CN1704575A - 内燃机的控制装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

在设有可以改变进气门的气门工作特性(气门升程量和气门工作角)的可变气门机构的内燃机中，可以检测进气门的气门工作特性，并且基于该检测的气门工作特性来计算由进气门控制的进气量。然后，计算最新进气量计算值和过去进气量计算值之间的变化(变化率，变化量)，并且基于该变化和过去设置的发动机控制变量(基本燃料喷射量等)来计算最新发动机控制变量，而后输出计算的最新发动机控制变量以执行对发动机的控制。

Description

内燃机的控制装置和控制方法

技术领域

本发明涉及内燃机的控制装置和控制方法，其中该内燃机设有改变进气门的气门工作特性的可变气门机构，具体地，本发明涉及一种根据汽缸的进气量来准确地计算发动机控制变量的技术。

背景技术

迄今为止，已经公开了一种发动机控制装置，其中基于通过空气量检测工具，如空气流量计，检测到的空气量计算的进气量和已检测的进气压基于该进气量来计算燃料喷射量(参考日本未审查专利公开11-62639)。

然而，已经研制出一种发动机，其中进气量控制是通过改变进气门的气门工作特性而执行的。在这种发动机中，由于从实际吸入汽缸的空气量发生改变直到空气量检测工具(空气流量计)检测到该变化出现了检测延迟，特别地，因此不可能在发动机的进气量发生变化的瞬态准确地检测出进气量。

此外，在这种发动机中，通常，由于控制设置在进气通道内的节气门的开启以可以获得预定的负压，即，使得进气压不变，因此即使使用上述传统技术检测该进气压，也不可能检测出进气量。

因此，使用上述传统的控制装置，在设有可以改变进气门的气门工作特性的可变气门机构的内燃机中，其中进气量控制是通过由可变气门机构改变进气门的气门工作特性而执行的，不可能准确地检测(计算)出进气量。

特别地，在进气量改变的情况下，由于检测延迟，因此不能计算出与该变化相对应的，根据进气量设置的发动机控制变量，例如燃料喷射量等，从而可能导致发动机的操纵性能和排放性能降低。

发明内容

本发明是针对以上问题而完成的，且本发明的目的是即使在发动机的进气量发生变化的瞬态也能准确地计算出与进气量相对应的发动机控制变量，以在基于进气门的气门工作特性来实现进气量控制的内燃机中完成适当的发动机控制。

为了达到该目的，根据本发明，控制(发动机控制)是以下面的方式在设有可以改变进气门的气门工作特性的可变气门机构的内燃机中执行的：

检测进气门的气门工作特性，以基于该检测的气门工作特性计算由进气门控制的进气量；

计算最新的进气量计算值与先前的进气量计算值之间的变化，以基于该计算的变化和先前设定的发动机控制变量来计算最新的发动机控制变量；以及

基于该计算的最新的发动机控制变量执行对内燃机的控制。

下面基于附图将描述本发明的其它目的和特性。

附图说明

图1是示出了本发明实施例的内燃机的系统结构的视图。

图2是剖视图(图3中的A-A剖视图)，示出了该实施例中可变气门动作和升程机构(VEL)。

图3是VEL的侧视图。

图4是VEL的俯视图。

图5是立体图，示出了在VEL中使用的偏心凸轮。

图6A和图6B是剖视图(图3中的B-B剖视图)，示出了在低升程状态时VEL的运行情况。

图7A和图7B是剖视图(沿图3中的B-B剖取的剖视图)，示出了在高升程状态时VEL的运行情况。

图8是气门升程特性图，其对应于VEL中的摆动凸轮的底端面和凸轮表面。

图9是示出了VEL的气门定时和气门升程的特性图。

图10是示出了VEL中控制轴的转动驱动机构的立体图。

图11是该实施例中气门定时控制机构(VTC)的纵剖面图。

图12示出了实际汽缸容积流量比率ηV的行为和进气门流经的容积流量比率RQHOVEL的行为之间的对比，以及ηV的变化率行为和RQHOVEL的变化率行为之间的对比。

图13是框图，示出了VEL的目标工作角和VTC的目标相角(TGVTC)的设置。

图14是框图，示出了节气门的目标开启(TDTVO)的设置。

图15是框图，示出了基于修正值KAVEL的进气门开启的计算。

图16是框图，示出了计算基本燃料喷射量TP的第一实施例。

图17是框图，示出了进气门流经的容积流量的计算。

图18是框图，示出了计算基本燃料喷射量TP的第二实施例。

具体实施方式

下面将根据附图对本发明的实施例进行描述。

图1是用于车辆的内燃机的结构图。在图1中，在内燃机101的进气通道102中设置了电控节气门104，用于通过节流电动机103a来驱动节气门103b的打开和关闭。空气通过电控节气门104和进气门105被吸入燃烧室106。

