CN105041496B - 内燃机的气缸吸入空气量推定装置及推定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明得到一种内燃机的气缸吸入空气量推定装置，在带增压器的发动机控制系统中，可由AFS吸入空气量高精度地算出气缸吸入空气量。气缸吸入空气量算出部使用进气系统物理模型，由进气口吸入空气量算出气缸吸入空气量，所述进气系统物理模型与带增压器的发动机控制系统对应，并根据由进气歧管进入气缸的空气体积效率即进气歧管基准体积效率、虚拟进气歧管容积、以及各气缸的行程容积导出。

Description

内燃机的气缸吸入空气量推定装置及推定方法
技术领域
本发明涉及一种带增压器的内燃机的气缸吸入空气量推定装置及推定方法。
背景技术
过去，以提高内燃机(以下也称为“发动机”)的输出为目的，已知一种带增压器的发动机控制系统。此处，作为增压器的示例，已知一种将压缩机搭载于发动机进气系统的涡轮增压器(以下也称为“T/C”)，所述压缩机通过利用排气所拥有的能量使涡轮机高速旋转而驱动。
此外，作为其他增压器的示例，已知一种将压缩机搭载于发动机进气系统的机械增压器(以下也称为“S/C”)，所述压缩机由曲柄轴通过传动带等驱动。此外，近年来还已知将多个T/C串联或并联的增压器、具备T/C及S/C两者的增压器、以及用电动机直接驱动压缩机的电动增压器等。
此外，作为在发动机控制系统中求出吸入空气量的方法，已知利用空气流量传感器(以下称为“AFS”)检测的方法(以下称为“AFS方式”)、以及根据进气歧管内的压力(以下称为“进气歧管压”)推定的方法即速度密度方式(以下称为“S/D方式”)。另外，在上述带增压器的发动机控制系统中，还可使用AFS方式及S/D方式双方。
此处，利用S/D方式的吸入空气量推定方法基于预先适应的进气歧管压与吸入空气量的相关关系，根据进气歧管压推定实际进入气缸的吸入空气量(以下称为“气缸吸入空气量”)，所以无论是在带增压器的发动机控制系统中，还是在无增压器的发动机控制系统(以下称为“N/A系统”)中，均可利用基本相同的方法推定气缸吸入空气量。
此外，该方法中，进气歧管压的变化直接反映在气缸吸入空气量的推定值上，所以在过渡运行时可得到良好的响应特性。另一方面，存在如下问题：与用于适应的发动机的设备差异所造成的误差、以及与适应时的环境差异所造成的误差等，可能导致包含稳定运行时在内的气缸吸入空气量的推定误差较大。
相对于此，利用AFS方式的吸入空气量检测方法中，直接测量通过AFS安装部(以下称为“AFS部”)的空气流量(以下称为“AFS吸入空气量”)。此外，稳定运行时的气缸吸入空气量与AFS吸入空气量基本相等，因此可认为稳定运行时的气缸吸入空气量的算出误差较小。
此处，从AFS部到气缸的距离长，需要在模拟该期间的响应延迟后算出气缸吸入空气量，所以可认为过渡运行时的气缸吸入空气量的算出精度依存于模拟该响应延迟的进气系统物理模型的精度。因此，已提出一种物理模型，所述物理模型将通过节流阀的空气进入气缸内的进气系统的响应延迟模型化(例如参考专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特许第5328967号公报
专利文献2：日本专利特开2013-224596号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，过去技术存在以下问题。
虽然专利文献1对N/A系统的进气系统物理模型详细地进行了说明，但是丝毫未提及带增压器的发动机控制系统。
假设即使将专利文献1所记载的物理模型直接运用于例如带涡轮增压器的发动机控制系统上，也只能模拟节流阀下游部的响应延迟，对从AFS部起包含压缩机在内的节流阀上游部未作丝毫考虑，所以存在过渡运行时的响应特性产生巨大误差的问题。
本发明为解决上述问题开发而成，其目的在于得到一种内燃机的气缸吸入空气量推定装置及推定方法，在使用AFS方式算出气缸吸入空气量的带增压器的发动机控制系统中，可利用模拟从AFS部到气缸的响应延迟的进气系统物理模型，由AFS吸入空气量高精度地算出气缸吸入空气量。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明所涉及内燃机的气缸吸入空气量推定装置，在从内燃机的进气管的进气口到内燃机的气缸为止的路径被划分为空气密度互不相同的多个区域的内燃机中，根据由进气口吸入内燃机的进气口吸入空气量，算出进入气缸的气缸吸入空气量，其中，所述内燃机的气缸吸入空气量推定装置具备：吸入空气量检测部，所述吸入空气量检测部设置在进气口附近，检测进气口吸入空气量；各区域密度算出部，所述各区域密度算出部对多个区域算出各区域的密度；全区域平均密度算出部，所述全区域平均密度算出部根据多个区域的各进气管容积与所算出的各密度，算出存在于全区域的空气质量与全区域的平均密度；虚拟进气歧管容积算出部，所述虚拟进气歧管容积算出部根据存在于全区域的空气质量与进气管的总容积，算出假设全区域的空气密度为距气缸最近的进气歧管的密度时所估测的虚拟进气歧管容积；以及，气缸吸入空气量算出部，所述气缸吸入空气量算出部使用进气系统物理模型，由进气口吸入空气量算出气缸吸入空气量，所述进气系统物理模型与带增压器的发动机控制系统对应，并根据由进气歧管进入气缸的空气体积效率即进气歧管基准体积效率、虚拟进气歧管容积、以及各气缸的行程容积导出。
发明效果
本发明所述内燃机的气缸吸入空气量推定装置中，气缸吸入空气量算出部使用进气系统物理模型，由进气口吸入空气量算出气缸吸入空气量，所述进气系统物理模型与带增压器的发动机控制系统对应，并根据由进气歧管进入气缸的空气体积效率即进气歧管基准体积效率、虚拟进气歧管容积、以及各气缸的行程容积导出。
因此，在使用AFS方式算出气缸吸入空气量的带增压器的发动机控制系统中，可利用模拟从AFS部到气缸的响应延迟的进气系统物理模型，由AFS吸入空气量高精度地算出气缸吸入空气量。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置所运用的带涡轮增压器的发动机控制系统的结构图。
图2是表示本发明实施方式1涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置的方框结构图。
图3是表示本发明实施方式1涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置所运用的带涡轮增压器的发动机控制系统的各区域的空气状态变化与检测该状态变化的传感器类的说明图。
图4是表示本发明实施方式1涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置中算出虚拟进气歧管容积的处理的控制方框图。
图5是表示本发明实施方式1涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置中算出气缸吸入空气量的处理的控制方框图。
图6是表示本发明实施方式1涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置中算出节流阀吸入空气量的处理的控制方框图。
图7是表示本发明实施方式2涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置所运用的带机械增压器的发动机控制系统的各区域的空气状态变化与检测该状态变化的传感器类的说明图。
图8是表示本发明实施方式2涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置中算出虚拟进气歧管容积的处理的控制方框图。
具体实施方式
以下使用附图对本发明所涉及内燃机的气缸吸入空气量推定装置及推定方法的优选实施方式进行说明，对各图中相同或相当的部分赋予相同标号进行说明。另外，本发明所涉及内燃机的气缸吸入空气量推定装置及推定方法利用简单的运算，根据在进气系统的上游部检测到吸入空气量，高精度地计算出通过压缩机、中间冷却器、节流阀等后进入气缸的吸入空气量。
实施方式1.
