CN107084058B - 用于涡轮增压发动机的进气温度估计系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于涡轮增压发动机的进气温度估计系统。其中该进气温度估计系统包括：绝热压缩进气温度计算单元，该绝热压缩进气温度计算单元基于压缩之前的进气温度、压缩之前的进气压力以及压缩之后的进气压力来计算绝热压缩进气温度；以及估计进气温度计算单元，该估计进气温度计算单元计算估计进气温度。估计进气温度计算单元响应于压缩之后的进气压力的每单位时间的变化量来可变地设置函数的系数，使得在变化量大时估计进气温度对绝热压缩进气温度的跟随性高于在变化量小时估计进气温度到绝热压缩进气温度的跟随性。

Description

用于涡轮增压发动机的进气温度估计系统

技术领域

本发明涉及进气温度估计系统，该进气温度估计系统适用于包括对进气进行压缩并且将经压缩的进气供应给燃烧室的压缩机的涡轮增压发动机，并且该进气温度估计系统对由压缩机压缩之后的进气的温度进行估计。

背景技术

大多数发动机，例如车载发动机都设置有空气流量计和外部空气温度传感器。空气流量计检测进气通道中的进气的体积流量。外部空气温度传感器检测带到进气通道中的外部空气的温度。根据空气流量计和外部空气温度传感器的检测结果来获得引入燃烧室中的进气的质量，即流入气缸的空气量。

另一方面，在包括对进气进行压缩并且将经压缩的进气供应给燃烧室的压缩机的涡轮增压发动机中，进气的温度随着进气由压缩机压缩而升高。随着进气的温度升高，进气的密度减小。为此，在涡轮增压发动机中，为了准确地估计流入气缸的空气量，需要获取由压缩机压缩之后的进气的温度。

传统上，已知在日本专利申请公开No.03-229952(JP 03-229952 A)中被描述为进气温度估计系统的系统，该系统对被涡轮增压发动机中的压缩机压缩之后的进气的温度进行估计。在JP 03-229952 A描述的系统中，根据由压缩机压缩之前的进气压力和进气温度以及由压缩机压缩之后的进气压力来获得绝热压缩进气温度，该进气温度是在绝热状态下由压缩机压缩之后的理论进气温度。使用基于压缩之后的进气压力和发动机旋转速度而设置的校正系数，响应于由于发动机负载和发动机旋转速度的影响引起的进气温度的改变，校正绝热压缩进气温度。因此，获得了压缩之后的进气温度的估计值(估计的进气温度)。

发明内容

顺便提及，在压缩机中的对进气的实际压缩不是在绝热状态下进行的，并且由于例如与外部部件(进气管等)的热交换，关于压缩之后的进气压力的变化的进气温度的变化存在应答延迟。为此，在其中压缩之后的进气压力改变的转变期间，绝热压缩进气温度偏离实际进气温度。然而，在现有的用于涡轮增压发动机的进气温度估计系统中，未考虑与这样的外部部件的热交换，因此存在关于在转变期间的估计进气温度的误差的关注。

当然，如果建立了在涡轮增压发动机的进气系统中的进气行为的精确物理模型，然后通过使用该物理模型来再现进气行为，则可以以高准确度估计由压缩机压缩之后的进气温度。然而，建立这样的物理模型需要非常大量的时间和努力，并且使用这样的物理模型来估计进气温度需要大量的计算。

本发明提供了一种用于涡轮增压发动机的进气温度估计系统，其能够通过简单计算来准确地估计由压缩机压缩之后的进气温度。

本发明的一个方面提供了用于涡轮增压发动机的进气温度估计系统。进气温度估计系统适用于包括压缩机的涡轮增压发动机并且对由压缩机压缩之后的进气的温度进行估计，其中，所述压缩机对进气进行压缩并且将经压缩的进气供应给燃烧室。进气温度估计系统包括绝热压缩进气温度计算单元。绝热压缩进气温度计算单元基于压缩之前的进气温度、压缩之前的进气压力以及压缩之后的进气压力来计算在绝热状态下由压缩机压缩之后的进气温度作为绝热压缩进气温度。压缩之前的进气温度是由压缩机压缩之前的进气的温度。压缩之前的进气压力是由压缩机压缩之前的进气的压力。压缩之后的进气压力是由压缩机压缩之后的进气的压力。

由于与外部部件例如进气管的热交换的影响，相对于由压缩机压缩之后的进气压力的变化，实际的压缩之后的进气温度相比绝热压缩进气温度延迟变化。在外部部件与进气之间的温度差为常数的情况下，外部部件与进气之间的热交换量与时间成比例地增加。为此，即使当压缩之后的进气压力的变化量相同时，在短时间内发生变化的情况下实际的压缩之后的进气温度相比于绝热压缩进气温度的变化的延迟短于在延长的时段内发生变化的情况下的延迟。也就是说，当压缩之后的进气压力的变化很急剧时，压缩之后的进气温度相比于绝热压缩进气温度的延迟较小，并且当压缩之后的进气压力的变化很缓慢时，该延迟较大。因此，延迟不能被简单地表示为一阶滞后模型。

另一方面，用于涡轮增压发动机的进气温度估计系统包括估计进气温度计算单元，其使用以下函数来计算估计进气温度：该函数关于绝热压缩进气温度返回一阶滞后值。估计进气温度是由压缩机压缩之后的进气温度的估计值。如果将函数直接用于计算，则所计算的估计进气温度是关于绝热压缩进气温度的一阶滞后值。为此，在转变期间，估计进气温度从实际的压缩之后的进气温度偏离。

