部209具备用于确保长时间学习值θL处于单调增加状态的长时间学习值单调增加处理部214，因此能够防止节流开度学习值θLN的误学习或误动作。 

此外，本发明实施方式1所涉及的物理模型25还包括：第一物理模型(步骤106)，该第一物理模型基于通过节流阀4a的吸入空气量Qa来推定气缸吸入空气量Qc；以及第二物理模型(步骤107)，该第二物理模型包括第一物理模型的逆向模型200，并基于气缸吸入空气量Qc来推定通过节流阀4a的吸入空气量Qa。 

物理模型25在正常运转时，利用实际气缸吸入空气量Qc及第二物理模型(步骤107)来推定通过节流阀4a的第一吸入空气量Qa，基于第一吸入空气量Qa来进行开度学习，并且利用第一吸入空气量Qa及第一物理模型(步骤106)来重新推定实际气缸吸入空气量Qc。 

此外，物理模型25在过渡运转时，将实际有效开口面积CAti、进气歧管压Pb、大气压PA及大气温度Ta应用到流量计算式中，来推定通过节流阀4a的第二吸入空气量Qa，并利用第二吸入空气量Qa及第一物理模型(步骤106)来推定实际气缸吸入空气量Qc。 

由此，在过渡运转时，能利用与AFS方式相同的、将直到通过节流阀4a的空气进入气缸内为止的进气系统的响应延迟模型化后得到的物理模型25，来计算气缸吸入空气量Qc，由此来抑制过渡变化后的气缸吸入空气量Qc的推定误差。 

此外，本发明实施方式1所涉及的第一物理模型(步骤106)还包括进气歧管密度计算单元24，该进气歧管密度计算单元24计算节流阀4a下游侧的进气管内的密度及一个冲程内的密度变化量，以作为进气歧管密度ρb及进气歧管密度变化量Δρb，所述第一物理模型利用体积效率修正系数Kv及通过节流阀4a的吸入空气量Qa来计算气缸吸入空气量Qc。 

此外，体积效率修正系数计算单元22利用通过节流阀4a的吸入空气量Qa、进气歧管密度ρb及进气歧管密度变化量Δρb，来计算第一物理模型(步骤106)所使用的体积效率修正系数Kv。 

由此，可以利用吸入空气量Qa、进气歧管密度ρb及进气歧管密度变化量Δρb，来计算体积效率修正系数Kv，从而能对气缸吸入空气量Qc进行实时的高精度计算。 

此外，本发明实施方式1所涉及的各种传感器包括进气温度传感器8，该进气温度传感器8将节流阀4a下游侧的进气管内的温度作为进气歧管温度Tb来进行检测，进气歧管密度计算单元24利用进气歧管压Pb及进气歧管温度Tb，来计算进气歧管密度ρb及进气歧管密度变化量Δρb。 

由此，能容易地根据进气歧管压Pb及进气歧管温度Tb来计算进气歧管密度ρb及进气歧管密度变化量Δρb。 

此外，本发明实施方式1所涉及的体积效率修正系数计算单元22根据使用了发动机1的一个冲程内的吸入空气量Qa[g]、进气歧管密度ρb[g/cm³]、进气歧管密度变化量Δρb[g/cm³]、从节流阀下游侧到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]的下式(14)，来计算第一物理模型(步骤106)所使用的体积效率修正系数Kv。 

[数学式14] 

$\mathrm{Kv}=\frac{\mathrm{Qa}-{\mathrm{\Δ\ρ}}_b\·\mathrm{Vs}}{{\mathrm{\ρ}}_s\·\mathrm{Vs}}...\left(14\right)$

式(14)与上述式(6)相对应，实质上与式(6)是相同的。 

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。 

此外，本发明实施方式1所涉及的体积效率修正系数计算单元22对根据式(14)计算出的体积效率修正系数Kv进一步进行滤波处理来计算滤波后的体积效率修正系数Kvf(n)，以作为第一物理模型(步骤106)所使用的体积效率相当值，因此能够吸收各种传感器所具有的微小的检测误差，从而能抑制检测误差对体积效率修正系数Kv造成的影响。 

此外，本发明实施方式1所涉及的物理模型25在正常运转时的开度学习结束之前，即使在过渡运转时，也禁止对通过节流阀4a的吸入空气量Qa进行推定，而与正常运转时一样，利用进气歧管压Pb及体积效率修正系数Kv来推定实际气缸吸入空气量Qc，因此，即使在节流开度学习未完成的情况下，也能以和现有的S/D方式同等的精度来推定气缸吸入空气量Qc。 