图1是表示本发明实施方式1涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置所运用的带涡轮增压器的发动机控制系统的结构图。图1中，发动机1的曲柄轴设置有曲柄转角传感器11，所述曲柄转角传感器11生成与该旋转角相对应的电信号。此外，发动机1的气缸8分别连接形成进气通路的进气管2、以及形成排气通路的排气管7。
进气管2的最上游部安装有空气滤清器3，所述空气滤清器3净化所进入的外界气体。空气滤清器3的下游侧一体或相互独立地设置有：AFS(吸入空气量检测部)12，所述AFS12生成与吸入空气流量相对应的电信号；以及，吸入空气温度传感器(以下称为“进气温度传感器”)13，所述吸入空气温度传感器13生成与进气通路内的吸入空气温度相对应的电信号。另外，图1中表示两传感器12,13构成为一体的示例。
排气管7的最下游部安装有排气净化催化剂22，所述排气净化催化剂22净化排气。排气净化催化剂22的上游侧设置有空燃比传感器23，所述空燃比传感器23生成与所燃烧的燃料与空气的比例相对应的电信号。
此外，由进气管2及排气管7构成的吸排气系统设置有增压器即涡轮增压器(T/C)36，所述涡轮增压器36包括：压缩机31；以及，涡轮机32，所述涡轮机32与该压缩机31形成为一体并旋转。
涡轮机32设置在排气管7的排气净化催化剂22的上游侧，利用在排气管7内流动的排气而旋转驱动。此外，压缩机(空压机)31设置在进气管2的AFS12的下游侧，伴随涡轮机32的旋转而被旋转驱动，从而压缩进气通路内的空气。
主要为防止增压压力在油门松开时变得过高而导致压缩空气逆流使涡轮机32破损，压缩机31的下游侧设置有空气旁通阀(以下称为“ABV”)33，所述空气旁通阀33使进气管2中的压缩空气被分流。ABV33的下游侧设置有中间冷却器(以下称为“I/C”)30，所述中间冷却器30将利用压缩机31绝热压缩后变成高温的空气冷却。
I/C30的下游侧设置有电子控制式的节流阀4，所述电子控制式的节流阀4调整送到发动机1的空气量。节流阀4连接有节流阀位置传感器14，所述节流阀位置传感器14生成与其开度相对应的电信号。此外，节流阀4的上游侧设置有节流阀上游压力传感器35，所述节流阀上游压力传感器35生成和I/C30与节流阀4之间的空气压力相对应的电信号。
另外，进气管2的节流阀4的下游侧设置有进气歧管5，所述进气歧管5包含抑制进气脉动的缓冲罐。进气歧管5设置有进气歧管压力传感器15及进气歧管温度传感器16，所述进气歧管压力传感器15及所述进气歧管温度传感器16分别生成与从缓冲罐到进气歧管5的空间内的空气压力及温度相对应的电信号。
此外，进气管2的进气歧管5的下游侧设置有喷射器17，所述喷射器17喷射燃料。另外，喷射器17可设置成直接向气缸8内喷射燃料。
气缸8的顶部设置有：点火塞18，所述点火塞18对吸入发动机1的空气与由喷射器17喷射的燃料混合生成的可燃混合气点火；以及，点火线圈19，所述点火线圈19供应用于在点火塞18产生火花的电流。此外，气缸8设置有：进气阀20，所述进气阀20调节由进气通路向气缸8内导入的空气量；以及，排气阀21，所述排气阀21调节由气缸8内向发动机1的排气通路排出的空气量。
另外，进气阀20及排气阀21的两者或任意一者的凸轮轴还可设置有：可变气门正时机构(以下称为“VVT”)，所述可变气门正时机构可改变气阀开闭的时机；以及，可变气门升程机构(以下称为“VVL”)，所述可变气门升程机构可改变气阀的升程量。
为保证增压压力即使因高旋转高负载而增加后也不会导致发动机破损，涡轮机32的上游侧设置有废气阀34，所述废气阀34向排气旁通通路分流排气。此处，驱动废气阀34的方式可使用如下任意一种：压力式，所述压力式控制施加在隔膜上的压力；以及，电动式，所述电动式直接指示阀门开度。
图2是表示本发明实施方式1所涉及内燃机的气缸吸入空气量推定装置的方框结构图。图2中，电子控制单元(以下称为“ECU”)100以微型计算机作为主体而构成，所述微型计算机具有：CPU，所述CPU执行运算处理；ROM，所述ROM储存程序数据、固定值数据；以及，RAM，所述RAM更新并依次改写所存储的数据。
另外，ECU100储存有后述的各区域密度算出部、全区域平均密度算出部、虚拟进气歧管容积算出部、以及气缸吸入空气量算出部作为程序数据。
此外，ECU100通过执行ROM中所储存的各种控制程序，根据随时的发动机1的运行状态执行发动机1的各种控制。即，向ECU100输入来自各种传感器的检测信号，根据该信号算出目标节流阀开度、燃料喷射量、点火时期等，输出用于驱动各种致动器的信号。
具体而言，向ECU100输入来自节流阀位置传感器14、曲柄转角传感器11、节流阀上游压力传感器35、AFS12、进气温度传感器13、进气歧管压力传感器15、以及进气歧管温度传感器16的电信号。
此外，还向ECU100输入图1未图示的油门位置传感器40、以及大气压传感器9的信号。另外，油门位置传感器40生成与驾驶座脚边所设油门的操作量相对应的电信号。此外，大气压传感器9生成与大气压相对应的电信号，可设置在图1空气滤清器3的附近，还可设置在ECU100的基板上。
另外，还从上述传感器以外的其他传感器向ECU100输入电信号。此处，其他传感器包含：空燃比传感器23；爆震传感器(未图示)，所述爆震传感器检测例如发动机1的气缸体的振动；水温传感器(未图示)，所述水温传感器检测发动机1的冷却水温度；以及，车速传感器(未图示)，所述车速传感器检测车速等。
此外，ECU100的输出侧连接有节流阀4、喷射器17、点火线圈19、废气阀34、以及ABV33。此外，ECU100还与上述致动器以外的其他致动器连接。此处，其他致动器包含驱动设置在例如进气阀20、排气阀21的VVT的致动器(未图示)等。
ECU100根据基于来自曲柄转角传感器11的曲柄转角周期算出的发动机转速Ne、以及来自油门位置传感器40的油门开度AP，算出驾驶员要求的目标输出转矩TRQt。此外，ECU100算出达成该目标输出转矩TRQt所需的目标节流阀吸入空气量Qtht。