在这方面，在用于涡轮增压发动机的进气温度估计系统中的估计进气温度计算单元响应于压缩之后的进气压力的每单位时间的变化量来可变地设置函数的系数，使得在变化量大时估计进气温度对绝热压缩进气温度的跟随性高于在变化量小时估计进气温度对绝热压缩进气温度的跟随性。当压缩之后的进气压力的每单位时间的变化量大时，也就是说，当压缩之后的进气压力的变化急剧时，以这种方式计算的估计进气温度相比于绝热压缩进气温度的延迟较小。当压缩之后的进气压力的每单位时间的变化量小时，也就是说，当压缩之后的进气压力的变化缓和时，相比于绝热压缩进气温度的延迟较大。因此，除了上述实际的压缩之后的进气温度之外，由估计进气温度计算单元以这样的方式计算的估计进气温度相比于绝热压缩进气温度的延迟也根据压缩之后的进气压力的变化是缓和还是急剧而变化。此外，由估计进气温度计算单元用于计算的函数是表示一阶滞后模型的简单函数，并且该函数的系数仅随着压缩之后的进气压力的急剧或缓和变化而相应地变化。因此，使用用于涡轮增压发动机的进气温度估计系统，可以通过简单计算来准确地估计由压缩机压缩之后的进气温度。

顺便提及，由于如上所述压缩之后的进气温度相比于压缩之后的进气压力而延迟变化，因此，随着压缩之后的进气压力的变化的压缩之后的进气温度的变化即使在压缩之后的进气压力的变化已收敛之后也继续。为此，如果估计进气温度对绝热压缩进气温度的跟随性在压缩之后的进气压力的每单位时间的变化量减小时立即减小，则估计进气温度的变化会比实际的压缩之后的进气温度的变化延迟更多。相比之下，当系数随着压缩之后的进气压力的每单位时间的变化量的减小而变化时，在用于涡轮增压发动机的进气温度估计系统中的估计进气温度计算单元可以在执行防护处理的同时计算估计进气温度，该防护处理是将系数的每单位时间的变化量限制到规定的防护值或限制到规定的防护值以下的处理。当这样的防护处理被执行时，估计进气温度对绝热压缩进气温度的高跟随性即使在压缩之后的进气压力的急剧变化收敛之后也会持续一段时间。因此，可以减小上述估计进气温度的延迟。

如果作为上述防护处理的结果，即使在压缩之后的进气压力的变化收敛之后对系数的变化的限制也继续，则计算的估计进气温度可以收敛至在早于实际的压缩之后的进气温度的压缩之后的进气压力变化后的值。在这种情况下，估计进气温度计算单元可以通过设置防护值、使得当压缩之后的进气压力的每单位时间的变化量大时的防护值小于当变化量小时的防护值，执行防护处理。使用该配置，压缩之后的进气压力的变化朝向收敛行进，并且通过防护处理对系数的变化量的限制随着压缩之后的进气压力的每单位时间的变化量减小而更松。为此，响应于压缩之后的进气压力的变化的收敛，可以通过防护处理更快速地取消对系数的变化量的限制。

另一方面，通常，在涡轮增压发动机加速时压缩之后的进气压力的增大比在涡轮增压发动机减速时压缩之后的进气压力的减小花费的时间更多，因此，压缩之后的进气压力的急剧变化难以在压缩之后的进气压力增大(其中，压缩之后进气温度升高)时发生。为此，通过防护处理对系数的每单位时间的变化量的限制可以不在绝热压缩进气温度升高时执行，而可以仅在绝热压缩进气温度减小时执行。

在涡轮增压发动机加速时压缩之后的进气压力的增大或者在涡轮增压发动机减速时压缩后的进气压力的减小不是单调增大或单调减小。在增大的过程中，可能发生压缩之后的进气压力的暂时减小。在减小的过程中，可能发生压缩之后的进气压力的暂时增大。如果系数响应于在变化的过程中压缩之后的进气压力的暂时波动而改变，则计算的估计进气温度会敏感地响应于暂时波动并且在计算的估计进气温度中会出现不稳定的波动。相比之下，当压缩之后的进气压力的每单位时间的变化量大于或等于规定值时，在用于涡轮增压发动机的进气温度估计系统中的估计进气温度计算单元可以响应于变化量而可变地设置系数。使用该配置，设置死区使得系数不会针对压缩之后的进气压力的每单位时间的变化量而改变直到变化量超过规定值为止，因此在计算的估计进气温度中难以出现如上述在压缩之后的进气压力中的暂时波动的影响。

对于信息而言，可以通过例如更新估计进气温度使得满足由以下数学表达式表示的关系，在用于涡轮增压发动机的进气温度估计系统中的估计进气温度计算单元中执行对估计进气温度的计算。

在以上数学表达式中，T1m表示由绝热压缩进气温度计算单元计算的绝热压缩进气温度，以及T1[old]和T1[new]分别表示被更新之前的估计进气温度和被更新之后的估计进气温度。此外，K是具有大于1或等于1的值的系数。

在这种情况下，随着以上数学表达式中的系数K增大，估计的进气温度对绝热压缩进气温度的跟随性减小；而随着系数K减小，估计进气温度对绝热压缩进气温度的跟随性增大。对于信息而言，当由估计进气温度计算单元用于计算估计进气温度的函数是以上数学表达式时，由估计进气温度计算单元响应于压缩之后的进气压力的单位时间的变化量而可变地设置的系数是以上数学表达式中的系数K。