另外，本发明实施方式1所涉及的物理模型25还包括对一个冲程内(规定曲柄角度间)的进气歧管压峰值进行检测的进气歧管压峰值计算单元，当进气歧管压峰值大于大气压PA时，即使在过渡运转时，也禁止对通过节流阀4a的吸入空气量Qa进行推定，而与正常运转时一样，利用进气歧管压Pb及体积效率修正系数Kv来推定实际气缸吸入空气量Qc，因此，即使在过渡运转时由于进气歧管压Pb的振动而产生在节流阀4a中逆流的空气，也能对逆流空气引起的吸入空气量Qa的推定精度的恶化进行抑制，从而能以和现有的S/D方式同等的精度来推定气缸吸入空气量Qc。 

标号说明 

1  发动机 

2  大气温度传感器 

3  节流开度传感器 

4  节流器(电子控制节流器) 

4a  节流阀 

4  电子控制节流器 

5  气室 

6  进气歧管 

7  进气歧管压传感器 

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 

20  ECU(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  节流开度学习单元 

24  进气歧管密度计算单元 

25  物理模型 

26  控制量运算单元 

200  逆向模型 

201  目标吸入空气量计算部 

202  目标有效开口面积计算部 

203  音速计算部 

204  无量纲流量计算部 

205  目标节流开度计算部 

206  实际有效开口面积计算部 

207  学习用节流开度计算部 

208  节流开度学习基本值计算部 

209  节流开度学习值计算部 

210  加法器 

211  节流开度学习基本值分配处理部 

211a、211b  切换单元 

212  实时学习值计算部 

213  长时间学习值计算部 

214  长时间学习值单调增加处理部 

215  长时间学习值存储部 

216  加法器 

Ap  油门开度 

APS  油门开度传感器 

CAt*  目标有效开口面积 

CAt  有效开口面积 

CAti  实际有效开口面积 

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 

PA  大气压 

Pb  进气歧管压 

Qa  吸入空气量(实际吸入空气量) 

Qa*  目标吸入空气量 

Qc  气缸吸入空气量(实际气缸吸入空气量) 

Qc*  目标气缸吸入空气量 

Ta  大气温度 

Tb  进气歧管温度 

Z1、Z2  学习区域 

αa  音速 

Δθ  节流开度学习基本值 

θ  节流开度 

θ*  目标节流开度 

θi  学习用节流开度 

θL  长时间学习值 

θLN  节流开度学习值 

θLN*  学习修正后目标节流开度 

θR  实时学习值 

ρb  进气歧管密度 

σ  无量纲流量。 

Claims (11)

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对在节流阀下游侧的进气管上设置的内燃机的气缸内所吸入的气缸吸入空气量进行推定，该内燃机的气缸吸入空气量推定装置包括：

各种传感器，该各种传感器对与所述内燃机的各种致动器相关联的运转状态进行检测；以及

物理模型，该物理模型将所述各种传感器的检测值作为输入信息，来对直到通过所述节流阀的空气进入所述气缸内为止的进气系统的响应延迟进行模型化，

所述内燃机的气缸吸入空气量推定装置的特征在于，

所述各种致动器包括节流开度控制单元，该节流开度控制单元对所述节流阀的节流开度进行控制来改变有效开口面积，从而对通过所述所述节流阀的空气量进行调整，

所述各种传感器包括：

大气温度传感器，该大气温度传感器检测所述节流阀的大气侧的大气温度；

大气压传感器，该大气压传感器检测所述节流阀的大气侧的大气压；以及

进气歧管压传感器，该进气歧管压传感器将所述节流阀下游侧的进气管内的压力作为进气歧管压来进行检测，

所述物理模型包括：

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所述气缸吸入空气量的指标、即体积效率相当值进行计算；

节流开度学习单元，该节流开度学习单元通过对所述节流开度与所述有效开口面积之间的关系进行学习，来计算用于达到目标吸入空气量的学习修正后目标节流开度；以及

气缸吸入空气量计算单元，该气缸吸入空气量计算单元计算所述实际气缸吸入空气量，

在正常运转时，

由所述气缸吸入空气量计算单元利用所述进气歧管压及所述体积效率相当值来推定所述实际气缸吸入空气量，并且

由所述节流开度学习单元基于所述实际气缸吸入空气量来进行开度学习，

在过渡运转时，

在停止由所述节流开度学习单元进行所述开度学习后，

将根据所述节流开度以及所述开度学习的结果而计算出的实际有效开口面积、所述进气歧管压、所述大气压及所述大气温度应用到节流式流量计的流量计算式中，从而对通过所述节流阀的吸入空气量进行推定，

并且，由所述气缸吸入空气量计算单元基于所述吸入空气量来计算所述实际气缸吸入空气量。

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，

所述节流开度学习单元包括：

目标吸入空气量计算单元，该目标吸入空气量计算单元基于所述内燃机的运转状态来计算所述目标吸入空气量；

目标有效开口面积计算单元，该目标有效开口面积计算单元将所述目标吸入空气量、所述进气歧管压、所述大气压及所述大气温度应用到节流式流量计的流量计算式中，来计算由所述节流开度控制单元进行调整的目标有效开口面积；