另外，ECU100算出达成该目标节流阀吸入空气量Qtht所需的目标节流阀开度TPt，并根据该目标节流阀开度TPt驱动节流阀4。另外，为高精度地实现该目标节流阀开度TPt，还执行使用来自节流阀位置传感器14的节流阀开度TP的反馈控制。
此外，ECU100使用后述进气系统物理模型，根据发动机转速Ne、来自节流阀上游压力传感器35的节流阀上游压力P2、来自AFS12的AFS吸入空气量Qa、来自进气温度传感器13的进气温度Ta、来自进气歧管压力传感器15的进气歧管压Pb、来自进气歧管温度传感器16的进气歧管温度Tb、以及来自大气压传感器9的大气压Pa，算出进入气缸8的气缸吸入空气量Qc、以及通过节流阀部的节流阀吸入空气量Qth。
另外，ECU100根据该气缸吸入空气量Qc，驱动喷射器17以保证实现达成适当排气和排气温度的目标空燃比的燃料喷射量Qf，并驱动点火线圈19以实现不发生爆震等异常燃烧的适当点火时期IG。
另外，燃料喷射量Qf的运算还执行基于目标空燃比与空燃比传感器23的输出值的反馈控制。此外，为高精度地实现上述目标节流阀吸入空气量Qtht，还执行使用节流阀吸入空气量Qth的目标节流阀开度TPt的反馈控制。
此外，ECU100根据AFS吸入空气量Qa及节流阀上游压力P2，算出例如专利文献2所示的压缩机驱动力Pc。此外，ECU100根据该压缩机驱动力Pc，算出用于防止进气系统压力和发动机输出过于增大的废气阀开度WG，并驱动废气阀34。此外，为防止因意料外的过增压而导致节流阀上游压力P2过高，ECU100算出ABV开度AB，并驱动ABV33。
ECU100中，如此执行发动机控制。此处，为高精度地控制发动机1的输出转矩、空燃比、点火时期等，需要高精度地算出吸入发动机1的气缸8的气缸吸入空气量Qc。因此，以下对由用AFS12检测出的AFS吸入空气量Qa高精度地算出气缸吸入空气量Qc的进气系统物理模型详细地进行说明。
图3是表示本发明实施方式1所涉及内燃机的气缸吸入空气量推定装置所运用的带涡轮增压器的发动机控制系统的各区域的空气状态变化与检测该状态变化的传感器类的说明图。图3中如下定义(n：行程数编号)。
Qcmp(n)：压缩机吸入空气量[g/s]的1行程间的平均值
Qa(n)：AFS吸入空气量[g/s]的1行程间的平均值
Qth(n)：节流阀吸入空气量[g/s]的1行程间的平均值
Qc(n)：气缸吸入空气量[g/s]的1行程间的平均值
ΔT(n)：1行程间的时间[s]
V2u：I/C上游容积(压缩机～I/C的容积)[m3]
V2d：I/C下游容积(I/C～节流阀的容积)[m3]
Vb：进气歧管容积(节流阀～气缸的容积)[m3]
Vc：每1个气缸的气缸行程容积[m3]
Pa(n)：大气压[kPa]的1行程间的平均值
P2(n)：节流阀上游压力[kPa]的1行程间的平均值
Pb(n)：进气歧管压[kPa]的1行程间的平均值
Ta(n)：进气温度[K]的1行程间的平均值
T2u(n)：I/C上游温度[K]的1行程间的平均值
T2d(n)：I/C下游温度[K]的1行程间的平均值
Tb(n)：进气歧管温度[K]的1行程间的平均值
ρa(n)：大气密度[g/m3]的1行程间的平均值
ρ2u(n)：I/C上游密度[g/m3]的1行程间的平均值
ρ2d(n)：I/C下游密度[g/m3]的1行程间的平均值
ρb(n)：进气歧管密度[g/m3]的1行程间的平均值
接着，对图3的各区域空气状态变化进行说明。首先，压缩机31的上游侧(区域a)向大气敞开，基本为大气压Pa(传感器测量值)及进气温度Ta(传感器测量值)。另外，严格来说，还要考虑空气滤清器3造成的压力损失等，但此处忽略。
然后，压缩机31中，利用可逆绝热变化来压缩空气，所以压缩机31的下游侧(区域b)中，压力及温度上升，密度也上升。接着，通过I/C30，若忽略此处的压力损失，则I/C30的下游侧(区域c)中，仅温度降低，密度上升。
若如此考虑，则通过I/C30时的状态变化为等压变化，所以区域b及区域c的压力相同，为节流阀上游压力P2(传感器测量值)，区域b的温度为I/C上游温度T2u，区域c的温度为I/C下游温度T2d。
接着，通过节流阀4，但是此处收缩后再膨胀并积存于进气歧管5，所以节流阀前后的状态变化为等温变化，仅压力降低，密度也降低。但是，还有来自发动机1侧的受热，所以温度略微上升。其结果，区域d的压力为进气歧管压Pb(传感器测量值)，温度为进气歧管温度Tb(传感器测量值)。
然后，对根据以上状态变化算出各区域密度的方法(各区域密度算出部)进行说明。首先，区域a的大气压Pa及进气温度Ta均为传感器测量值，所以根据(1)式所示的状态方程式，可算出区域a的密度ρa。(1)式中，R为气体常数。
【数学式1】
Pa＝ρa·R·Ta∴
接着，算出区域b的密度ρ2u。区域b的温度即I/C上游温度T2u未测量，所以首先算出该温度。此时，压缩机31的前后可考虑为可逆绝热变化，所以等熵变化的(2)式成立。因此，利用该(2)式可算出I/C上游温度T2u。但是，当压缩机31的绝热效率ηad低，难以考虑可逆绝热变化时，可使用考虑绝热效率ηad的括弧内的运算式。(2)式中，κ为比热比。
【数学式2】
∴
此处，如果求出I/C上游温度T2u，则根据(3)式所示的状态方程式，可算出I/C上游密度ρ2u。
【数学式3】
P2＝ρ2u·R·T2u∴
然后，虽然为区域c的密度ρ2d的算出方法，但是区域c的温度即I/C下游温度T2d未测量，所以无法利用状态方程式算出。此外，如上述所示，通过I/C30，所以温度降低，但是该温度降低量受I/C30冷却能力和用于冷却的外界气体量的影响较大，难以单纯地估算。
因此，虽然节流阀4的前后为等温变化，但是着眼于伴随略微的温度变化，使用传感器测量值即进气歧管温度Tb，根据例如(4)式，便可近似I/C下游温度T2d。另外，虽然可暂定Ka＝1.0、Kb＝0.0，但是通过利用测量结果求出近似系数，便可进一步提高精度。
【数学式4】
T2d＝Ka·Tb+Kb (4)
此处，如果求出I/C下游温度T2d，则根据(5)式所示的状态方程式，可算出区域c的密度ρ2d。