本发明的一个方面可以被限定为如下。本发明的一个方面提供了一种用于涡轮增压发动机的进气温度估计系统。该涡轮增压发动机设置有压缩机，该压缩机被配置成对进气进行压缩并且将经压缩的进气供应给燃烧室。进气温度估计系统包括电子控制单元。该电子控制单元被配置成：i)基于压缩之前的进气温度、压缩之前的进气压力以及压缩之后的进气压力来计算绝热压缩进气温度，压缩之前的进气温度是由压缩机压缩之前的进气的温度，压缩之前的进气压力是由压缩机压缩之前的进气的压力，压缩之后的进气压力是由压缩机压缩之后的进气的压力，绝热压缩进气温度是在绝热状态下由压缩机压缩之后的进气的温度，ii)使用关于绝热压缩进气温度返回一阶滞后值的函数来计算出估计进气温度，估计进气温度是由压缩机压缩之后的进气温度的估计值，以及iii)可变地设置函数的系数，使得在压缩之后的进气压力的每单位时间的变化量大时估计进气温度对绝热压缩进气温度的跟随性高于在压缩之后的进气压力的每单元时间的变化量小时估计进气温度对绝热压缩进气温度的跟随性。

附图说明

以下将参照附图来描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术意义和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的元件，以及在附图中：

图1是示意性地示出用于涡轮增压发动机的进气温度估计系统的实施方式的配置和涡轮增压发动机的配置的图；

图2是示出在实施方式中的用于计算估计进气温度的系数的映射值与压缩之后的进气压力的变化率之间的关系的图；

图3是在示出在防护处理中设置的防护值与压缩之后的进气压力的变化率之间的关系的图；

图4是示出在实施方式中的计算估计进气温度的处理的过程的流程图；

图5是示意性地示出在实施方式中的在压缩之后的进气压力减小时变化率、系数、映射值、绝热压缩进气温度、实际的压缩之后的进气温度等的变化的时序图；

图6是示出在涡轮增压发动机加速然后减速时压缩之后的进气压力的变化的图；

图7是示出在压缩之后的进气压力增大时实施方式中的计算的估计进气温度对比实际的进气温度等的图；以及

图8是示出在压缩之后的进气压力减小时实施方式中的估计进气温度对比实际的进气温度等的图。

具体实施方式

在下文中，将参照图1至图8来详细描述用于涡轮增压发动机的进气温度估计系统的实施方式。如图1所示，在涡轮增压发动机10的进气通道11中设置有空气滤清器12。根据本实施方式的进气温度估计系统20被应用于涡轮增压发动机10。空气滤清器12对被带入进气通道11中的进气中含有的杂质例如粉尘进行过滤。压缩机13被设置在空气滤清器12的下游部分处的进气通道11中。压缩机13被涡轮机转轮的旋转或曲轴的旋转驱动以对进气进行压缩并且将经压缩的进气排出至进气通道11的下游侧，所述涡轮机转轮的旋转是由来自涡轮增压发动机10的排气流造成的，所述曲轴是涡轮增压发动机10的输出轴。在压缩机13的下游部分处的进气通道11中还设置有节气门14。节气门14通过改变进气通道11的流动通道剖面面积来调节流过进气通道11的进气的体积流量(在下文中被称为进气流量)。进气通道11的下游端被连接至涡轮增压发动机10的燃烧室15。

三个传感器即空气流量计16、温度传感器17和第一压力传感器18被设置在空气滤清器12与压缩机13之间的部分处的进气通道11中。第二压力传感器19被设置在压缩机13与节气门14之间的部分处的进气通道11中。空气流量计16对上述进气流动量进行检测。温度传感器17对由压缩机13压缩之前的进气的温度进行检测(在下文中被称为压缩之前的进气温度T0)。第一压力传感器18对由压缩机13压缩之前的进气的压力进行检测(在下文中被称为压缩之前的进气压力P0)。第二温度传感器19对由压缩机13压缩之后的进气的压力进行检测(在下文中被称为压缩之后的进气压力P1)。

根据本实施方式的进气温度估计系统20被设置在管理对涡轮增压发动机10的控制的电子控制单元(ECU)中。进气温度估计系统20根据温度传感器17、第一压力传感器18和第二压力传感器19的检测结果来估计由压缩机13压缩之后的进气的温度(在下文中被称为压缩之后的进气温度)。电子控制单元21将由进气温度估计系统20估计的压缩之后的进气温度用于对涡轮增压发动机10的各种控制。例如，电子控制单元21基于由空气流量计16检测的进气流动量以及由进气温度估计系统20估计的压缩之后的进气温度(在下文中被称为估计进气温度T1)来获得引入燃烧室15的进气的质量(气缸流入空气质量)。电子控制单元21基于气缸流入空气质量来确定供应给燃烧室15的燃料的质量，使得燃料的质量与气缸流入空气质量的重量比合适，然后控制供应给涡轮增压发动机10的燃料量。

进气温度估计系统20包括两个计算单元，也就是说，绝热压缩进气温度计算单元22和估计进气温度计算单元23。进气温度估计系统20通过由这两个计算单元22、23执行的处理来在每个规定的运算周期中对估计进气温度T1进行计算。

