CN1271324C - 内燃机中吸入空气量的测定方法 - Google Patents

Abstract

提供一种在内燃机中推测确定吸入空气量的测定方法，采用本方法在整个冲程的多个时刻检测内燃机的吸气压力，同时在检测出的吸气压力的最小值和最大值之间设定压力阀值，在上述检测出的吸气压力中，把上述压力阀值以下的吸气压力进行平均，求出平均吸气压力，把此平均吸气压力作为参数测定吸入空气量。这样，在以吸气压力为基础推测确定吸入空气量时，与曲柄定时无关，使检测出的吸气压力和吸入空气量的关系为线性关系。

Description

内燃机中吸入空气量的测定方法

技术领域

本发明是关于内燃机中以计算的燃料喷射量为基准的吸入空气量的测定方法的发明，具体说是关于把吸气管内压力作为参数，计算出吸入空气量的内燃机中吸入空气量的测定方法的发明。

背景技术

一般在内燃机中由于是以吸入空气量为基准设定燃料喷射量，因此必须经常测定上述吸入空气量。

特别是多油门型和单汽缸的独立吸气型的内燃机中，由于在吸气管上游一侧没有吸气室，难以测定吸入空气量。

因此把内燃机转数和油门打开的程度作为参数，来推测确定吸入空气量。

可是在此方法中会产生用转数和油门开度确定的内燃机运转状态和实际吸入空气量之间偏离的不正常的情况。

为了排除这种不正常的情况，提出了用吸气压力传感器检测吸气管内的压力，以此吸气压力为基础推测确定吸入空气量的方案。

把这种推测确定的方法用在独立吸气型的内燃机上的情况下，如上所述由于没有吸气室，会产生因吸气压力出现大的波动造成不能正确测定吸入空气量的不正常的情况。

也就是，特别是在中负荷时吸入时产生大的负压后，返回到大气压有大的波动。

要推测确定吸入空气量，必须使变动的吸气压力一元化，为此对上述变动的吸气压力进行平均。

而对上述大的吸气压力波动进行平均，由于也包括对大气压附近压力进行平均，所以不能正确推测确定吸入空气量，不能成为有效推测确定吸入空气量的手段。

再有为了排除这种不正常的情况，采用引出相对于曲柄角信号的特定时刻或特定范围的吸气压力，把此特定吸气压力进行平均。

例如，如特开平11-62691号公报所述，对活塞下死点附近的吸气压力进行平均。

可是在利用对这样特定范围的吸气压力进行平均得到的值推测确定吸入空气量的方法中，必须用曲柄角信号设定检测吸气压力的时刻，存在有控制复杂的问题。

此外吸气压力传感器设置在远离吸气管位置(例如发电机控制单元内)的情况下，要用导压管把吸气压力传感器和吸气管连通。

因此吸气管内实际的压力变动与检测出的压力变动之间，时间上会产生延迟，或者由于受导压管容积的影响，检测出的压力变动比实际的压力变动变得平缓，出现所谓的钝化(なまり)，因此难以在特定曲柄定时正确提取吸气压力样本。

本发明鉴于这些现存的问题，目的是提供一种内燃机中吸入空气量的测定方法，在以吸气压力为基础推测确定吸入空气量时，与曲柄定时无关，把检测出的吸气压力和吸入空气量的关系认为是线性关系，可以进行高精度地推测确定吸入空气量。

发明内容

根据本发明的内燃机吸入空气量测定方法的特征为：为了达到上述目的，在内燃机的整个冲程中多个时刻检测内燃机的吸气压力，同时在检测出的吸气压力的最小值和最大值之间设定压力阀值，在上述检测出的吸气压力中，把上述压力阀值以下的吸气压力进行平均，求出平均吸气压力，把此平均吸气压力作为参数测定吸入空气量。

