CN108730055B - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明获得一种能高精度地计算废气温度，消除涡轮流量、废气旁通阀开度的偏差差异，来高精度地控制为输出目标值的内燃机的控制装置。热效率运算部(312)基于内燃机的热效率的变化因子即点火定时、填充效率、空燃比或排气再循环(EGR)率的任意一种组合来运算热效率，排气损耗运算部(301)基于由热效率运算部运算得到的热效率、以及排气损耗的变化因子即点火定时、填充效率、空燃比或EGR率的任意一种组合来运算排气损耗，排气口温度运算部(302)基于由排气损耗运算部(301)运算得到的排气损耗来运算排气口部的废气温度。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及能够进行推定从内燃机排出的废气的温度的排气系统的状态推定的内燃机的控制装置。
背景技术
以往，出于提高内燃机的输出等目的，已知有下述带增压器的发动机，其而搭载有通过利用废气使涡轮旋转来进行动作的涡轮增压器。
专利文献1中，基于发动机的输出目标值计算目标吸入空气量(约等于目标填充效率)，基于目标吸入空气量和发动机转速计算目标增压压力，根据目标增压压力计算目标涡轮流量，并根据废气流量和目标涡轮流量计算目标废气旁通阀流量，来控制废气旁通阀开度，从而控制压缩机驱动力以达到目标转矩。
目标废气旁通阀流量的计算需要废气温度，然而在专利文献1中，废气温度使用根据存储器内所存储的填充效率和转速来进行参照的映射值。
专利文献2中，根据进气氧浓度和燃料喷射时期的变化量计算从基准运转状态起的热效率的变化量，并基于基准运转状态的排气热量和从基准运转状态起的热效率的变化量来推定排气温度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5963927号公报
专利文献2：日本专利特开2015-031170号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
专利文献1中，由于根据利用填充效率和转速进行参照的映射来求得的废气温度无法应对点火定时、空燃比存在偏差或变化的情况下的废气温度的变化，因此，使用废气温度计算出的涡轮流量、废气旁通阀开度发生偏差，增压压力过剩而成为导致发动机、涡轮增压器损坏的原因，或者增压压力不足而导致行驶性变差，并且要通过过剩的油门操作来弥补增压压力不足从而产生油耗变差等问题。
此外，专利文献2中，基于从基准运转状态起的热效率的变化量来推定排气温度，因此存在以下问题，即：若因冷却损耗等的变化而导致热效率与排气热量的关系发生偏差，则排气温度会发生偏差。
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控制装置，能够高精度地推定排气损耗从而高精度地计算废气温度，消除涡轮流量、废气旁通阀开度的偏差，并高精度地控制为输出目标值。
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控制装置包括：热效率运算部，该热效率运算部基于内燃机的热效率的变化因子即点火定时、填充效率、空燃比、EGR率的任意一种组合，来运算热效率；排气损耗运算部，该排气损耗运算部基于热效率运算部运算得到的热效率、与排气损耗的变化因子即点火定时、填充效率、空燃比、EGR率的任意一种组合，来运算排气损耗；以及排气口温度运算部，该排气口温度运算部基于排气损耗来运算排气口部的废气温度。
发明效果
根据本发明所涉及的内燃机的控制装置，通过根据热效率、与影响排气损耗的变化的因子即点火定时、填充效率、空燃比、EGR率的任意一种组合求出排气损耗并推定排气口部的废气温度，从而能够高精度地推定因热效率的变化而引起的排气损耗的变化，因此能够高精度地推定排气口部的废气温度，并能够防止内燃机、涡轮增压器的损坏、以及行驶性、油耗变差。
附图说明
图1是应用本发明的实施方式1和实施方式2所涉及的内燃机的控制装置的内燃机的系统结构图。
图2是表示本发明的实施方式1和实施方式2所涉及的内燃机的控制装置的框图。
图3是表示本发明的实施方式1和实施方式2所涉及的内燃机的控制装置的功能的框图。
图4是用于说明本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置的动作的流程图。
图5A、图5B是示出表示本发明的实施方式1所涉及的实测值与推定值的关系即推定精度的图表的图。
图6是用于说明本发明的实施方式1和实施方式2所涉及的内燃机的控制装置的动作的流程图。
图7是用于说明本发明的实施方式2所涉及的内燃机的控制装置的动作的流程图。
具体实施方式
实施方式1.