燃烧过的废气通过排气门107排出燃烧室106，通过前催化转换器108和后催化转换器109净化，而后排入大气。

通过可变气门工作角和升程机构(VEL＝variable valve event andlift mechanism，可变气门动作和升程机构)112连续地改变进气门105的气门升程量和气门工作角，并且通过可变气门定时机构(VTC＝valvetiming control mechanism，气门定时控制机构)113连续地改变其气门定时(即，其气门工作角的中心相位)。即，VEL112或/和VTC113对应于本发明的可变气门机构。注意，如果气门升程量和气门工作角之一的特性确定了，那么气门升程量和气门工作角中的另一个的特性也就确定了。

另一方面，在保持排气门107的气门升程量和气门工作角不变的情况下，通过凸轮111来驱动排气门107的打开和关闭，其中凸轮111沿轴向支撑在与曲柄轴120同步转动的排气侧凸轮轴110上。

设有微型机的控制单元(C/U)114，接受来自多个传感器的检测信号，例如，用来检测加速器工作量(加速器开度AVO)的加速踏板传感器APS201，用来在进气通道102的上游部分检测质量空气量Qa的空气流量计202，用来从曲柄轴120获得转动信号(发动机转速)Ne的曲柄角传感器203，用来检测节气门103b的开度TVO的节流传感器204，用来检测在节气门103b的下游侧的进气歧管压力Pm的进气压传感器205，以及用来检测进口侧凸轮轴的转动位置的凸轮传感器206等。

此外，电磁燃料喷射门131设置在每个汽缸的进气门105上游侧的进口130上。燃料喷射门131通过来自C/U114的喷射脉冲信号被驱动开启，以喷射和供给在预定压力下调整的燃料。通过来自C/U114的点火信号来驱动面向燃烧室106的点火塞132，从而火花点燃在燃烧室106内的气-油混合物。

在此描述VEL112和VTC113的结构。然而，这些结构仅作为示例，且本发明并不限于此。

首先，将描述VEL112。如图2到图4所示，本实施例中的VEL112包括：一对进气门105、105；中空的凸轮轴(进口侧凸轮轴)13，它们可转动地支撑在汽缸盖11的凸轮轴支承部14上，且与曲柄轴120同步转动；两个作为转动凸轮的偏心凸轮15、15，它们沿轴向支撑在凸轮轴13上；控制轴16，其设置在凸轮轴13的上部的位置处且基本与凸轮轴13平行，并可转动地支撑在同一凸轮轴支承部14上；一对摇臂18、18，它们穿过控制凸轮17可摆动地支撑在控制轴16上；以及一对独立的摆动凸轮20、20，其分别通过气门挺杆19、19设置在进气门105、105的上端部。

偏心凸轮15、15分别通过连接臂25、25与摇臂18、18连接在一起。摇臂18、18通过连接件26、26与摆动凸轮20、20连接在一起。

如图5所示，每个偏心凸轮15形成为基本环形形状，且包括小直径的凸轮主体15a，以及整体地形成于凸轮主体15a的外表面上的凸缘部15b。通过偏心凸轮的内部沿轴向形成凸轮轴插孔15c，并且凸轮主体15a的中心轴线X以一预定量偏离凸轮轴13的中心轴线Y。偏心凸轮15、15在与气门挺杆19、19不发生干涉的位置处受压并通过凸轮轴插孔15c固定到凸轮轴13的两外侧。凸轮体15a、15a的外周表面15d、15d形成为相同形状。

如图4所示，每个摇臂18弯曲并形成为大致曲柄形状，且其中心底部18a可转动地支撑在控制凸轮17上。销孔18d穿过一个端部18b而形成，该端部18b从底部18a的外端部突出而形成。与连接臂25的末端部相连接的销21被压入销孔18d。销孔18e穿过另一端部18c而形成，且该端部18c从底部18a的内端部突出而形成。与每个连接件26的一个端部26a(稍后描述)相连接的销28被压入销孔18e。

控制凸轮17形成为圆柱形形状，并且被固定到控制轴16的外周上。如图2所示，控制凸轮17的中心轴线P1位置以偏移量α偏离控制轴16的中心轴线P2位置。

如图2、图6和图7所示，摆动凸轮20形成为基本侧向U-形形状，并且支撑孔22a穿过基本环形底端部22而形成。凸轮轴13插入并可转动地支撑在底端部22上。同样地，销孔23a穿过位于摇臂18的另一端部18c的端部23而形成。

在摆动凸轮20的底表面上形成了底端部22侧的基圆表面24a和凸轮表面24b，且凸轮表面24b以弧状从基圆表面24a延伸到端部23的一边缘。基圆表面24a和凸轮表面24b在每个气门挺杆19的上表面的预定位置处相接触，其中该预定位置对应于摆动凸轮20的摆动位置。即，根据图8中示出的气门升程特性，如图2所示，基圆表面24a的预定角度范围θ1称为基圆区间，从凸轮表面24b的基圆区间θ1到预定角度范围θ2的范围称为斜坡区间，并且从凸轮表面24b的斜坡区间θ2到预定角度范围θ3的范围称为升程区间。