优选地，根据本发明的内燃机吸入空气量测定方法的特征为：求出上述吸气压力最大值和最小值的差，利用把此最大值和最小值差规定比例的部分加在上述最小值上，来设定上述压力阀值。

优选地，根据本发明的内燃机吸入空气量测定方法的特征为：把大气压作为上述最大值。

优选地，根据本发明的内燃机吸入空气量测定方法的特征为：把上述最大值作为在上述内燃机整个冲程中检测的全部吸气压力的平均值。

优选地，根据本发明的内燃机吸入空气量测定方法的特征为：把上述内燃机整个冲程检测的全部吸气压力值连接成直线，做出虚拟吸气压力线，以此虚拟吸气压力线为基础，算出上述平均吸气压力。

优选地，根据本发明权利的内燃机吸入空气量测定方法的特征为：加在上述最小值上的最大值与最小值差的规定比例部分根据内燃机运转状态改变。

附图说明

图1为用于本发明一种实施方式的独立吸气型内燃机的结构简图。

图2为用于说明本发明一种实施方式的内燃机吸气压力线的图示。

图3为表示本发明一种实施方式中的吸入空气量和平均吸气压力对应关系的图示。

图4为表示本发明一种实施方式中的吸入空气量和平均吸气压力对应关系的图示。

图5为表示本发明一种实施方式中的吸入空气量和平均吸气压力对应关系的图示。

图6为用于说明本发明一种实施方式的内燃机不同负荷的吸气压力线的图示。

图7为用于说明本发明一种实施方式的内燃机不同负荷的吸气压力线的图示。

图8为用于说明本发明一种实施方式的内燃机不同负荷的吸气压力线的图示。

图9为表示本发明另一种实施方式中的吸入空气量和平均吸气压力对应关系的图示。

图10为表示本发明另一种实施方式中的吸入空气量和平均吸气压力对应关系的图示。

图11为表示本发明另一种实施方式中的吸入空气量和平均吸气压力对应关系的图示。

图12为表示本发明再一种实施方式的，表示压力阀值和吸气压力线的关系的图示。

图13为表示本发明再一种实施方式的，表示压力阀值和吸气压力线的关系的图示。

图14为表示本发明再一种实施方式的，表示压力阀值和吸气压力线的关系的图示。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的一种实施方式进行说明。

图1为用于本实施方式的内燃机1主要部分的结构简图。此内燃机1主要是由汽缸体3、汽缸盖4、吸气阀5和排气阀6、吸气管7、排气管8、燃料喷射喷嘴9、节流阀10、空气滤清器11、曲柄角传感器12、吸气压力传感器14、CPU15构成，其中，活塞2嵌入汽缸体3，可以自由滑动；汽缸盖4安装在此汽缸体3的上部，构成燃烧室；吸气阀5和排气阀6装在此汽缸盖4上，可开闭自如；吸气管7连接在上述汽缸盖4，形成吸气通路；排气管8用上述排气阀6开闭；燃料喷射喷嘴9在上述吸气管7内喷射燃料；节流阀10控制吸气量；空气滤清器11安装在上述吸气管7的上游一侧端部；曲柄角传感器12检测连接上述活塞2的曲柄轴(图中省略)的转动位置；吸气压力传感器14通过导压管13与上述吸气管7连通，检测上述吸气管7内的压力；CPU15控制内燃机1的运转。

这样此内燃机1构成各汽缸有吸气系统的独立吸气型内燃机。

下面对本实施方式的内燃机1中吸入空气量的测定方法进行说明。

在本实施方式中，在内燃机1整个冲程中多个时刻检测内燃机1的吸气压力V(在本实施方式，在图2用X1～X8表示检测的8个点)，以这些检测值V1～V8为基础，用下述步骤计算出平均吸气压力Vave，把此平均吸气压力Vave作为参数测定吸入空气量。