图1是表示本发明所涉及的内燃机(以下，称为发动机)的进排气系统的结构图。图1中，在发动机1的曲柄上安装有曲柄角传感器11，该曲柄角传感器11用于生成与其旋转角相对应的电信号。此外，形成进气通路的进气管2、以及形成排气通路的排气管7分别与发动机1的燃烧室的吸入口和排出口相连接。
在进气管2的上游侧(发动机1的相反侧)安装有用于对引入的外界气体进行净化的空气净化器3。在进气管2的空气净化器3的下游侧(发动机1一侧)，以相互成为一体或相互独立的方式设置有生成与吸入空气流量相对应的电信号的气流传感器12、以及生成与吸入通路内的吸入空气温度相对应的电信号的吸入空气温度传感器(进气温度传感器)13。另外，在图1中，示出两个传感器12、13构成为一体的示例。此外，在进气管2的空气净化器3的下游侧(发动机1一侧)，设置有生成与大气压相对应的电信号的大气压传感器9。
在排气管7的上游侧(发动机1一侧)，设置有废气净化催化剂22。在排气管7的废气净化催化剂22的上游侧(发动机1一侧)，设置有空燃比传感器16，该空燃比传感器16用于生成与燃烧的燃料和空气的比例相对应的电信号。
此外，在由进气管2和排气管7构成的进排气系统中，设置有包括压缩机(Compressor)31和与该压缩机31一体旋转的涡轮32的增压器(涡轮增压器)36。涡轮32设置于排气管7的废气净化催化器22的上游侧，由在排气管7内流通的废气进行旋转驱动。压缩机31设置于进气管2的空气净化器3的下游侧。
该压缩机31伴随着涡轮32的旋转而被旋转驱动，从而对进气通路内的空气进行压缩。
在压缩机31的下游侧，设置有空气旁通阀33，该空气旁通阀33主要用于使压缩空气量分流至进气管2，以避免在油门释放时被压缩的增压压力逆流而导致涡轮32损坏。在空气旁通阀33的下游侧设置有中间冷却器30。在中间冷却器30的下游侧设置有节流阀4，该节流阀4用于对送入发动机1的空气量进行调整。节流阀4与节流阀位置传感器14相连接，该节流阀位置传感器14生成与该节流阀4的节流开度相对应的电信号。此外，在节流阀4的上游侧设置有节流阀上游压力传感器35，该节流阀上游压力传感器35生成与中间冷却器30和节流阀4之间的空气压力相对应的电信号。
并且，在进气管2的进气通路的节流阀4的下游侧，设置有用于消除进气脉动的稳压罐5。稳压罐5中设置有生成与稳压罐5内的空气压力相对应的电信号的进气歧管压力传感器(以下称为进气歧管压传感器)15、以及生成与稳压罐5内的吸入空气温度相对应的电信号的进气歧管进气温度传感器6。可以不使用直接测定进气歧管压力(以下称为进气歧管压)Pb的进气歧管压传感器15，而根据其他的传感器信息来推定进气歧管压Pb。也可以不使用直接测定进气口部的进气温度的进气歧管进气温度传感器6，而根据其他的传感器信息来推定进气口部的进气温度Tin。
在进气管2中，在稳压罐5的下游的发动机1一侧设置有喷射燃料的喷射器17。另外，喷射器17也可以设置为直接向气缸8内喷射燃料。
在气缸8的顶部设置有火花塞18和点火线圈19，上述火花塞18用于对吸入发动机1的空气和从喷射器17喷射出的燃料相混合而生成的可燃混合气体进行点火，上述点火线圈19产生用于在火花塞18打出火花的电流。此外，还设置有对从进气通路被导入到气缸8内的可燃混合气体量进行调节的进气阀20、以及对从气缸8内被排出至发动机的排气通路的废气量进行调节的排气阀21。
在涡轮32的上游侧设置有用于将废气分流至排气旁通通路的废气旁通阀34，从而即使增压压力因高旋转高负荷而增加也不会损坏发动机。
作为驱动废气旁通阀34的致动器，可以使用对施加于膜片的压力进行控制的压力式的致动器，也可以使用直接指示阀门开度的电动式的致动器中的任一种。
图1中虽然没有进行图示，但还具备进气阀的可变阀正时机构(进气VVT)、排气阀的可变阀正时机构(排气VVT)、EGR(排气再循环)阀来作为用于减少废气、降低油耗的机构。
图2是示意性地示出本发明所涉及的内燃机的控制装置的结构的框图。
图2中，电子控制单元(以下称为ECU)100接受由构成传感器200的曲柄角传感器11、气流传感器12、吸入空气温度传感器13、节流阀位置传感器14、进气歧管压传感器15、进气歧管进气温度传感器6以及空燃比传感器16各自生成的电信号。
分别示出曲柄角传感器的转速(也称为发动机转速)Ne、实际测量空气流量Gr、吸入空气温度T1、节流阀开度TH、进气歧管压Pb或吸入空气压力、进气口部的进气温度Tin、空燃比AF。
此外，ECU100还从涡轮增压器所必需的大气压传感器9、节流阀上游压力传感器35、以及其他各种传感器S分别接受电信号。该各种传感器中包含生成与油门(未图示)的操作量相对应的电信号的油门位置传感器或油门开度传感器、发动机1的燃烧控制用的传感器或车辆的行为控制用的传感器(例如、车速传感器、外界气体温度传感器等)。