【数学式5】
P2＝ρ2d·R·T2d∴
接着，使用传感器测量值即进气歧管压Pb及进气歧管温度Tb，根据(6)式所示的状态方程式，可算出区域d的进气歧管5的密度ρb。
【数学式6】
Pb＝ρb·R·Tb∴
如果使用以上方法，则可算出区域a～d的密度。
然后，对根据AFS吸入空气量Qa算出气缸吸入空气量Qc的方法(全区域平均密度算出部、虚拟进气歧管容积算出部、气缸吸入空气量算出部)进行说明。在从压缩机31下游到进气阀20上游所示的区域中，即合并区域b、区域c、区域d的区域bcd(总容积Vall[m3]、平均密度ρave[g/m3])中，若关于新空气运用质量保存法则，则(7)式成立。另外，压缩机吸入空气量Qcmp与AFS吸入空气量Qa相等。
【数学式7】
Qa(n)·ΔT(n)-Qc(n)·ΔT(n)＝{ρave(n)-ρave(n-1)}·Vall (7)
此处，总容积Vall及平均密度ρave分别利用(8)式、(9)式定义。
【数学式8】
Vall＝V2u+V2d+Vb (8)
【数学式9】
接着，若将由进气歧管5进入气缸8的空气体积效率即进气歧管基准体积效率设为Kv(n)，则根据(10)式可算出气缸吸入空气量Qc(n)。另外，当利用S/D方式算出气缸吸入空气量Qc(n)时，使用(10)式。
【数学式10】
Qc(n)·ΔT(n)＝Kv(n)·ρb(n)·Vc (10)
此时，在区域bcd中，由于为总容积Vall及平均密度ρave，因此该区域中存在质量ρave×Vall的空气。因此，假如该区域bcd中存在的空气密度为进气歧管密度ρb，则与相同质量空气所占容积(以下称为“虚拟进气歧管容积”)Vb'的关系用(11)式表示。
【数学式11】
ρave(n)·Vall＝ρb(n)·Vb'(n) (11)
此处，若将该(11)式代入上述(7)式，则得到(12)式。
【数学式12】
以下，将区域bcd的密度设为进气歧管密度ρb，将容积设为虚拟进气歧管容积Vb'后，开展说明。另外，若将上述(10)式代入该(12)式后消去进气歧管密度ρb，则得到(13)式。
【数学式13】
此外，若用该(13)式解出Qc(n)·ΔT(n)，则得到(14)式。
【数学式14】
另外，若将该(14)式两边乘以Vb'(n)/(Kv(n)·Vc)进一步整理，则得到(15)式。
【数学式15】
此处，若将如(16)式定义的中间变量代入该(15)式，则得到(17)式。通过使用该(17)式，根据AFS吸入空气量Qa，便可算出气缸吸入空气量Qc。
【数学式16】
【数学式17】
通过在与发动机1旋转同步的例如按曲柄轴指定的各曲柄转角执行的中断处理中，运算如上导出的(17)式，便得到数字低通滤波器的运算式。即，可以说发动机1的进气系统为一次滞后要素。
另外，使用该(17)式需要进气歧管基准体积效率Kv(n)，但是该Kv需要使用上述(10)式预先进行适应。此处，如果没有进气歧管基准体积效率发生变化的机构(例如VVT或VVL)，则该Kv的适应工时和映射数量较少即可，但是当使用吸排气VVT等时，适应工时和映射数量变得庞大。
因此，使用AFS吸入空气量Qa和进气歧管密度ρb实时算出Kv的方法如下所示。即，若将上述(10)式代入上述(12)式消去气缸吸入空气量Qc后解出Kv，则得到(18)式。
【数学式18】
Qa(n)·ΔT(n)-Kv(n)·ρb(n)·Vc＝ρb(n)·Vb'(n)-ρb(n-1)·Vb'(n-1)
∴
如此便可实时算出进气歧管基准体积效率Kv(以下称为“实时Kv”)。另外，用该(18)式算出的实时Kv可能混入将传感器输出值平均化时产生的相位差、以及微小测量噪音产生的噪音。由此，通过对用于(18)式的传感器输出值、以及用(18)式算出的实时Kv进行滤波处理，使噪音分量衰减，并使用噪音分量已衰减的滤波后的Kv进行上述(17)式的运算有效。
此处，用于使该噪音分量衰减的滤波处理可使用如下处理：例如低通滤波器处理；对过去数行程间的值算出单纯的移动平均值的处理；以及，算出加权移动平均值(对过去数行程间的各个数据赋予不同权重的平均值)的处理。
接着，对为高精度地实现上述目标节流阀吸入空气量Qtht而执行的目标节流阀开度TPt的反馈控制、以及算出该反馈控制所需节流阀吸入空气量Qth的方法进行说明。
首先，当采用带涡轮增压器的发动机控制系统时，可认为稳定运行时的节流阀吸入空气量Qth与AFS吸入空气量Qa及气缸吸入空气量Qc均相等。然而，过渡运行时产生响应延迟，所以不可认为节流阀吸入空气量Qth与AFS吸入空气量Qa及气缸吸入空气量Qc均相等。
因此，在图3的区域d中，再次对于新空气如(19)式那样运用质量保存法则，导出节流阀吸入空气量Qth。
【数学式19】
Qth(n)·ΔT(n)-Qc(n)·ΔT(n)＝{ρb(n)-ρb(n-1)}·Vb (19)
接着，若将上述(10)式代入该(19)式后消去进气歧管密度ρb，则得到(20)式。
【数学式20】
此外，若使用如(21)式定义的中间变量并整理该(20)式，则得到(22)式。
【数学式21】
【数学式22】
然后，若将该(22)式变形，则得到(23)式。通过使用该(23)式，便可根据用上述(17)式算出的气缸吸入空气量Qc、以及用上述(18)式算出的实时Kv，算出节流阀吸入空气量Qth。
【数学式23】
通过考虑以上所示的进气系统物理模型，便可根据AFS吸入空气量Qa，算出气缸吸入空气量Qc和节流阀吸入空气量Qth。
接着，使用图4～图6对在ECU100内根据该进气系统物理模型而实际执行的运算内容具体地进行说明。图4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中算出虚拟进气歧管容积Vb'的处理的控制方框图；图5是表示算出气缸吸入空气量Qc的处理的控制方框图；图6是表示算出节流阀吸入空气量Qth的处理的控制方框图。
首先，对算出图4所示虚拟进气歧管容积Vb'的方法进行说明。该运算处理在与发动机1旋转同步的按曲柄轴指定的各曲柄转角(例如BTDC5degCA)执行的中断处理(以下称为“B05中断处理”)内执行。