学习用有效开口面积计算单元，该学习用有效开口面积计算单元将用于对所述内燃机进行控制的实际气缸吸入空气量、所述进气歧管压、所述大气压及所述大气温度应用到所述节流式流量计的流量计算式中，来计算所述节流开度控制单元的学习用有效开口面积；以及

节流开度学习值计算单元，该节流开度学习值计算单元对所述节流开度与所述有效开口面积之间的关系进行学习，使得所述学习用有效开口面积与所述目标有效开口面积相一致，由此来对用于计算所述学习修正后目标节流开度的节流开度学习值进行计算。

3.如权利要求2所述的内燃机的气缸吸入空气量推定装置，其特征在于，

所述节流开度学习值计算单元包括：

节流开度学习基本值计算单元，该节流开度学习基本值计算单元计算用于使所述学习用有效开口面积与所述目标有效开口面积相一致的节流开度学习基本值；

实时学习值计算单元，该实时学习值计算单元根据所述节流开度学习基本值来计算实时学习值；

长时间学习值计算单元，该长时间学习值计算单元根据所述节流开度学习基本值来计算长时间学习值；

长时间学习值存储单元，该长时间学习值存储单元储存所述长时间学习值；以及

加法单元，该加法单元对储存在所述长时间学习值存储单元中的长时间学习值与所述实时学习值进行求和，从而计算所述节流开度学习值。

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，

所述节流开度学习值计算单元包括长时间学习值单调增加处理单元，该长时间学习值单调增加处理单元用于确保所述长时间学习值的单调增加状态。

5.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，

所述物理模型包括：

第一物理模型，该第一物理模型基于通过所述节流阀的吸入空气量来推定所述气缸吸入空气量；以及

第二物理模型，该第二物理模型包括所述第一物理模型的逆向模型，并基于所述气缸吸入空气量来对通过所述节流阀的吸入空气量进行推定，

在所述正常运转时，

利用所述实际气缸吸入空气量及所述第二物理模型来对通过所述节流阀的第一吸入空气量进行推定，

基于所述第一吸入空气量来进行所述开度学习，

并且，利用所述第一吸入空气量及所述第一物理模型来重新推定所述实际气缸吸入空气量，

在所述过渡运转时，

将所述实际有效开口面积、所述进气歧管压、所述大气压及所述大气温度应用到所述流量计算式中，来对通过所述节流阀的第二吸入空气量进行推定，并利用所述第二吸入空气量及所述第一物理模型来推定所述实际气缸吸入空气量。

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，

所述第一物理模型

包括进气歧管密度计算单元，该进气歧管密度计算单元计算所述节流阀下游侧的进气管内的密度及一个冲程内的密度变化量，以作为进气歧管密度及进气歧管密度变化量，

利用所述体积效率相当值及通过所述节流阀的吸入空气量来计算所述气缸吸入空气量，

所述体积效率相当值计算单元利用通过所述节流阀的吸入空气量、所述进气歧管密度及所述进气歧管密度变化量，来计算所述第一物理模型所使用的所述体积效率相当值。

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，

所述各种传感器包括进气温度传感器，该进气温度传感器将所述节流阀下游侧的进气管内的温度作为进气歧管温度来进行检测，

所述进气歧管密度计算单元利用所述进气歧管压及所述进气歧管温度来计算所述进气歧管密度及进气歧管密度变化量。

8.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，

所述体积效率相当值计算单元根据使用了所述内燃机的一个冲程内的吸入空气量(Qa[g])、所述进气歧管密度(ρb[g/cm³])、所述进气歧管密度变化量(Δρb{g/cm³])、从所述节流阀的下游侧到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])的下式(1)、即

[数学式1]

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

来计算所述第一物理模型所使用的体积效率相当值(Kv)。

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，

所述体积效率相当值计算单元对根据所述式(1)而计算出的体积效率相当值进一步进行滤波处理，来计算滤波后的体积效率相当值，以作为所述第一物理模型所使用的体积效率相当值。

10.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，

所述物理模型

在所述正常运转时的所述开度学习结束之前，

即使在所述过渡运转时，也禁止对通过所述节流阀的吸入空气量进行推定，

而与所述正常运转时一样，利用所述进气歧管压及所述体积效率相当值来推定所述实际气缸吸入空气量。

11.如权利要求1至10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，

所述物理模型

包括进气歧管压峰值计算单元，该进气歧管压峰值计算单元检测规定曲柄角度间的进气歧管压峰值，

当所述进气歧管压峰值大于所述大气压时，

即使在过渡运转时，也禁止对通过所述节流阀的吸入空气量进行推定，

而与所述正常运转时一样，利用所述进气歧管压及所述体积效率相当值来推定所述实际气缸吸入空气量。

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