1：检测吸气压力的最小值Vmin。

2：检测吸气压力的最大值Vmax。

3：计算Vmax-Vmin＝Vdif。

4：计算Vdif×R(％)＝Voff。

其中R为规定的比例，是适当设定的常数。

5：计算Vmin+Voff＝Vref。

6：检测的吸气压力中，把在第5步算出的Vref(以下称为压力阀值)以下的吸气压力进行平均，计算出平均吸气压力Vave。

在此为了说明具体的示例，图2中表示内燃机1低负荷时整个冲程中吸气压力的变化，此外把吸气压力的检测时刻定为8个点，用X1～X8表示，同时在这些检测时刻X1～X8检测的压力表示为v1～V8。

在此图中Vmax＝V8、Vmin＝V2，在把上述常数R设定为50％的情况下，得到以下关系式。

Vdif＝Vmax-Vmin＝V8-V2...................(1)

Voff＝Vdif×50％＝(V8-V2)×50％..........(2)

Vref＝Vmin+Voff＝V2+(V8-V2)×50％........(3)

用此3个式得到的压力阀值Vref在图2中用直线A表示，此压力阀值Vref以下的检测压力为V1、V2、V3、V4。

以此把上述的检测值V1、V2、V3、V4进行平均，计算出平均吸气压力Vave。也就是

Vave＝(V1+V2+V3+V4)/4

在图3至5中用曲线S1～S11表示这样得到的平均吸气压力Vave和吸入吸气量(吸入空气量质量)的关系。

在这些图中，S 1～S11为使上述R改变的情况下的曲线，有以下关系。

R(S1)＝5、R(S2)＝10、R(S3)＝20、R(S4)＝30、R(S5)＝40、R(S6)＝50、R(S7)＝60、R(S8)＝70、R(S9)＝80、R(S10)＝90、R(S11)＝100。

图3是内燃机1转数为1000rpm情况下的结果，图4是内燃机1转数为4000rpm情况下的结果，图5是内燃机1转数为7000rpm情况下的结果。

从此结果可以看出，如果5≤R＜50，计算得到的平均吸气压力Vave和吸入空气量(吸入空气质量)之间在整个负荷范围内大体呈直线关系。

从而，通过适当选择常数R，即使把计算的平均吸气压力Vave作为吸入空气量的参数使用，也能高精度推测确定吸入空气量，此结果可以对燃料喷射量进行适当控制。

并且采用本实施方式的话，由于是在多个时刻检测内燃机1整个冲程的吸气压力，以此多个检测的吸气压力V1～V8为基础，计算出上述平均吸气压力Vave，所以与内燃机1的曲柄角无关，可以计算出上述平均吸气压力Vave。

所以吸气压力传感器14在利用导压管13设置在远离吸气管7位置的情况下，即使检测出的吸气压力变化相对于吸气管7的吸气压力变化产生延迟或钝化，也能抑制这些延迟和钝化的影响，使推测确定吸入空气量的控制变得容易，同时可以实现高精度。

此外由于造成延迟和钝化原因的导压管13的影响变小，提高了吸气压力传感器14设置位置的自由度，也就是提高了内燃机机构部件的设置的自由度。

此外在现有把整个冲程吸气压力作为参数的吸入空气量推测确定方法中，由于在高负荷时的吸气压力和吸入空气量的对应关系变得不正确，在高负荷时有必要切换到用油门开度和内燃机转数推测确定上述吸入空气量的控制方法，而在本实施方式中这种切换控制操作没有必要。

由于这一点使用于推测确定吸入空气量的控制变得容易，此外为了推测确定吸入空气量不需要油门开度的信号，所以实现控制装置的简化。

例如上述常数R是以上述内燃机1的负荷状态为基础设定的，要极力选择与各负荷区域的平均吸气压力Vave和吸入空气量的对应关系相一致。

另一方面如图6至图8所示，在高负荷(油门开度大的情况)时吸气压力受流经吸气管7的吸气惯性的影响，会出现吸气压力的最大值Vmax产生大的变动的现象。

在图6至8中，曲线T1～T14是对应于油门开度的吸气压力变化曲线，是在油门开度为T1＜T2＜T3……＜T14，使上述油门开度从0.5度到90度范围内逐渐变大时的变化曲线。