分别示出大气压P1、节流阀上游压力P2、油门开度D、车速VSP、外界气体温度Tout等。
并且，ECU100基于来自曲柄角传感器11的转速Ne、来自气流传感器12的实际测量空气流量Gr、来自节流阀位置传感器14的节流阀开度TH、来自进气歧管压传感器15的进气歧管压Pb、来自空燃比传感器16的空燃比AF、来自大气压传感器9的大气压P1、来自节流阀上游压力传感器35的节流阀上游压力P2、以及来自检测设置于车辆的油门的开度的油门开度传感器(各种传感器S)的油门开度D等各输入数据，来计算推定从发动机1产生的实际转矩的推定输出转矩TRQ(未图示)，并基于来自上述各传感器的输入数据、以及来自其它的控制器C(例如，变速器控制、制动控制、牵引力控制、稳定控制等)的转矩要求值，来计算目标转矩TRQt(未图示)。
此外，ECU100控制致动器210，参照空燃比AF、各控制目标值(例如，进气、排气VVT开度，EGR(排气再循环)率、点火定时等)从而实现目标转矩TRQt，驱动控制节流阀4的致动器(驱动部)4a从而实现吸入空气流量的目标吸入空气流量Gat，驱动控制喷射器17的致动器(驱动部)17a从而实现空燃比AF的目标值，对由点火线圈19的驱动电路构成的致动器部(驱动部)19a进行通电控制从而实现点火定时的目标值，并驱动控制废气旁通阀34的致动器(驱动部)34a从而实现废气旁通阀开度的目标值。此外，ECU100还计算针对这些致动器以外的各种致动器A的目标值并进行控制。此外，各种致动器A中也进行例如驱动散热器风扇和使散热器风扇停止的控制。
这里，ECU100由具有执行运算处理的CPU111、存储程序数据、固定值数据的ROM112、更新所存储的数据来依次进行改写的RAM113的微处理器110构成。将ROM和RAM包含在内设为存储部。
图3是具体示出图2的ECU100所具有的功能中与排气温度运算、空气量运算及废气旁通阀控制相关的功能的框图。排气温度运算部300、空气量运算部310、废气旁通阀控制部320作为软件被存储在ECU100的ROM112中。
排气温度运算部300包含排气损耗运算部301、排气口温度运算部302、排气管变化温度运算部303、以及排气口下游温度运算部304。
空气量运算部310包含目标转矩运算部311、热效率运算部312、以及目标气缸空气量运算部313。
废气旁通阀控制部320包含目标进气歧管压运算部321、目标节流阀上游压力运算部322、目标压缩机驱动力运算部323、目标涡轮流量运算部324、以及目标废气旁通阀开度运算部325。
排气损耗运算部301中，根据热效率运算部312运算出的热效率、点火定时Ig、填充效率Ec、空燃比AF、EGR率Regr等来运算排气损耗。
排气口温度运算部302中，使用排气损耗运算部301运算得到的排气损耗来运算排气口部的废气温度。
排气管变化温度运算部303中，运算从排气口部到排气口下游部即涡轮上游部之间因热损耗而变化的温度。
排气口下游温度运算部304中，根据排气口温度运算部302运算得到的排气口部的废气温度、以及排气管变化温度运算部303运算得到的变化温度，来运算排气口下游部即涡轮上游部的废气温度。
目标转矩运算部311中，基于驾驶员进行操作的油门开度、或者来自变速器等其他控制器的请求转矩，来运算目标转矩。
热效率运算部312中，运算根据发动机的运转条件即点火定时Ig、填充效率Ec、空燃比AF、EGR率Regr等而变化的热效率。
目标气缸空气量运算部313中，基于目标转矩运算部311运算得到的目标转矩、热效率运算部312运算得到的热效率，来运算发动机产生目标转矩所需的气缸空气量。
目标进气歧管压运算部321中，运算将目标气缸空气量导入气缸所需的进气歧管压来作为目标进气歧管压。
目标节流阀上游压力运算部322中，将因节流阀中的压力损耗而产生的压力下降考虑在内来运算实现目标进气歧管压所需的目标节流阀上游压力。
目标压缩机驱动力运算部323中，基于压缩机前后的压力比和吸入空气量来运算目标压缩机驱动力。
目标涡轮流量运算部324中，使用目标压缩机驱动力运算部323运算得到的目标压缩机驱动力、以及排气口下游温度运算部304运算得到的涡轮上游部的废气温度，来运算目标涡轮流量。
目标废气旁通阀开度运算部325中，根据排气流量和目标涡轮流量运算目标废气旁通阀流量，使用目标废气旁通阀流量和排气口下游温度运算部304运算得到的涡轮上游的废气温度来运算目标废气旁通阀开度。
对热效率和排气损耗进行补足。
表示在气缸所具有的所有热量内其热量如何被分配的平衡为热平衡。
在热平衡的分配内，作为发动机的旋转动力而有效做功的部分是热效率，作为废气的热量被废弃的部分是排气损耗。因发动机的冷却而丧失的热量是冷却损耗。还存在其他因发动机的内部摩擦、辅机驱动而失去的热量的机械损耗等。
根据排气损耗ηex和进气口部的进气温度Tin、汽油发热量Q、汽油质量流量Gfuel、定压比热Cp、废弃流量Gex，通过基于状态方程式的式(1)，来求出排气口部的废气温度Tex。