绝热压缩进气温度计算单元22计算绝热压缩进气温度T1m。绝热压缩进气温度T1m是在绝热状态下由压缩机13准静态地压缩进气时，也就是说，在压缩之后的进气温度的变化相对于压缩之后的进气压力P1的变化是完全绝热变化时的压缩之后的理论进气温度。绝热压缩进气温度T1m是基于压缩之前的进气温度T0、压缩之前的进气压力P0和压缩之后的进气压力P1的检测值使得由以下数学表达式(1)表示的关系成立而计算的。在以下数学表达式(1)中，A、B是响应于空气的物理特征而确定的常数。

估计进气温度计算单元23基于因此计算的绝热压缩进气温度T1m来计算估计进气温度T1。估计进气温度T1的计算是通过在每个上述运算周期中更新估计进气温度T1使得由以下数学表达式(2)表示的关系成立来进行的。在以下数学表达式(2)中，T1[old]是被更新之前的估计进气温度T1，而T1[new]是被更新之后的估计进气温度。在以下数学表达式(2)中，K是具有大于1或等于1的值的系数。

根据由以上数学表达式(2)表示的关系，估计进气温度T1在每次更新处增大以下值：该值是通过绝热压缩进气温度T1m与被更新之前的估计进气温度T1的值(T1[old])之差除以系数K而获得的值。在计算涡轮增压发动机10起动之后的初始估计进气温度T1时，将绝热压缩进气温度T1m直接设置为估计进气温度T1。

在以上数学表达式(2)中，当系数K为1时，被更新之后的估计进气温度T1一直是与绝热压缩进气温度T1m相同的值，而与被更新之前的估计进气温度T1无关。也就是说，在此时，计算的估计进气温度T1相比于绝热压缩进气温度T1m的延迟(时间常数)为零。另一方面，当系数K从1增大时，计算的估计进气温度T1相比于绝热压缩进气温度T1m的延迟(时间常数)逐渐增大。以这样的方式，在以上数学表达式(2)中，系数K是确定估计进气温度T1对绝热压缩进气温度T1m的跟随性的系数。

当系数K为常数时，以上数学表达式(2)变成以下函数F，该函数F关于绝热压缩进气温度T1m返回一阶滞后值作为估计进气温度T1。因此，通过估计进气温度计算单元23对估计进气温度T1的计算是使用以下函数F进行的，该函数F关于绝热压缩进气温度T1m返回一阶滞后值。

然而，在本实施方式中，系数K不是常数而是随着压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量而变化的变量。系数K是通过以下处理(a)至(c)来设置的。也就是说，在设置系数K时，估计进气温度计算单元23初始地(a)计算压缩之后的进气压力P1的变化率ΔP1。随后，估计进气温度计算单元23(b)基于变化率ΔP1来计算系数K的映射值Kmap。估计进气温度计算单元23(c)基于映射值Kmap来设置系数K。在此时设置系数K时，(d)根据需要执行对系数K的每单位时间的变化量进行限制的防护处理。

在处理(a)中，将通过从在本次运算周期中获取的压缩之后的进气压力P1的检测值减去在上一运算周期中获取的压缩之后的进气压力P1的检测值而获得的值计算为压缩之后的进气压力P1的变化率ΔP1。当压缩之后的进气压力P1减小时，变化率ΔP1为负。变化率ΔP1的绝对值指示压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量，其中，运算周期被设置为单位时间。除了这些之外，还可以使用其他方法获得变化率ΔP1。例如，获得在每个运算周期中获取的压缩之后的进气压力P1的移动平均线的倾斜度，并且将该倾斜度设置为变化率ΔP1。

通过参照(consult)预先存储的映射来进行在处理(b)中对映射值Kmap的计算。该映射存储变化率ΔP1与映射值Kmap之间的关系。

如图2所示，映射值Kmap在变化率ΔP1的绝对值小于规定值α1的范围内是常数值β。当变化率ΔP1的绝对值增大超出α1时，映射值Kmap从β逐渐减小。在变化率ΔP1的绝对值超过α1并且达到规定值α2(>α1)的范围内，映射值Kmap随着变化率ΔP1的绝对值的增大而急剧减小。在变化率ΔP1的绝对值超过α2的范围内，映射值Kmap随着变化率ΔP1的绝对值的增大而减小更加缓和。

在处理(c)中设置系数K时，当不满足以下条件(i)至(iii)中的一个或更多个条件时，将为系数K直接设置映射值Kmap。

(i)系数K随着压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量(变化率ΔP1的绝对值)的减小而变化。也就是说，系数K是在变化的过程中使得估计进气温度T1对绝热压缩进气温度T1m的跟随性增大。在本实施方式中，如图2所述，由于压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量(变化率ΔP1的绝对值)的减小而导致的映射值Kmap的变化是朝向增大侧的变化。响应于此时的映射值Kmap的增大，系数K也增大。

(ii)绝热压缩进气温度T1m正在降低。

(iii)当为系数K直接设置映射值Kmap时，从上一运算周期开始的系数K的变化量ΔK超过防护值ΔKmax。

相比之下，当满足以上所有条件(i)至(iii)时，执行上述防护处理(d)，并且将系数K设置为以下值，在该值处，从在上一运算周期中设置的系数K(在下文中被称为上一系数Kold)开始的变化量ΔK变成防护值Kmax。在如此配置的防护处理中，从上一运算周期开始的系数K的变化量ΔK，也就是说，其中运算周期被设置为单位时间的系数K的每单位时间的变化量ΔK受限于防护值ΔKmax，或在防护值ΔKmax以下。