此外，以下运算中有的使用由传感器检测的值的1行程间的平均值。如果按各指定间隔(例如1ms或10degCA)检测传感器输出值，算出从前次B05中断处理开始时到本次B05中断处理开始时之间的全传感器检测值的平均值，便可得到该值。
图4中，在方框B401中，根据上述(1)式，由大气压Pa(n)及进气温度Ta(n)算出大气密度ρa(n)。此外，在方框B402中，根据上述(6)式，由进气歧管压Pb(n)及进气歧管温度Tb(n)算出进气歧管密度ρb(n)。
接着，在方框B403中，根据上述(4)式，由进气歧管温度Tb(n)算出I/C下游温度T2d(n)。另外，用于上述(4)式的系数虽然可暂定Ka＝1.0、Kb＝0.0，但是通过利用测量结果求出近似系数，便可进一步提高精度。
然后，在方框B404中，根据上述(5)式，由前面算出的I/C下游温度T2d(n)、以及节流阀上游压力P2(n)算出I/C下游密度ρ2d(n)。此外，在方框B405中，根据上述(2)式及上述(3)式，由节流阀上游压力P2(n)、大气压Pa(n)、以及进气温度Ta(n)算出I/C上游密度ρ2u(n)。此处，虽然表示已考虑可逆绝热变化时的方程式，但是也可以使用已考虑压缩机31的绝热效率ηad时的方程式。
此处，虽然上述(2)式的计算需要指数函数的运算，但是若进行高精度的计算，则运算负荷增大，所以可将预先理论计算的值作为表值储存，检索与使用时的运行状态相对应的值来使用。
接着，在方框B406中，根据上述(8)式及上述(9)式，由前面算出的I/C上游密度ρ2u(n)、I/C下游密度ρ2d(n)、以及进气歧管密度ρb(n)算出平均密度ρave(n)。
此外，在方框B407中，根据上述(11)式，由前面算出的平均密度ρave(n)及进气歧管密度ρb(n)算出虚拟进气歧管容积Vb'(n)。通过按以上顺序进行运算，便可由现有的传感器检测值求出虚拟进气歧管容积Vb'(n)。
接着，对算出图5所示气缸吸入空气量Qc的方法进行说明。另外，运算时机为B05中断处理内的虚拟进气歧管容积Vb'(n)算出后，1行程间的时间ΔT(n)由前次B05中断处理开始时刻与本次B05中断处理开始时刻的差算出。此外，(n-1)的含义为通过前次B05中断处理算出的值。
图5中，在方框B501中，根据上述(18)式，由进气歧管密度ρb(n),ρb(n-1)、虚拟进气歧管容积Vb'(n),Vb'(n-1)、以及AFS吸入空气量Qa(n)算出实时Kv。此外，在方框B502中，进行用于使噪音分量衰减的滤波处理。
此处，用于使该噪音分量衰减的滤波处理例如可使用如下处理：低通滤波器处理；对过去数行程间的值算出单纯的移动平均值的处理；以及，算出加权移动平均值(对过去数行程间的各个数据赋予不同权重的平均值)的处理。如此便可算出滤波处理后的实时Kv。
接着，在方框B503中，根据上述(16)式，由前面算出的实时Kv、以及虚拟进气歧管容积Vb'(n)算出中间变量。另外，此处虽然使用实时Kv，但是并不限定于实时Kv，也可以使用映射Kv，所述映射Kv将使用上述(10)式预先适应的Kv值作为映射储存，检索与使用时的运行状态相对应的映射值来算出。
然后，在方框B504中，根据上述(17)式，由前面算出的中间变量、AFS吸入空气量Qa(n)、以及前次气缸吸入空气量Qc(n-1)算出气缸吸入空气量Qc(n)。如此便可根据进气系统物理模型，由AFS吸入空气量Qa算出气缸吸入空气量Qc。
接着，对算出图6所示节流阀吸入空气量Qth的方法进行说明。另外，运算时机为B05中断处理内的气缸吸入空气量Qc(n)算出后。
图6中，在方框B601中，根据上述(21)式，由实时Kv或映射Kv算出中间变量。然后，在方框B602中，根据上述(23)式，由前面算出的中间变量、以及气缸吸入空气量Qc(n),Qc(n-1)算出节流阀吸入空气量Qth。
如以上所示，如果按图4～图6所示顺序进行运算，则可将进气系统物理模型实装于ECU100内，在发动机控制系统内使用，通过使用如此算出的气缸吸入空气量Qc和节流阀吸入空气量Qth，在带涡轮增压器的发动机控制系统中，便可高精度地控制输出转矩、空燃比、点火时期等。
另外，并不限定于涡轮增压器，在带机械增压器或者带电动增压器的发动机控制系统中，如果为图3所示的进气系统结构(自上游依次为压缩机31、I/C30、节流阀4)，则也可用完全相同的方法算出气缸吸入空气量Qc和节流阀吸入空气量Qth。
如以上所示，实施方式1中，该内燃机的气缸吸入空气量推定装置，在从内燃机的进气管的进气口到内燃机的气缸的路径被划分为空气密度互不相同的多个区域的内燃机中，根据由进气口吸入内燃机的进气口吸入空气量，算出进入气缸的气缸吸入空气量，其中，该内燃机的气缸吸入空气量推定装置具备：吸入空气量检测部，所述吸入空气量检测部设置在进气口附近，检测进气口吸入空气量；各区域密度算出部，所述各区域密度算出部对多个区域算出各区域的密度；全区域平均密度算出部，所述全区域平均密度算出部根据多个区域的各进气管容积与所算出的各密度，算出存在于全区域的空气质量与全区域的平均密度；虚拟进气歧管容积算出部，所述虚拟进气歧管容积算出部根据存在于全区域的空气质量与进气管的总容积，算出假设全区域的空气密度为距气缸最近的进气歧管的密度时所估测的虚拟进气歧管容积；以及，气缸吸入空气量算出部，所述气缸吸入空气量算出部使用进气系统物理模型，由进气口吸入空气量算出气缸吸入空气量，所述进气系统物理模型与带增压器的发动机控制系统对应，并根据由进气歧管进入气缸的空气体积效率即进气歧管基准体积效率、虚拟进气歧管容积、以及各气缸的行程容积导出。
即，由从吸入空气量检测部到气缸的密度互不相同的多个区域的总空气量，算出假设全区域密度为进气歧管密度时的虚拟进气歧管容积，再根据进气歧管基准体积效率、虚拟进气歧管容积、以及各气缸的行程容积，将进气系统的响应延迟物理模型化。
故此，在使用AFS方式算出气缸吸入空气量的带增压器的发动机控制系统中，可利用模拟从AFS部到气缸的响应延迟的进气系统物理模型，由AFS吸入空气量高精度地算出气缸吸入空气量。
实施方式2.