【数学式1】
Figure BDA0001504215440000091
由此，通过高精度地推定排气损耗ηex，从而能够进行精度较高的废气温度Tex的运算。
图4是在流程图中示出图3的热效率运算部312和排气温度运算部300的图。下面进行详细说明。
在步骤S401中，运算热效率η。热效率η通过下述方式求出，即：针对预先存储的发动机的各运转状态的基本的常数项，使用使热效率变化的影响因子即至少点火定时Ig、填充效率Ec、空燃比AF、EGR率Regr来将热效率的变化例如作为映射值进行存储，并进行修正。
EGR率Regr是根据EGR阀流量求出的外部EGR率加上根据推定出的进排气效率求出的内部EGR率后的总EGR率。
步骤S402中，利用式(2)运算排气损耗ηex。
【数学式2】
ηex＝K1+(K2×η)+(K3×Ig)+(K4×Ec)+(K5×AF)+(K6×Regr)...(2)
K1、K2、K3、K4、K5、K6是常数，根据按照发动机机型预先在各种运转条件下使发动机参数变化的情况下的实际测得的排气温度求出的排气损耗被预先设定为根据热效率η、点火定时Ig、填充效率Ec、空燃比AF、EGR率Regr通过多元回归分析而决定的值。
排气损耗ηex的运算使用的独立变量不仅仅局限于上述热效率η、点火定时Ig、填充效率Ec、空燃比AF、EGR率Regr，例如还可以增加进气歧管压Pb等独立变量，从而减小根据排气温度求出的实际测得的排气损耗、与通过近似式求出的排气损耗ηex之间的误差。此外，例如在根据排气温度求出的实际测得的排气损耗相对于点火定时Ig表现出二次曲线的趋势的情况下，也可以变更为点火定时Ig的平方项，或增加平方项。
步骤S403中，使用作为已知数的排气损耗ηex、汽油发热量Q、燃料供给量Gfuel、废气流量Gex，通过式(3)求出包含废气温度Tex和定压比热Cp这两者的{(Tex－Tin)×Cp}的值，该值当前在根据排气损耗ηex求取排气口部的废气温度Tex的式(1)内为未知数。
【数学式3】
Figure BDA0001504215440000101
汽油发热量Q是常数，为44000[kJ/kg]。
燃料供给量Gfuel根据气缸空气量Gair和空燃比AF求出，上述气缸空气量Gair是根据由气流传感器测量出的吸入空气量(实际测量空气流量)Gr并考虑到吸入气缸的吸入延迟来求出的。
Gfuel＝Gair/AF····(4)
废气流量Gex根据气缸空气量Gair和燃料供给量Gfuel求出。
Gex＝Gair+Gfuel···(5)
为了运算废气温度，需要发动机排气冲程中的废气流量Gex和燃料供给量Gfuel，但由于气缸空气量Gair是进气冲程中的测量值，因此考虑到冲程延迟，在四气缸发动机的情况下，使用三冲程前的值。
在步骤S404中，根据步骤S403中求出的(Tex－Tin)×Cp，利用参照MAP1的值的式(6)，求出定压比热Cp。
【数学式4】
Cp＝MAP1((Tex-Tin)×Cp)............(6)
定压比热Cp与用式(3)求出的未知数的总值(Tex－Tin)×Cp的关系通过参照确认预先在各种运转条件下使发动机参数变化的情况下的未知数的总值(Tex－Tin)×Cp与定压比热Cp的关系来进行设定的MAP1从而求出。
也可以将斜率a和截距b作为常数预先进行设定，并用以下的计算式(7)求出。
Cp＝{(Tex－Tin)×Cp}×a+b·····(7)
由于定压比热Cp根据废气温度而变化，因此若不求出废气温度Tex则无法求出定压比热Cp，但若在求出未知数的总值(Tex－Tin)×Cp之后，使用未知数的总值(Tex－Tin)×Cp通过式(6)或式(7)求出定压比热Cp，则可求出定压比热Cp。
步骤S405中，通过以下的式(1)求出排气口部的废气温度Tex。
【数学式5】
Figure BDA0001504215440000111
进气口部的进气温度Tin是由安装于稳压罐5的进气歧管进气温度传感器6所检测出的值。
图5A和图5B是排气损耗ηex和排气口部的废气温度Tex的推定结果。
图5A是由式(2)求出的排气损耗ηex相对于根据实测得到的排气口部的废气温度计算出的排气损耗的图，由图可知可得到表示强相关的结果。
图5B是由式(1)求出的排气口部的废气温度Tex相对于实测得到的排气口部的废气温度的图，由图可知可得到表示强相关的结果。
步骤S406中，通过式(8)求出发动机室内的排气管周边温度Trex。
【数学式6】
Trex＝MAP2(max(VSP，Rfan)，Tout).........(8)
根据车速VSP和散热器风扇的风速Rfan中较大一方的值、以及外界气体温度Tout，参照预先设定的MAP2来求出排气管周边温度Trex。