这样的话，吸气压力V的最大值Vmax变动后，推测用与此测定时刻的关系不能稳定进行检测。

为了抑制这种现象的影响，把上述最大值Vmax定为大气压是有效的。

在推测吸气管7内的吸气是平静流动的情况下，由于在此吸气管7内得到的最大压力是大气压，通过把此大气压作为最大值Vmax，作为推测确定吸入空气量的基准值的上述最大值Vmax的变动被抑制，能够提高吸入空气量的推测确定精度。

这样在把最大值Vmax定为大气压的情况下，如上所述把最大值作为检测值，与检测出此上述被检测最大值Vmax位于稳定位置的检测值的情况大体相同，得到上述平均吸气压力Vave和吸入空气量的对应关系。

再有如图3至图5所示，无论在上述哪种测定吸入空气量的方法中，在低负荷时会产生平均吸气压力Vave和吸入空气量的对应关系恶化的现象。

推测这是由于低负荷时的排气冲程产生的吸气管内压力变动对平均计算处理造成的影响。

因此，为了改善在低负荷区域计算的平均吸气压力Vave和吸入空气量的对应关系，利用把上述最大值Vmax作为上述内燃机1整个冲程中检测出的全部吸气压力(本实施方式中为V1～V8)的平均值，可以消除低负荷时上述的不正常状态。

图9至11表示在内燃机转数为1000rpm、4000rpm、7000rpm情况下，把上述最大值Vmax作为检测出的全部吸气压力的平均值时的平均吸气压力Vave和吸入空气量的对应关系。

其中各曲线S1～S11是上述常数R为曲线S1＜曲线S2＜……＜曲线S11那样，使常数R逐渐增加得到的曲线。

这样利用把上述最大值Vmax作为上述内燃机1整个冲程中检测出的全部吸气压力(本实施方式中为V1～V8)的平均值，可以大幅度改善在低负荷时计算的平均吸气压力Vave和吸入空气量的对应关系。

如图12(a)和(b)所示，对于设定的2个常数R，分别用这些常数计算出的上述压力阀值Vref的差尽管很小，加在计算的平均吸气压力Vave的吸气压力V的数会改变，推测计算出的平均吸气压力Vave的值会发生大的变化。

在图示的例子中吸气压力V1与此相当，而这种现象容易发生在吸气压力V的检测间隔大，取样数少的情况下。

为了防止相对于这样的压力阀值Vref微小的变化出现平均吸气压力Vave大的变化，可以考虑采用以下对策。

也就是如图13所示，把上述内燃机1整个冲程中检测出的全部吸气压力(V1～V8)的值用直线连接，作成虚拟吸气压力线M，在此虚拟吸气压力线M和上述压力阀值Vref的2个交点(图13中的Y点和Z点)，是把用上述虚拟吸气压力线M表示的吸气压力(图13中用斜线表示的部分)进行平均，计算出上述平均吸气压力Vave的。

用这样的虚拟吸气压力线M，通过假设检测出的各吸气压力V1～V8之间是连续的，可以选择一个靠近检测出的吸气压力V上下的吸气压力V，这样能够相对于压力阀值Vref微小变化，抑制计算出的平均吸气压力Vave的变化量，使其变小，平均吸气压力Vave和吸入空气量的对应关系成为直线。