上述实施方式1中，以带涡轮增压器的发动机控制系统为例，对进气系统物理模型及其实装到ECU的方法进行了说明。此外，如上述所示，如果为图3所示的进气系统结构(自上游依次为压缩机31、I/C30、节流阀4)，则还可将该物理模型运用于带机械增压器或者带电动增压器的发动机控制系统。
此处，带机械增压器的发动机控制系统中，进气系统结构可能与图3不同。即，通常自上游依次构成为节流阀、机械增压器(以下称为S/C)、I/C。因此，本发明实施方式2中，对将该物理模型运用于进气系统结构自上游依次为节流阀、S/C、I/C的带机械增压器的发动机控制系统的情况进行说明。
另外，基本的发动机控制涉及的说明与上述实施方式1相同，所以以下仅参考将本发明进气系统物理模型运用于带机械增压器的发动机控制系统的情况所需的附图进行说明。
图7是表示本发明实施方式2所述内燃机的气缸吸入空气量推定装置所运用的带机械增压器的发动机控制系统的各区域空气状态变化与检测该状态变化的传感器类的说明图。
以下对图7与图3的主要相同点及不同点进行说明。首先，进气系统最上游部安装有AFS12及进气温度传感器13这点、以及最下游部的进气歧管5安装有进气歧管压力传感器15及进气歧管温度传感器16这点相同。因此，这些区域与图3相同，分别设为区域a、区域d。
接着，AFS12的下游设有节流阀4，然后依次设有S/C及I/C30这点不同。因此，将节流阀4与S/C之间设为区域e，将S/C与I/C30之间设为区域f。此外，区域e设有压力传感器及温度传感器这点也不同。
另外，带涡轮增压器的发动机控制系统中，利用废气阀34及ABV33控制增压压力；带机械增压器的发动机控制系统中，利用控制曲柄轴与S/C的连接状态的电磁离合器、以及连通图7的区域e与区域f的ABV控制增压压力。
此外，与带涡轮增压器的发动机控制系统相同，算出专利文献2所示的压缩机驱动力Pc，并可根据该压缩机驱动力Pc控制电磁离合器和ABV，以防止进气系统压力和发动机输出过于增大。基于以上内容，图7中如下定义(n：行程数编号)。
Qa(n)：AFS吸入空气量[g/s]的1行程间的平均值
Qth(n)：节流阀吸入空气量[g/s]的1行程间的平均值
Qc(n)：气缸吸入空气量[g/s]的1行程间的平均值
ΔT(n)：1行程间的时间[s]
Vb1：S/C上游容积(节流阀～S/C的容积)[m3]
Vb2：I/C上游容积(S/C～I/C的容积)[m3]
Vb：进气歧管容积(I/C～气缸的容积)[m3]
Vc：每1个气缸的气缸行程容积[m3]
Pa(n)：大气压[kPa]的1行程间的平均值
Pb1(n)：S/C上游压力[kPa]的1行程间的平均值
Pb(n)：进气歧管压[kPa]的1行程间的平均值
Ta(n)：进气温度[K]的1行程间的平均值
Tb1(n)：S/C上游温度[K]的1行程间的平均值
Tb2(n)：I/C上游温度[K]的1行程间的平均值
Tb(n)：进气歧管温度[K]的1行程间的平均值
ρa(n)：大气密度[g/m3]的1行程间的平均值
ρb1(n)：S/C上游密度[g/m3]的1行程间的平均值
ρb2(n)：I/C上游密度[g/m3]的1行程间的平均值
ρb(n)：进气歧管密度[g/m3]的1行程间的平均值
接着，对图7的各区域的空气状态变化进行说明。首先，节流阀4的上游侧(区域a)向大气敞开，基本为大气压Pa(传感器测量值)及进气温度Ta(传感器测量值)。另外，严格来说，还要考虑空气滤清器3造成的压力损失等，但此处忽略。
然后，通过节流阀4，但是此处收缩后再膨胀并积存于区域e，所以节流阀前后的状态变化为等温变化，仅压力降低，密度也降低。但是，还有来自发动机1侧的受热，所以温度略微上升。其结果，区域e的压力为S/C上游压力Pb1(传感器测量值)，温度为S/C上游温度Tb1(传感器测量值)。
接着，S/C中，利用可逆绝热变化压缩空气，所以S/C的下游侧(区域f)中，压力及温度上升，密度也上升。然后，通过I/C30，但是若忽略此处的压力损失，则I/C30的下游侧(区域d)中，仅温度降低，密度上升。
若如此考虑，则通过I/C30时的状态变化为等压变化，所以区域f及区域d的压力相同，为进气歧管压Pb(传感器测量值)，区域f的温度为I/C上游温度Tb2，区域d的温度为进气歧管温度Tb(传感器测量值)。
接着，对根据以上状态变化算出各区域密度的方法(各区域密度算出部)进行说明。首先，区域a的大气压Pa及进气温度Ta均为传感器测量值，所以根据上述实施方式1所示(1)式示出的状态方程式，可算出区域a的密度ρa。另外，当以下也使用上述实施方式1所示的方程式时，仅引用方程式编号。
然后，区域e的S/C上游压力Pb1及S/C上游温度Tb1均为传感器测量值，因此根据与上述(1)式所示的状态方程式相同的(24)式，便可算出区域e的密度ρb1。
【数学式24】
Pb1＝ρb1·R·Tb1∴
接着，算出区域f的密度ρb2。区域f的温度即I/C上游温度Tb2未测量，所以首先算出该温度。此时，S/C的前后可考虑为可逆绝热变化，所以等熵变化的(25)式成立。因此，利用该(25)式可算出I/C上游温度Tb2。但是，当S/C的绝热效率ηad低，难以考虑可逆绝热变化时，可使用考虑绝热效率ηad的括弧内的运算式。(25)式中，κ为比热比。