车速VSP是车速传感器(未图示)中的检测值。散热器风扇的风速Rfan是将散热器风扇动作时的风速作为常数进行存储的值，散热器风扇动作时选择常数值，不动作时选择0。
外界气体温度Tout是外界气体温度传感器(未图示)中的检测值。
由于发动机室内的排气管周边温度Trex受到来自排气管的受热、以及在行驶时或散热器风扇动作时因来自前格栅的导入外界气体而产生的散热和扩散的影响，因此将预先用实际车辆测量得到的发动机室内的排气管周边温度设定于MAP2并进行参照。
步骤S407中，通过式(9)求出排气管的温度效率ηt。
【数学式7】
ηt＝MAP3(Gex，Ne)...............(9)
排气管的温度效率ηt是排气口部的废气温度Tex下降至排气口下游部的废气温度T3为止的温度差(Tex－T3)、与排气口部的废气温度Tex和排气管周边温度Trex的温度差(Tex－Trex)之间的比率(式(10))。
【数学式8】
Figure BDA0001504215440000121
由于排气管的温度效率ηt与废气流量Gex和发动机转速Ne存在相关性，因此预先用实际车辆测量排气口部的废气温度Tex、排气口下游部的废气温度T3、发动机室内的排气管周边温度Trex，然后求出排气管的温度效率并设定于MAP3。
步骤S408中，通过式(11)求出排气口下游部的废气温度T3。
【数学式9】
T3＝Tex-ηt(Tex-Tre)··········(11)
ηt(Tex－Trex)是从排气口部到排气口下游部为止的排气管中的变化温度，通过从排气口部的废气温度Tex减去变化温度，从而求出排气口下游部的废气温度T3。
图4的步骤S401对应于图3的热效率运算部312，图4的步骤S402对应于图3的排气损耗运算部301，图4的步骤S403到步骤S405对应于图3的排气口温度运算部302，图4的步骤S406到步骤S407对应于图3的排气管变化温度运算部303，图4的步骤S408对应于图3的排气口下游温度运算部304。
图6是在流程图中示出了图3的目标转矩运算部311、目标气缸空气量运算部313、废气旁通阀控制部320的图。下面进行详细说明。
步骤S601中，运算目标转矩TRQt。首先，由于驾驶车所请求的转矩可作为油门操作量进行检测，因此将发动机转速Ne和油门开度D的关系预先设定于MAP8，通过式(12)求出请求转矩TRQd。
【数学式10】
TRQd＝MAP8(Ne，D)··········(12)
在变速器控制器为保护变速器而输出限制转矩、或者从其他控制器也输出了转矩请求值的情况下，对请求转矩TRQd、限制转矩等进行调停控制，调停后的转矩成为目标转矩TRQt。
步骤S602中，根据目标转矩TRQt运算目标气缸空气量Gct。
根据目标转矩TRQt、每个气缸的气缸冲程容积Vc、气缸数z、每个循环的转速(四循环发动机的情况下i＝2)，通过式(13)运算目标图示平均有效压力Pit。
【数学式11】
Figure BDA0001504215440000141
根据目标图示平均有效压力Pit、空燃比AF、每个气缸的气缸冲程容积Vc、热效率η、汽油发热量Q，通过式(14)运算目标气缸空气量Gct。
【数学式12】
Figure BDA0001504215440000142
步骤S603中，运算目标进气歧管压Pbt。
根据目标气缸空气量Gct、空气气体常数Ra、进气口部的进气温度Tin、体积效率修正系数Kv、每个气缸的气缸冲程容积Vc，通过式(15)运算目标进气歧管压Pbt。
【数学式13】
Figure BDA0001504215440000143
体积效率修正系数Kv是被吸入气缸的进气歧管内的空气体积相对于气缸冲程容积Vc的比率，并通过将发动机转速Ne和填充效率Ec的关系预先设定于MAP9，用式(16)来求出。
【数学式14】
Kv＝MAP9(Ne，Ec)··········(16)
步骤S604中，运算目标节流阀上游压力P2t。
通过对节流阀上游压力传感器35所检测出的节流阀上游压力P2与进气歧管压传感器15所检测出的进气歧管压Pb的比乘以目标进气歧管压Pbt的式(17)，来运算目标节流阀上游压力P2t。
【数学式15】
P2t＝Pbt×(P2/Pb)·······(17)
步骤S605中，运算目标压缩机驱动力Pct。
考虑质量守恒定律、多变性变化，根据目标气缸空气量Gct、压缩机的绝热效率ηc、空气比热比κa、空气气体常数Ra、吸入空气温度传感器13所检测出的吸入空气温度T1、目标节流阀上游压力P2t、大气压传感器9所检测出的大气压P1，通过式(18)运算目标压缩机驱动力Pct。
【数学式16】
Figure BDA0001504215440000151
压缩机的绝热效率ηc根据压缩机前后的压力比P2t/P1和目标气缸空气量Gct，通过参照MAP10的式(19)来求出。
【数学式17】
ηc＝MAP10(P2t/P1，Gct)··········(19)