如图3所示，防护值ΔKmax是随着压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量(变化率ΔP1的绝对值)而变化的变量。也就是说，当变化率ΔP1的绝对值小于或等于规定值γ1时，将防护值ΔKmax设置为最大设置值ε1，而当变化率ΔP1的绝对值大于或等于规定值γ2(>γ1)时将防护值ΔKmax设置为最小设置值ε2(<ε1)。当变化率ΔP1的绝对值范围是从γ1至γ2时，设置防护值ΔKmax以随着变化率ΔP1的绝对值的增大而以恒定比率从ε1减小至ε2。

如上所述，在用于计算估计进气温度T1的函数F中，估计进气温度计算单元23响应于压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量(变化率ΔP1的绝对值)而可变地设置系数K。系数K确定估计进气温度T1对绝热压缩进气温度T1m的跟随性。也就是说，估计进气温度计算单元23使用系数K，该系数K初始地是常数但在上述函数F中计算估计进气温度T1时被设置为变量，所述函数F关于绝热压缩进气温度返回一阶滞后值。

图4示出了在进气温度估计系统20中计算估计进气温度T1的处理的流程图。在进气温度估计系统20中，在每个规定的运算周期中重复地执行上述例程的处理。该流程图表示在作为一系列处理的每个运算周期中由绝热压缩进气温度计算单元22和估计进气温度计算单元23执行的处理。具体地，由绝热压缩进气温度计算单元22执行流程图中的步骤S100至步骤S103的处理，而由估计进气温度计算单元23执行步骤S200至步骤S220的处理。步骤S210至步骤S214的处理与设置系数K的处理(c)对应。

当开始例程的处理时，初始地，在步骤S100至步骤S102中读取压缩之前的进气温度T0、压缩之前的进气压力P0和压缩之后的进气压力P1的检测值。在步骤S103中，根据以上数学表达式(1)基于读取的检测值来计算绝热压缩进气温度T1m。

随后，在步骤S200中，计算压缩之后的进气压力P1的变化率ΔP1。在接下来的步骤S201中，基于变化率ΔP1计算映射值Kmap。

在接下来的步骤S210中，基于变化率ΔP1计算防护值ΔKmax。随后，在步骤S211中，确定绝热压缩进气温度T1m是否正在降低，也就是说，是否满足上述条件(ii)。当绝热压缩进气温度T1m正在降低时(是)，处理进行至步骤S212。当绝热压缩进气温度T1m未降低时(否)，处理进行至步骤S214。在本实施方式中，基于在本次运算周期中计算的绝热压缩进气温度T1m小于(温度低于)在上一运算周期中计算的绝热压缩进气温度T1m，确定绝热压缩进气温度T1m正在降低。除此之外，该确定可以使用其他方法来进行。例如，获得在每个运算周期中计算的绝热压缩进气温度T1m的移动平均线的倾斜度，并且基于该倾斜度确定绝热压缩进气温度T1m是否正在降低。

当处理进行至步骤S212时，在步骤S212中确定在S201中计算的映射值Kmap是否超过在步骤S210中计算的防护值ΔKmax和当前系数K之和。当映射值Kmap超过该和时(是)，处理进行至步骤S213。当映射值Kmap未超过该和时(否)，处理进行至步骤S214。

在步骤S212中，确定是否满足上述条件(i)和(iii)两者。在该例程中处理进行至步骤S212时，未运算系数K，并且此时的系数K是在上一运算周期中执行例程时设置的值即上述上一系数Kold。

另一方面，如图2所示，映射值Kmap响应于压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量(变化率ΔP1的绝对值)的减小而仅朝向增大侧变化。当映射值Kmap增大时，系数K也在未超过映射值Kmap的范围内增大。因此，当系数K随着压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量(变化率ΔP1的绝对值)的减小而变化(增大)时，也就是说，当满足上述条件(i)时，关系(I)Kmap>Kold成立。

相比之下，在针对系数K直接设置映射值Kmap的情况下，当系数K从上一运算周期开始的变化量ΔK超过防护值ΔKmax时，也就是说，当满足上述条件(iii)时，存在关系(II)Kmap>Kold+ΔKmax成立的情况或者关系(III)Kmap<Kold-ΔKmax成立的情况。当关系(II)成立时，关系(I)肯定成立；而当关系(III)成立时，关系(I)肯定不成立。因此，基于关系(II)成立，也就是说，在步骤S212中做出肯定的确定，使得确定满足条件(i)和(iii)两者。

由于上述处理，当处理进行至步骤S213时，在步骤S213中将当前系数K和防护值ΔKmax之和设置为新系数K，然后处理进行至步骤S220。也就是说，在步骤S213中，执行防护处理(d)。

相比之下，当处理进行至步骤S214时，在步骤S214中将在步骤S201中计算的映射值Kmap设置为系数K，然后，处理进行至步骤S220。

当处理进行至步骤S220时，在步骤S220中根据上述数学表达式(2)基于在步骤S103中计算的绝热压缩进气温度T1m以及在步骤S213或步骤S214中设置的系数K来计算估计进气温度T1。在计算了估计进气温度T1之后，结束在该运算周期中的例程的处理。

在如图1所示的涡轮增压发动机10中，带入进气通道11的进气由压缩机13压缩，并且被馈送给燃烧室15。由于此时在压缩机13处的压缩，进气的温度升高。因此，流入燃烧室15的进气的温度变成了由于在压缩机13处的压缩而升高的温度即上述压缩之后的进气温度。