【数学式25】
∴
此处，如果求出I/C上游温度Tb2，则根据(26)式所示的状态方程式，可算出I/C上游密度ρb2。
【数学式26】
Pb＝ρb2·R·Tb2∴
然后，使用传感器测量值即进气歧管压Pb及进气歧管温度Tb，根据上述(6)式所示的状态方程式，可算出区域d的进气歧管5的密度ρb。如果使用以上方法，则可算出区域a、e、f、d的密度。
接着，对根据AFS吸入空气量Qa算出气缸吸入空气量Qc的方法(全区域平均密度算出部、虚拟进气歧管容积算出部、气缸吸入空气量算出部)进行说明。在从节流阀4下游到进气阀20上游所示的区域，即合并区域e、区域f、区域d的区域efd(总容积Vall[m3]、平均密度ρave[g/m3])中，若关于新空气运用质量保存法则，则上述(7)式成立。另外，节流阀吸入空气量Qth与AFS吸入空气量Qa相等。
此处，总容积Vall及平均密度ρave分别利用(27)式、(28)式定义。
【数学式27】
Vall＝Vb1+Vb2+Vb (27)
【数学式28】
接着，若将进气歧管基准体积效率设为Kv(n)，则可根据上述(10)式算出气缸吸入空气量Qc(n)。另外，当利用S/D方式算出气缸吸入空气量Qc(n)时，使用上述(10)式。
此时，在区域efd中，由于为总容积Vall及平均密度ρave，因此该区域中存在质量ρave×Vall的空气。因此，假如该区域efd中存在的空气密度为进气歧管密度ρb，则与相同质量空气所占容积(虚拟进气歧管容积)Vb'的关系用上述(11)式表示。
此处，若将上述(11)式代入上述(7)式，则得到上述(12)式。以下，将区域efd的密度设为进气歧管密度ρb，将容积设为虚拟进气歧管容积Vb'后，开展说明。另外，若将上述(10)式代入上述(12)式后消去进气歧管密度ρb，则得到上述(13)式。
此外，整理上述(13)式的是上述(16)式及上述(17)式，所以最终与上述实施方式1相同，通过使用(16)式、(17)式，便可根据AFS吸入空气量Qa，算出气缸吸入空气量Qc。
另外，使用该(17)式需要进气歧管基准体积效率Kv(n)，但是该Kv也与上述实施方式1相同，可利用将上述(10)式代入上述(12)式消去气缸吸入空气量Qc后解出Kv的上述(18)式算出。
如果如此算出虚拟进气歧管容积Vb'，则之后的气缸吸入空气量Qc和实时Kv的运算与上述实施方式1完全相同。另外，当采用本发明实施方式2时，节流阀吸入空气量Qth与AFS吸入空气量Qa相等，所以不需要上述实施方式1所示的算出节流阀吸入空气量Qth的运算。
接着，使用图8对在ECU100内根据该进气系统物理模型而实际执行的运算内容具体地进行说明。图8是表示本发明实施方式2所述内燃机的气缸吸入空气量推定装置中算出虚拟进气歧管容积Vb'的处理的控制方框图。另外，求出虚拟进气歧管容积Vb'后的运算内容与上述实施方式1的图5相同，所以省略说明。
图8所示的运算处理与上述实施方式1的虚拟进气歧管容积Vb'的运算处理即图4相同，在如B05中断处理的与发动机1旋转同步的中断处理内执行，平均值等算出方法也相同。
图8中，在方框B801中，根据上述(24)式，由S/C上游压力Pb1(n)及S/C上游温度Tb1(n)算出S/C上游密度ρb1(n)。
然后，在方框B802中，根据上述(25)式及上述(26)式，由进气歧管压Pb(n)、S/C上游压力Pb1(n)、以及S/C上游温度Tb1(n)算出I/C上游密度ρb2(n)。此处，虽然表示已考虑可逆绝热变化时的方程式，但是也可以使用已考虑压缩机31的绝热效率ηad时的方程式。此外，虽然上述(25)式的计算需要指数函数的运算，但是若进行高精度的计算则运算负荷增大，所以可将预先理论计算的值作为表值储存，再检索使用时运行状态的相应值来使用。
接着，在方框B803中，根据上述(27)式及上述(28)式，由前面算出的S/C上游密度ρb1(n)、I/C上游密度ρb2(n)、以及与图4的方框B402同样算出的进气歧管密度ρb(n)算出平均密度ρave(n)。
然后，在方框B804中，与图4的方框B407相同，根据上述(11)式，由前面算出的平均密度ρave(n)及进气歧管密度ρb(n)，算出虚拟进气歧管容积Vb'(n)。通过按以上顺序进行运算，便可由现有的传感器检测值求出虚拟进气歧管容积Vb'(n)。
之后，通过将图8所求的虚拟进气歧管容积Vb'运用于上述实施方式1所示的图5，便可算出气缸吸入空气量Qc。
如以上所示，实施方式2中，将进气系统物理模型实装于ECU100内后，可在发动机控制系统内使用，通过使用如此算出的气缸吸入空气量Qc，在带机械增压器的发动机控制系统中，便可高精度地控制输出转矩、空燃比、点火时期等。
另外，并不限定于机械增压器，在带电动增压器的发动机控制系统中，如果为图7所示的进气系统结构(自上游依次为节流阀4、压缩机31、I/C30)，则可用完全相同的方法算出气缸吸入空气量Qc。
实施方式3.