步骤S606的涡轮上游部的废气温度即排气口下游部的废气温度T3的运算是已进行说明的图4的流程图，此处省略说明。
步骤S607中，运算目标涡轮流量Gtt。
考虑质量守恒定律、多变性变化，根据目标压缩机驱动力Pct、涡轮的绝热效率ηt、废气比热比κex、废气的气体常数Rex、排气口下游部的废气温度T3、涡轮下游压力P4、涡轮上游压力P3，通过式(20)运算目标涡轮流量Gtt。
【数学式18】
Figure BDA0001504215440000161
对于涡轮下游压力P4，预先将涡轮下游压力P4、和与大气压P1的比率(比率＝P4/P1)具有相关性的排气流量Qex之间的关系设定于MAP11，并参照MAP11用式(21)求出涡轮下游压力P4与大气压P1的比率PR41，之后通过将涡轮下游压力P4和大气压P1之间的比率PR41与大气压传感器9所检测出的大气压P1相乘的式(22)来求出涡轮下游压力P4。
【数学式19】
PR41＝MAP11(Qex)··········(21)
【数学式20】
P4＝PR41×P1··············(22)
对于涡轮上游压力P3，预先将涡轮上游压力P3、和与涡轮下游压力P4的比率(比率＝P3/P4)具有相关性的目标压缩机驱动力Pct之间的关系设定于MAP12，并参照MAP12用式(23)求出涡轮上游压力P3与涡轮下游压力P4的比率PR34，之后通过将涡轮上游压力P3和涡轮下游压力P4之间的比率PR34与由式(21)所求出的涡轮下游压力P4相乘的式(24)来求出涡轮上游压力P3。
【数学式21】
PR34＝MAP12(Pct)··········(23)
【数学式22】
P3＝PR34×P4··········(24)
涡轮绝热效率ηt根据涡轮前后的压力比P4/P3和涡轮旋转Nt，通过参照MAP13的式(25)来求出。
【数学式23】
ηt＝MAP13(P4/P3，Nt)··········(25)
对于涡轮旋转Nt，由于与压缩机同轴旋转，因此根据压缩机前后压力比P2t/P1与目标气缸空气量Gct，通过参照MAP14的式(26)来求出。
【数学式24】
Nt＝MAP14(P2t/P1，Gct)··········(26)
步骤S608中，运算目标废气旁通阀流量Gwgt。
废气流量Gex与目标涡轮流量Gtt的差分为目标废气旁通阀流量Gwgt。
【数学式25】
Gwgt＝Gex-Gtt··········(27)
步骤S609中，运算目标废气旁通阀开度Rwgt。
首先，将目标废气旁通阀流量Gwgt转换成目标废气旁通阀开口面积Swgt。
将废气旁通阀作为调节阀，根据能量守恒定律、等熵流动的关系式、音速的关系式以及状态方程式，通过下述式(28)导出。
【数学式26】
Figure BDA0001504215440000181
∵
Figure BDA0001504215440000182
接着，根据目标废气旁通阀开口面积Swgt，求出目标废气旁通阀开度Rwgt。
使用预先设定了开口面积和开度的MAP15，根据目标废气旁通阀开口面积Swgt求出目标废气旁通阀开度Rwgt。
【数学式27】
Rwgt＝MAP15(Swgt)··········(29)
基于目标废气旁通阀开度Rwgt，对废气旁通阀34进行驱动控制。
图6的步骤S601对应于图3的目标转矩运算部311，图6的步骤S602对应于图3的目标气缸空气量运算部313，图6的步骤S603对应于图3的目标进气歧管压运算部321，图6的步骤S604对应于图3的目标节流阀上游压力运算部322，图6的步骤S605对应于图3的目标压缩机驱动力运算部323，图6的步骤S606对应于图3的排气口下游温度运算部304，图6的步骤S607对应于图3的目标涡轮流量运算部324，图6的步骤S608到步骤S609对应于图3的目标废气旁通阀开度运算部325。
由此，通过根据热效率、与影响排气损耗的变化的因子即点火定时、填充效率、空燃比、EGR率的任意一种组合求出排气损耗并推定排气口部的废气温度，从而能够高精度地推定因热效率的变化而引起的排气损耗的变化，因此能够高精度地推定排气口部的废气温度。
此外，通过使用影响排气损耗的变化的因子来进行多元回归分析并求出近似式的系数，从而能够确保排气口部的废气温度的推定精度，并能缩短设定工时。
此外，通过推定从排气口部到排气口下游部的变化温度，并推定排气口下游部的废气温度，从而能够高精度地推定排气口下游部即涡轮入口温度，因此增压压力控制精度得以提高。
并且，由于推定发动机室内的排气管周围的温度，并根据废气温度和排气管周围的温度的热传递来推定从排气口部到排气口下游部的废气温度的变化，因此，即使排气管周围的温度因行驶状态而发生变化，也能够高精度地推定排气口下游部的废气温度。
由于在未安装涡轮的机型的情况下，排气口下游部成为催化剂入口部，因此催化剂温度的推定精度得以提高。
实施方式2.