当压缩之后的进气压力P1由于涡轮增压发动机10的加速或减速而变化时，压缩之后的进气温度也改变。然而，因为压缩之后的进气温度变化，因此在进气与外部部件(压缩机13的壳体、进气管等)之间产生温度差，结果造成压缩之后的进气与外部部件之间的热传递。因此，此时压缩之后的进气温度的变化不是完全绝热的变化，而存在压缩之后的进气温度的变化相比于压缩之后的进气压力P1的变化的延迟。也就是说，实际的压缩之后的进气温度也以相比于在以下假设下计算的绝热压缩进气温度T1m的延迟而变化：压缩之后的进气温度响应于压缩之后的进气压力P1的变化的变化是完全绝热的变化。当压缩之后的进气压力P1的变化急剧时，此时压缩之后的进气温度相比于绝热压缩进气温度T1m的延迟较小，而当压缩之后的进气压力P1的变化缓和时，此时压缩之后的进气温度相比于绝热压缩进气温度T1m的延迟较大。为此，不能将延迟简单地表示为一阶滞后模型。

将考虑在以上数学表达式(2)中的系数K为常数的假设下计算估计进气温度T1的情况。如上所述，其中，系数K是常数，以上数学表达式(2)是以下函数F：关于绝热压缩进气温度T1m也就是说压缩之后的进气压力P1返回一阶滞后值作为估计进气温度T1。在这种情况下，如果将系数设置为适应压缩之后的进气压力P1的变化急剧的情况，则当变化缓和时，计算的估计进气温度T1比实际的压缩之后的进气温度变化更早。另一方面，如果将系数K设置为适应变化缓和的情况，则当变化急剧时，计算的估计进气温度T1比实际的压缩之后的进气温度变化更晚。

相比之下，在根据本实施方式的进气温度估计系统20中，估计进气温度计算单元23响应于压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量(变化率ΔP的绝对值)而可变地设置系数K，然后计算估计进气温度T1。如图2所示，将压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量(变化率ΔP1的绝对值)大时的系数K设置为比在变化量小时的系数K更小的值。如上所述，当系数K从1增大时，计算的估计进气温度T1相比于绝热压缩进气温度T1m的延迟(时间常数)逐渐增大。因此，随着系数K减小，估计进气温度T1对绝热压缩进气温度T1m的跟随性增大。也就是说，估计进气温度T1相比于绝热压缩进气温度T1m的延迟减小。

当压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量大时，也就是说，当压缩之后的进气压力P1的变化很急剧时，由估计进气温度计算单元23计算的估计进气温度T1相比于绝热压缩进气温度T1m的延迟小。当压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量小时，即当压缩之后的进气压力P1的变化缓和时，相比于绝热压缩进气温度T1m的延迟增大。因此，和上述实际的压缩之后的进气温度一样，由估计进气温度计算单元23计算的估计进气温度T1相比于绝热压缩进气温度T1m的延迟的方式根据压缩之后的进气压力P1的变化是缓和还是急剧而变化。此外，由估计进气温度计算单元23用于计算的函数F是表示一阶滞后模型的简单函数，并且该函数F的系数K仅随着压缩之后的进气压力P1的急剧或缓和变化而相应地变化。因此，使用根据本实施方式的进气温度估计系统20，可以通过简单计算来准确地估计由压缩机13压缩之后的进气温度。

然而，如果将根据压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量(变化率ΔP1的绝对值)计算的值(映射值Kmap)直接设置为系数K，则会产生以下不便。

图5示意性地示出了在压缩之后的进气压力P1减小时，变化率ΔP1、系数K、映射值Kmap、绝热压缩进气温度T1m、实际的压缩之后的进气温度(在下文中被称为实际进气温度T1t)等的变化。在图5中，压缩之后的进气压力P1从时刻t1至时刻t4下降，其中，在从t2至t3的时间段中压缩之后的进气压力P1的减小比从t1至t2的时间段中的减小或从t3至t4的时间段中的减小更急剧，其中，从t1至t2的时间段在从t2至t3的时间段之前，从t3至t4的时间段在从t2至t3的时间段之后。也就是说，在从t2至t3的时间段中压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量(变化率ΔP1的绝对值)大于在从t1至t2的时间段中的变化量或在从t3至t4的时间段中的变化量。

如上所述，此时实际进气温度T1的延迟对于压缩之后的进气压力P1的急剧变化而言较小，而对于缓和变化而言较大。然而，实际进气温度T1t的这样的延迟的变化出现在压缩之后的进气压力P1的变化率变化若干时间过去之后。

另一方面，映射值Kmap随着压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量(变化率ΔP1的绝对值)减小而立即增大。为此，上述防护处理未被执行，并且当通过将映射值Kmap直接设置为系数K来计算估计进气温度T1时，如由在时序图中交替的长短虚线表示的，这样计算的估计进气温度T1的减小比实际进气温度T1t的减小更慢。

相比之下，在本实施方式中，当系数K随着变化率ΔP1的绝对值的减小而朝向增大侧改变时，执行防护处理。在防护处理中，系数K的每单位时间的变化量被限制于防护值ΔKmax或防护值ΔKmax以下。为此，即使在压缩之后的进气压力P1的急剧变化已收敛的时刻t3之后，其中针对系数K设置小值的状态，以及，经扩展，其中估计进气温度T1对绝热压缩进气温度T1m的跟随性为高的状态也持续一会。因此，计算的估计进气温度T1还与实际进气温度T1t的行为近似。