上述实施方式1中，以带涡轮增压器的发动机控制系统为例，上述实施方式2中，以带机械增压器的发动机控制系统为例，对进气系统物理模型及其实装到ECU的方法进行了说明。
然而，依据本发明进气系统物理模型的气缸吸入空气量的算出方法还可运用于无增压器的发动机控制系统。如此还可运用于T/C系统、S/C系统、以及N/A系统，这在ECU控制程序的通用化方面具有优势。因此，本发明实施方式3中，对将依据前面所说明的进气系统物理模型的气缸吸入空气量的算出方法运用于N/A系统的方法进行说明。
本发明进气系统物理模型的特征在于，根据密度不同的区域的总空气量，考虑假设全区域密度为进气歧管密度时的虚拟进气歧管容积，所以在N/A系统中，不需要考虑虚拟进气歧管容积Vb'，直接使用进气歧管容积Vb即可。
因此，若将上述(16)式的虚拟进气歧管容积Vb'(n)置换成进气歧管容积Vb，则得到(29)式。
【数学式29】
此外，若使用该(29)式重写上述(17)式，则得到(30)式。其中，消去W(n)。另外，该(30)式与专利文献1的段落0063所示的(4)式相同。
【数学式30】
然后，若将实时Kv的算出式即(18)式的虚拟进气歧管容积Vb'(n)置换成进气歧管容积Vb，则得到(31)式。另外，该(31)式与专利文献1的段落0072所示的(6)式相同。
【数学式31】
若如此将本发明进气系统物理模型的虚拟进气歧管容积Vb'(n)置换成进气歧管容积Vb，则得到众所周知的N/A系统的进气系统物理模型。故此，在图5所示的表示算出气缸吸入空气量的处理的控制方框图中，只要将虚拟进气歧管容积Vb'(n)置换成进气歧管容积Vb后再使用，便还可运用于N/A系统的气缸吸入空气量。
如以上所示，实施方式3中，将进气系统物理模型实装于ECU100内后，可在发动机控制系统内使用，通过使用如此算出的气缸吸入空气量Qc，在N/A系统中，便可高精度地控制输出转矩、空燃比、点火时期等。
如以上说明所示，上述实施方式1、上述实施方式2、以及上述实施方式3中，分别对将本发明进气系统物理模型运用于带涡轮增压器的发动机控制系统、带机械增压器的发动机控制系统、以及N/A系统后高精度地算出气缸吸入空气量Qc等的方法进行了说明。
然而，可运用本发明进气系统物理模型的并不限定于这些发动机控制系统，还可用相同的考虑方式运用于将上述多个T/C串联或并联的增压器、以及具备T/C及S/C两者的增压器。
即，对由多个压缩机、I/C、节流阀分割的各区域算出密度，根据密度不同的区域的总空气量，考虑假设全区域密度为进气歧管密度时的虚拟进气歧管容积，从而可同样地运用于任意系统。
标号说明
1 发动机
2 进气管
3 空气滤清器
4 节流阀
5 进气歧管
7 排气管
8 气缸
9 大气压传感器
11 曲柄转角传感器
12 AFS(吸入空气量检测部)
13 进气温度传感器
14 节流阀位置传感器
15 进气歧管压力传感器
16 进气歧管温度传感器
17 喷射器
18 点火塞
19 点火线圈
20 进气阀
21 排气阀
22 排气净化催化剂
23 空燃比传感器
30 I/C
31 压缩机
32 涡轮机
33 ABV
34 废气阀
35 节流阀上游压力传感器
36 涡轮增压器
40 油门位置传感器
100 ECU(各区域密度算出部、全区域平均密度算出部、虚拟进气歧管容积算出部、气缸吸入空气量算出部)。

Claims (6)

1.一种内燃机的气缸吸入空气量推定装置，在从内燃机的进气管的进气口到所述内燃机的气缸为止的路径被划分为空气密度互不相同的多个区域的内燃机中，根据由所述进气口吸入所述内燃机的进气口吸入空气量，算出进入所述气缸的气缸吸入空气量，其特征在于，
所述内燃机的气缸吸入空气量推定装置包括：
吸入空气量检测部，所述吸入空气量检测部设置在所述进气口附近，检测所述进气口吸入空气量；
各区域密度算出部，所述各区域密度算出部对所述多个区域算出各区域的空气密度；
全区域平均密度算出部，所述全区域平均密度算出部根据所述多个区域的各进气管容积与所算出的各空气密度，算出存在于全区域的空气质量与所述全区域的平均空气密度；
虚拟进气歧管容积算出部，所述虚拟进气歧管容积算出部根据存在于所述全区域的空气质量与所述进气管的总容积，算出假设所述全区域的空气密度为距所述气缸最近的进气歧管的空气密度时所估测的虚拟进气歧管容积；以及，
气缸吸入空气量算出部，所述气缸吸入空气量算出部使用进气系统物理模型，由所述进气口吸入空气量算出所述气缸吸入空气量，所述进气系统物理模型与带增压器的内燃机控制系统对应，并根据由所述进气歧管进入所述气缸的空气体积效率即进气歧管基准体积效率、所述虚拟进气歧管容积、以及各气缸的行程容积导出。
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，
所述多个区域自所述进气管上游依次构成为压缩机、中间冷却器、节流阀。
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，
所述多个区域自所述进气管上游依次构成为节流阀、压缩机、中间冷却器。
4.如权利要求1至3中任1项所述的内燃机的气缸吸入空气量推定装置，其特征在于，
所述各区域密度算出部对所述多个区域根据各区域的压力及温度算出空气密度。
5.如权利要求1至3中任1项所述的内燃机的气缸吸入空气量推定装置，其特征在于，
所述进气歧管基准体积效率Kv根据所述进气口吸入空气量Qa、所述进气歧管的密度ρb、所述虚拟进气歧管容积Vb'、所述各气缸的行程容积Vc、行程数编号n以及1行程间的时间ΔT通过下式而算出：
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6.一种内燃机的气缸吸入空气量推定方法，用内燃机的气缸吸入空气量推定装置执行，所述内燃机的气缸吸入空气量推定装置在从内燃机的进气管的进气口到所述内燃机的气缸为止的路径被划分为空气密度互不相同的多个区域的内燃机中，根据由所述进气口吸入所述内燃机的进气口吸入空气量，算出进入所述气缸的气缸吸入空气量，其特征在于，
所述内燃机的气缸吸入空气量推定方法包括：
吸入空气量检测步骤，所述吸入空气量检测步骤检测所述进气口吸入空气量；
各区域密度算出步骤，所述各区域密度算出步骤对所述多个区域算出各区域的空气密度；
全区域平均密度算出步骤，所述全区域平均密度算出步骤根据所述多个区域的各进气管容积与所算出的各空气密度，算出存在于全区域的空气质量与所述全区域的平均空气密度；
虚拟进气歧管容积算出步骤，所述虚拟进气歧管容积算出步骤根据存在于所述全区域的空气质量与所述进气管的总容积，算出假设所述全区域的空气密度为距所述气缸最近的进气歧管的空气密度时所估测的虚拟进气歧管容积；
进气系统物理模型导出步骤，所述进气系统物理模型导出步骤根据由所述进气歧管进入所述气缸的空气体积效率即进气歧管基准体积效率、所述虚拟进气歧管容积、以及各气缸的行程容积，导出与带增压器的内燃机控制系统对应的进气系统物理模型；以及，
气缸吸入空气量算出步骤，所述气缸吸入空气量算出步骤使用所述进气系统物理模型，由所述进气口吸入空气量算出所述气缸吸入空气量。
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