上述实施方式中，表示的各结构件的形状和尺寸等的一个示例中，根据设计要求等可以有各种变化。

例如作为计算上述平均吸气压力Vave时用的最大值Vmax，也可以使用曲柄角540度附近的吸气压力。

这样做具有的优点是由于在上述曲柄角吸气阀5关闭，吸气管7内的压力比较稳定，可以使在低负荷时平均吸气压力Vave和吸入空气量的对应关系更能够成为直线。

可是这种情况下，必须判断进排气冲程，所以使控制有一些复杂化。

再有如图14虚线所示，在高负荷时吸气压力V会产生波动现象。

在出现了这种波动的情况下，当初计算的压力阀值Vref和虚拟吸气压力线M的交点象图14中的Y1～Y3和Z1～Z3所示，变成多个点，用这些交点设定多个平均化区域H1～H3，在推测确定吸入空气量时，其程序上需要再把上述各平均化区域H1～H3的平均值进行平均，求出平均吸气压力Vave，而且如上所述，由于必须计算出上述交点Y1～Y3和Z1～Z3，产生使控制复杂化的不适宜的情况。

可是在这种高负荷时，由于可以认为吸气管7内的压力大体等于大气压，如图14所示，利用在计算出的压力阀值上加上所定值的修正压力Vα，把整个冲程中的吸气压力进行平均，可以去除上述波动的影响。

上述加上修正吸气压力Vα的处理通过控制方法的切换，在变成高负荷时刻也可以进行，也可以在整个负荷区域进行。

工业实用性

如以上的说明所述，采用本发明的内燃机中吸入空气量测定方法，虽然是作为吸入空气量的参数使用，也可以高精度推测确定吸入空气量，其结果是可以适当控制燃料喷射量。

而且在多个时刻检测内燃机1整个冲程中的吸气压力，以这些多个检测出的吸气压力为基础，计算出上述平均吸气压力，所以与内燃机的曲柄角无关，可以进行上述平均吸气压力的计算。

因此吸气压力传感器用导气管设置在远离吸气管位置的情况下，相对于吸气管的吸气压力的变化，即使产生检测出的吸气压力变化的延迟和钝化，也可以抑制这些延迟和钝化的影响，可以容易地并且高精度地进行用于推测确定吸入空气量的控制。

此外由于通过用导压管等产生的延迟和钝化的影响变小，可以提高吸气压力传感器的设置位置的自由度，也就是可以提高内燃机结构件设置的自由度。

此外在现有的把吸气压力作为参数的吸入空气量推测确定方法中，由于在高负荷时的吸气压力和吸入空气量的对应关系会不正确，在高负荷时必须要用油门开度和内燃机转数改换上述推测确定上述吸入空气量的控制方法，而在本发明中无须这种改换控制的操作，从这一点来说，用来推测确定吸入空气量的控制变得容易了，此外由于为了推测确定吸入空气量无须油门开度的信号，可以实现控制装置的简化。

Claims (6)

1.内燃机中吸入空气量测定方法，其特征为：在内燃机的整个冲程中多个时刻检测内燃机的吸气压力，同时在检测出的吸气压力的最小值和最大值之间设定压力阀值，在上述检测出的吸气压力中，把上述压力阀值以下的吸气压力进行平均，求出平均吸气压力，把此平均吸气压力作为参数测定吸入空气量。

2.如权利要求1所述的内燃机吸入空气量测定方法，其特征为：求出上述吸气压力最大值和最小值的差，利用把此最大值和最小值差规定比例的部分加在上述最小值上，来设定上述压力阀值。

3.如权利要求1或权利要求2所述的内燃机吸入空气量测定方法，其特征为：把大气压作为上述最大值。

4.如权利要求1或权利要求2所述的内燃机吸入空气量测定方法，其特征为：把上述最大值作为在上述内燃机整个冲程中检测的全部吸气压力的平均值。

5.如权利要求1所述的内燃机吸入空气量测定方法，其特征为：把上述内燃机整个冲程检测的全部吸气压力值连接成直线，做出虚拟压力线，以此虚拟压力线为基础，算出上述平均吸气压力。

6.如权利要求2所述的内燃机吸入空气量测定方法，其特征为：加在上述最小值上的最大值与最小值差的规定比例部分根据内燃机运转状态而改变。

Images