图7是在流程图中示出了图3的排气温度运算部300的其他处理方法的图。下面进行详细说明。具有与图4相同的步骤编号的处理是相同的处理。空气量运算部310、废气旁通阀控制部320是与实施例1相同的处理，省略说明。
步骤S401中，运算热效率η。热效率η通过下述方式求出，即：针对预先存储的发动机的各运转状态的基本的常数项，使用使热效率变化的影响因子即至少点火定时Ig、填充效率Ec、空燃比AF、EGR率Regr来将热效率的变化例如作为映射值进行存储，并进行修正。
EGR率Regr是根据EGR阀流量求出的外部EGR率加上根据推定出的进排气效率求出的内部EGR率后的总EGR率。
步骤S701中，运算基准运转状态下的热效率ηref。
通过式(30)求出按发动机转速Ne和填充效率Ec预先将基准运转状态下进行了运转时的热效率存储于MAP7后得到的值。
【数学式28】
ηref＝MAP7(Ne，Ec)··········(30)
基准运转状态是指点火定时、VVT动作角、EGR阀开度、空燃比等被设定为最优值的状态下的运转状态。
步骤S702中，运算热效率偏差Δη。
通过式(31)求出步骤S401中所求出的热效率η与步骤S701中所求出的基准运转状态下的热效率ηref的差分以作为热效率偏差Δη。
【数学式29】
Δη＝η-ηref··········(31)
步骤S703中，运算基准运转状态下的排气口部的废气温度Tex_ref。
通过式(32)求出将按基准运转状态下进行了运转时的发动机转速Ne和填充效率Ec测量得到的稳定的排气温度预先存储于MAP4后得到的值。
【数学式30】
Tex_ref＝MAP4(Ne，Ec)··········(32)
步骤S704中，运算基准运转状态下的进气口部的进气温度Tin_ref。
通过式(33)求出将按基准运转状态下进行了运转时的发动机转速Ne和填充效率Ec测量得到的进气歧管进气温度传感器6检测出的进气口部的进气温度预先存储于MAP5后得到的值。
【数学式31】
Tin_ref＝MAP5(Ne，Ec)··········(33)
步骤S705中，运算基准运转状态下的定压比热值Cp_ref。
将与排气温度相关的定压比热预先设定于MAP6，并通过式(34)求出与由式(32)所求出的基准运转状态下的排气口部的废气温度Tex_ref相对应的基准运转状态下的定压比热值Cp_ref。
【数学式32】
Cp_ref＝MAP6(Tex_ref)··········(34)
步骤S706中，运算基准运转状态下的排气损耗ηex_ref。
使用将式(1)转换为根据排气温度求取排气损耗的数学式而得到的式(35)，来求出基准运转状态下的排气损耗ηex_ref。
【数学式33】
Figure BDA0001504215440000211
基准运转状态下的排气口部的废气温度Tex_ref是由式(32)所求出的值。
基准运转状态下的进气口部的进气温度Tin_ref是由式(33)所求出的值。
基准运转状态下的定压比热值Cp_ref是由式(34)所求出的值。
汽油发热量Q是常数，为44000[kJ/kg]。
基准运转状态下的燃料供给量Gfuel_ref根据气缸空气量Gair和基准运转状态下的空燃比AFref求出，上述气缸空气量Gair是根据由气流传感器所测量出的吸入空气量Gr并考虑到吸入气缸的吸入延迟来求出的。
Gfuel_ref＝Gair/AFref·····(36)
基准运转状态下的废气流量Gex_ref根据气缸空气量Gair和基准运转状态下的燃料供给量Gfuel_ref来求出。
Gex_ref＝Gair+Gfuel_ref···(37)
为了根据基准运转状态下的废气温度来运算排气损耗，需要发动机排气冲程中的废气流量Gex_ref和燃料供给量Gfuel_ref，但由于气缸空气量Gair是进气冲程中的测量值，因此考虑到冲程延迟，在四气缸发动机的情况下，使用三冲程前的值。
步骤S702中，利用式(38)运算排气损耗偏差Δηex。
【数学式34】
Δηex＝K1+(K2×Δη)+(K3×Ig)+(K4×Ec)+(K5×AF)+(K6×Regr)..........(38)
K1、K2、K3、K4、K5、K6是常数，根据按照发动机机型预先在各种运转条件下使发动机参数变化的情况下的实际测得的排气温度求出的排气损耗与基准运转状态的偏差被预先设定为根据相对于基准运转状态的热效率偏差Δη、点火定时Ig、填充效率Ec、空燃比AF、EGR率Regr，通过多元回归分析而决定的值。
排气损耗偏差Δηex的运算所使用的独立变量不仅仅局限于上述相对于基准运转状态的热效率偏差Δη、点火定时Ig、填充效率Ec、空燃比AF、EGR率Regr，例如还可以增加进气歧管压Pb等独立变量，从而减小根据排气温度求出的实际测得的排气损耗、与通过近似式求出的排气损耗ηex之间的误差。此外，例如在根据排气温度求出的实际测得的排气损耗相对于点火定时Ig表现出二次曲线的趋势的情况下，也可以变更为点火定时Ig的平方项，或增加平方项。
步骤S708中，运算排气损耗ηex。
利用将由式(35)所求出的基准运转状态下的排气损耗ηex_ref、与由式(38)所求出的排气损耗偏差Δηex相加的式(39)来求出。
【数学式35】
ηex＝ηex_ref+Δηex··········(39)