如果作为上述防护处理的结果，即使在压缩之后的进气压力P1的变化已收敛之后对系数K的变化的限制也持续，则计算的估计进气温度T1可以比实际进气温度T1t更早收敛到压缩之后的进气压力P1的变化之后的值。也就是说，计算的估计进气温度T1在比时刻t5更早的定时收敛，在时刻t5处，实际进气温度T1t收敛到压缩之后的进气压力P1变化之后的值。就这一点，在本实施方式中，如图3所示，将在压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量(变化率ΔP1的绝对值)大时的防护值ΔKmax设置为比在变化量小时的防护值ΔKmax更大的值。在这种情况下，压缩之后的进气压力P1的变化朝向收敛行进，并且通过防护处理对系数K的变化量的限制随着压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量减小而更松。为此，可以响应于压缩之后的进气压力P1的变化的收敛，更快地取消通过防护处理对数K的变化量的限制。

如图6所示，在涡轮增压发动机10加速时增大压缩之后的进气压力P1花费的时间比在涡轮增压发动机10减速时减小压缩之后的进气压力P1花费的时间更长。为此，在压缩之后的进气温度增大而压缩之后的进气压力P1增大时，可以将计算的估计进气温度T1近似为实际进气温度T1t，即使不使用防护处理中的防护值ΔKmax限制系数K的每单位时间的变化量时也如此。然后，在本实施方式中，为了进一步减小计算估计进气温度T1的负荷，在防护处理中，在绝热压缩进气温度T1m升高时，不限制系数K的每单位时间的变化量，而仅在绝热压缩进气温度T1m下降时限制系数K的每单位时间的变化量。

在涡轮增压发动机10加速时压缩之后的进气压力P1的增大或者在涡轮增压发动机10减速时压缩之后的进气压力P1的减小不是单调增大或单调减小。在增大的过程中，可能发生压缩之后的进气压力P1的暂时减小。在减小的过程中，可能发生压缩之后的进气压力P1的暂时增大。如果响应于压缩之后的进气压力P1的这样的暂时波动而改变系数，则计算的估计进气温度T1会响应于暂时波动并且在计算的估计进气温度T1中可能出现不稳定的波动。就这一点，在本实施方式中，如图2所示，在其中压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量(变化率ΔP1的绝对值)小于或等于α1的范围中，将映射值Kmap设置为常数值β，并且设置死区。在死区中，系数K保持不变，并且响应于变化量，系数K不改变。为此，压缩之后的进气压力P1的暂时波动的影响难以如上所述出现在计算的估计进气温度T1中。

图7示出了由于涡轮增压发动机10的加速，在压缩之后的进气压力P1增大时绝热压缩进气温度T1m、计算的估计进气温度T1以及实际进气温度T1t的变化。图8示出了由于涡轮增压发动机10的减速，在压缩之后的进气压力P1减小时绝热压缩进气温度T1m、计算的估计进气温度T1以及实际进气温度T1t的变化。图7和图8作为比较例一起附加地示出了在将系数K固定于适于压缩之后的进气压力P1急剧地变化的情况的值的情况下计算的估计进气温度T1a的变化以及在将系数K固定于适于压缩之后的进气压力P1缓慢变化的情况的值的情况下的计算的估计进气温度T1b的变化。

如上所述，实际进气温度T1t相比于绝热压缩进气温度T1m的延迟取决于绝热压缩进气温度T1m的变化即压缩之后的进气压力P1的变化是急剧还是缓和而变化。因此，如果将系数K设置为常数值，则存在不会遇见这样的延迟的变化的情况。因此，如图7和图8所示，在系数K被固定的情况下的计算的估计进气温度T1a、T1b的轨迹两者从实际进气温度T1t显著地偏离。相比之下，在根据本实施方式的被配置成响应于压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量而可变地设置系数K的进气温度估计系统20中的计算的估计进气温度T1的轨迹近似于实际进气温度T1t的轨迹。

可以将上述实施方式修改为以下可替代实施方式。在上述实施方式中，当压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量(变化率ΔP1的绝对值)小于α1时，将系数K固定至β并且系数K随着变化量增大超出α1而从β逐渐地减小。也就是说，在上述实施方式中，设置死区。在死区中，系数K响应于变化量而保持不变直到变化量达到一定幅度为止。因此，压缩之后的进气压力P1的变化的过程中的暂时波动的影响难以出现在计算的估计进气温度T1中。不设置这样的死区，但是可以响应于贯穿变化量的范围的变化量而可变地设置系数K。

在选择不设置上述死区的情况下，当在变化的过程中压缩之后的进气压力P1中的暂时波动对计算的估计进气温度T1的影响不可忽略时，可以采用以下方式。也就是说，使压缩之后的进气压力P1的检测值或压缩之后的进气压力P1的计算的每单位时间的变化量经受滤波，并且预先使暂时波动平滑。使用这种方式，即使在未设置上述死区时，压缩之后的进气压力P1的暂时波动的影响难以出现在计算的估计进气温度T1中。

在上述实施方式中，在绝热压缩进气温度T1m正升高时不执行防护处理而仅在绝热压缩进气温度T1m正下降时执行防护处理。替代地，当绝热压缩进气温度T1m正升高时也可以执行防护处理。例如，当修改流程图的过程使得省略在图4的流程图中的步骤S211的处理并且在步骤S210的处理之后处理进行至步骤S212时，在绝热压缩进气温度T1m正升高时也执行防护处理。