步骤S403到步骤S408进行与图4的步骤S403到步骤S408相同的处理，来求出排气口下游部的废气温度T3。
图7的步骤S401到步骤S702对应于图3的热效率运算部312，图7的步骤S703到步骤S708对应于图3的排气损耗运算部301，图7的步骤S403到步骤S405对应于图3的排气口温度运算部302，图7的步骤S406到步骤S407对应于图3的排气管变化温度运算部303，图7的步骤S408对应于图3的排气口下游温度运算部304。
由此，根据实施方式2，利用从基准运转状态起的热效率的变化、与影响排气损耗的变化的因子即点火定时、填充效率、空燃比、EGR率的任意一种组合，求出从基准运转状态起的排气损耗的变化，并推定排气口部的废气温度，从而能够进行以实际测得的废气温度为基准的废气温度的推定，因此能够高精度地修正绝对值误差，并能够进行高精度的废气温度的推定。
本发明在其发明的范围内能自由地对各实施方式进行组合，或对各实施方式进行适当的变更、省略。
标号说明
1发动机，2进气管，4节流阀，6进气歧管进气温度传感器，7排气管，8气缸，9大气压传感器，11曲柄角传感器，12气流传感器，13吸入空气温度传感器，14节流阀位置传感器，15进气歧管压力传感器(进气歧管压传感器)，16空燃比传感器，17喷射器，18火花塞，19点火线圈，20进气阀，21排气阀，31压缩机，32涡轮，33空气旁通阀，34废气旁通阀，35节流阀上游压力传感器，36增压器，100ECU，300排气温度运算部，301排气损耗运算部，302排气口温度运算部，303排气管变化温度运算部，304排气口下游温度运算部，310空气量运算部，311目标转矩运算部，312热效率运算部，313目标气缸空气运算部，320废气旁通阀控制部，321目标进气歧管压运算部，322目标节流阀上游压力运算部，323目标压缩机驱动力运算部，324目标涡轮流量运算部，325目标废气旁通阀开度运算部。

Claims (5)

1.一种内燃机的控制装置，其特征在于，包括：
热效率运算部，该热效率运算部基于内燃机的热效率的变化因子即点火定时、填充效率、空燃比或排气再循环率的任意一种组合，来运算热效率；
排气损耗运算部，该排气损耗运算部基于由所述热效率运算部运算得到的所述热效率、以及排气损耗的变化因子即点火定时、填充效率、空燃比或排气再循环率的任意一种组合，来运算排气损耗；
排气口温度运算部，该排气口温度运算部基于由所述排气损耗运算部运算得到的排气损耗，来运算排气口部的废气温度；
排气管变化温度运算部，该排气管变化温度运算部运算从排气口部到排气口下游部之间的排气管中的废气变化温度；
排气口下游温度运算部，该排气口下游温度运算部从所述排气口部的废气温度中减去所述废气变化温度来运算所述排气口下游部的废气温度；以及
目标废气旁通阀开度运算部，该目标废气旁通阀开度运算部使用目标废气旁通阀流量和所述排气口下游温度运算部运算得到的废气温度来运算目标废气旁通阀开度。
2.一种内燃机的控制装置，其特征在于，包括：
热效率运算部，该热效率运算部基于预先存储的基准运转状态下的热效率、以及内燃机的热效率的变化因子即点火定时、填充效率、空燃比或排气再循环率的任意一种组合，来运算相对于所述基准运转状态的热效率的变化量即热效率变化量；
排气损耗运算部，该排气损耗运算部根据预先存储的基准运转状态的排气温度运算基准运转状态的排气损耗，
基于由所述热效率运算部运算得到的所述热效率变化量、以及排气损耗的变化因子即点火定时、填充效率、空燃比或排气再循环率的任意一种组合，来运算从之前的基准运转状态起的排气损耗的变化量，
并根据所述之前的基准运转状态的排气损耗和从所述基准运转状态起的排气损耗的变化量，来运算排气损耗；
排气口温度运算部，该排气口温度运算部基于由所述排气损耗运算部运算得到的排气损耗，来运算排气口部的废气温度；
排气管变化温度运算部，该排气管变化温度运算部运算从排气口部到排气口下游部之间的排气管中的废气变化温度；
排气口下游温度运算部，该排气口下游温度运算部从所述排气口部的废气温度中减去所述废气变化温度来运算所述排气口下游部的废气温度；以及
目标废气旁通阀开度运算部，该目标废气旁通阀开度运算部使用目标废气旁通阀流量和所述排气口下游温度运算部运算得到的废气温度来运算目标废气旁通阀开度。
3.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
由所述排气损耗运算部运算的所述排气损耗通过运算式运算得到，该运算式基于所述排气损耗的变化因子的任意一种组合，利用多元回归分析来求出。
4.如权利要求2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
由所述排气损耗运算部运算的所述从之前的基准运转状态起的排气损耗的变化量通过运算式运算得到，该运算式基于所述排气损耗的变化因子的任意一种组合，利用多元回归分析来求出。
5.如权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述排气管变化温度运算部基于车速、散热器风扇有无动作以及外界气体温度来推定发动机室内的排气管周边温度，并基于从所述排气管向排气管周边的热传递来运算所述废气变化温度。
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