在上述实施方式中，随着压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量(变化率ΔP1)增大而将防护处理的防护值ΔKmax设置为较大值。因此，通过防护处理对系数K的变化量的限制随着压缩之后的进气压力P1的变化朝向收敛行进而更松。替代随着压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量的减小而减小防护值ΔKmax，可以在压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量已减小到设置值时取消通过防护处理对系数K的每单位时间的变化量的限制。以这种方式，在压缩之后的进气压力P1的变化已收敛至一定程度时可靠地取消通过防护处理对系数K的变化量的限制。

在上述实施方式中，响应于压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量(变化率ΔP1的绝对值)而可变地设置防护值ΔKmax。替代地，可以将防护值ΔKmax设置为常数。同样在这种情况下，随着压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量的减小，系数K不立即减小。为此，获得与实际进气温度T1t的行为近似的计算的估计进气温度T1，该实际进气温度T1t即使在压缩之后的进气压力P1的变化收敛之后也继续改变。

在上述实施方式中，执行防护处理。在防护处理中，在系数K随着压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量的减小而变化时，系数K的每单位时间的变化量被限制到防护值ΔKmax或在防护值ΔKmax之下。替代地，可以不执行这样的防护处理。防护处理展现其有利影响的情况是压缩之后的进气压力P1的变化比一定程度更急剧的情况。因此，当变化未变得如此急剧时，可以在不执行防护处理的情况下准确地估计由压缩机13压缩之后的进气温度。

在上述实施方式中，通过将上述数学表达式(2)用作关于绝热压缩进气温度T1m返回一阶滞后值的函数来计算估计进气温度T1。不同于上述函数的函数可以被用作这样的函数。例如，返回绝热压缩进气温度T1m的加权的移动平均值的函数也是关于绝热压缩进气温度T1m返回一阶滞后值的函数。在这种情况下，替代在上述实施方式中的系数K，响应于压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量而可变地设置在所述函数中确定估计进气温度T1对绝热压缩进气温度T1m的跟随性的系数。例如，在返回加权的移动平均值的函数的情况下，上述实施方式中的系数K被分别分配给绝热压缩进气温度T1m的多个计算值的权重系数代替。以这样的方式，根据所使用的函数，可以存在确定估计进气温度T1对绝热压缩进气温度T1m的跟随性的多个系数。根据所使用的函数，可以在增大估计进气温度T1的跟随性时增大系数。在任何情况下，当运算这样的系数使得在压缩之后的进气压力P1的每单位时间的变化量大时估计进气温度T1对绝热压缩进气温度T1m的跟随性高于在变化量小时估计进气温度T1对绝热压缩进气温度T1m的跟随性，可以获得与实际进气温度T1t进一步近似的计算的估计进气温度T1。

Claims (6)

1.一种用于涡轮增压发动机的进气温度估计系统，所述涡轮增压发动机设置有压缩机，所述压缩机被配置成对进气进行压缩并且将经压缩的进气供应给燃烧室，所述进气温度估计系统包括：

电子控制单元，所述电子控制单元被配置成：

i)基于压缩之前的进气温度、压缩之前的进气压力以及压缩之后的进气压力来计算绝热压缩进气温度，所述压缩之前的进气温度是由所述压缩机压缩之前的进气的温度，所述压缩之前的进气压力是由所述压缩机压缩之前的进气的压力，所述压缩之后的进气压力是由所述压缩机压缩之后的进气的压力，所述绝热压缩进气温度是在绝热状态下由所述压缩机压缩之后的进气的温度，

ii)使用关于所述绝热压缩进气温度返回一阶滞后值的函数计算出估计进气温度，所述估计进气温度是由所述压缩机压缩之后的进气温度的估计值，以及

iii)可变地设置所述函数的系数，使得在所述压缩之后的进气压力的每单位时间的变化量大时所述估计进气温度对所述绝热压缩进气温度的跟随性高于在所述压缩之后的进气压力的每单位时间的变化量小时所述估计进气温度对所述绝热压缩进气温度的跟随性。

2.根据权利要求1所述的进气温度估计系统，其特征在于，

所述电子控制单元被配置成：当所述系数在所述压缩之后的进气压力的每单位时间的变化量减小的情况下变化时，在执行防护处理的同时计算所述估计进气温度，所述防护处理是将所述系数的每单位时间的变化量限制到规定的防护值或规定的防护值以下的处理。

3.根据权利要求2所述的进气温度估计系统，其特征在于，

所述电子控制单元被配置成执行所述防护处理，使得在所述压缩之后的进气压力的每单位时间的变化量大时的防护值小于在所述压缩之后的进气压力的每单位时间的变化量小时的防护值。

4.根据权利要求2或3所述的进气温度估计系统，其特征在于，

所述电子控制单元被配置成在所述绝热压缩进气温度上升时不执行所述防护处理，并且所述电子控制单元被配置成仅在所述绝热压缩进气温度降低时执行所述防护处理。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的进气温度估计系统，其特征在于，

所述电子控制单元被配置成在所述压缩之后的进气压力的每单位时间的变化量大于或等于规定值时，响应于所述压缩之后的进气压力的每单位时间的变化量可变地设置所述系数。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的进气温度估计系统，其特征在于，

所述电子控制单元被配置成通过更新所述估计进气温度来计算所述估计进气温度，使得满足由以下数学表达式表示的关系：

其中，T1m是由所述电子控制单元计算的所述绝热压缩进气温度，T1[old]是被更新之前的所述估计进气温度，T1[new]是被更新之后的所述估计进气温度，以及K是具有大于1或等于1的值的系数。

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