连接臂25包括环形底部25a和突出端25b，其中突出端25b在底部25a的外表面的预定位置突出形成。可转动地与偏心凸轮15的凸轮主体15a的外表面装配的装配孔25c形成于底部25a的中间位置。同样地，销21可转动地插入其中的销孔25d穿过突出端25b而形成。连接臂25和偏心凸轮15构成摆动驱动件。

连接件26形成为预定长度的线性形状，并且销插孔26c、26d穿过两个圆端部26a、26b而形成。分别压入摇臂18的另一端部18c的销孔18d和摆动凸轮20的端部23的销孔23a的销28、29的端部，可转动地插入销插孔26c、26d。用来限制连接臂25和连接件26的轴向移动的扣环30、31、32分别设置在销21、28、29的端部。

如图10所示，控制轴16被设置在其一个端部的致动器(直流伺服电机)121驱动而在预定转动角度范围内转动。通过由致动器121改变控制轴16的工作角(转动角)，控制轴16的中心轴线P2的位置相对于控制凸轮17的中心轴线P1改变，从而每个进气门105、105的气门升程量和气门工作角也相继改变(参考图9)。即，通过检测控制轴16的工作角(VEL112的驱动量)，可检测到每个进气门105、105的气门升程量和气门工作角。

更具体地，在图10中，直流伺服电机121是这样设置的，即其转动轴与控制轴16平行，并且第一锥齿轮122沿轴向支撑在该转动轴的末端部。

一对支柱123a、123b被固定到控制轴16的末端部。螺母124被固定在该对支柱123a、123b的末端部之间。

与第一锥齿轮122啮合的第二锥齿轮126沿轴向支撑在与螺母124啮合的螺杆125的末端部。直流伺服电机121的转动被传递到螺杆125。

然后，通过直流伺服电机121带动螺杆125转动，并且与螺杆125啮合的螺母124的位置沿着螺杆125的轴向移动，从而带动控制轴16转动。在此，当螺母124的位置靠近第二锥齿轮126时，气门升程量减少，而当螺母124的位置远离第二锥齿轮126时，气门升程量增加。

此外，用来检测控制轴16的工作角的电位计型工作角传感器127被设置在控制轴16的末端部，如图10所示。C/U114反馈控制直流伺服电机121，从而通过工作角传感器127检测到的工作角(VCS-ANGL)与目标工作角(TGVEL)一致。注意，除了上述电位计型传感器外，其他类型的传感器，例如非接触型，如霍尔(效应)集成电路型传感器，也可以用作工作角传感器127。

下面，将描述VTC113。本实施例中的VTC113被称为叶片型可变气门定时机构，在保持气门工作角不变的情况下，其改变凸轮轴相对于曲柄轴的转动相位从而控制气门定时(开启/关闭定时)。

在图11中，VTC113包括：凸轮轴链轮51(定时链轮)，其通过定时链被曲柄轴120可转动地驱动；转动件53，其固定到进口侧凸轮轴13的端部，且可转动地容置在凸轮轴链轮51的内部；使得转动件53相对于凸轮轴链轮51转动的液压回路54；以及锁定机构60，其在多个预定位置中可选择地锁定凸轮轴链轮51和转动件53之间的相对转动位置。

凸轮轴链轮51包括：转动部(在图中没有示出)，在其外周上具有与定时链(或定时带)啮合的齿；设置在转动部前面的壳体56，用于可转动地容置转动件53；以及用来关闭壳体56的前、后开口的前盖和后盖(在图中没有示出)。

壳体56呈具有前后两端开口的圆柱形形状，并在其内周面上沿着圆周方向以90间隔设置四个突出的分隔部63，其中四个分隔部63的横断面呈近似梯形，并且分别沿着壳体56的轴向设置。

转动件53被固定到进口侧凸轮轴13的前端部，并且包括具有第一到第四叶片78a、78b、78c和78d的环形底部77，其中所述四个叶片在圆周方向上以90间隔设置在底部77的外周面上。

第一到第四叶片78a到78d呈相对于分隔部63的近似倒置的梯形形状，并且设置在每个分隔部63之间的凹部内，从而在凹部内沿转动方向在其前后形成空间。提前角侧液压腔82和延迟角侧液压腔83形成于第一到第四叶片78a到78d中每一叶片的两侧面之间以及每个分隔部63的两侧面之间。

锁定机构60具有这样的结构，即，锁紧销84在转动件53的最大延迟角侧的转动位置(在参考工作状态)插入接合孔(在图中没有示出)。

液压回路54具有用来向提前角侧液压腔82供给和排放油压的第一油压通道91，以及用来向延迟角侧液压腔83供给和排放油压的第二油压通道92。供油通道93和排油通道94a、94b分别通过用来切换通道的电磁换向阀95连接到这两个油压通道91和92上。

用来抽吸油盘96中的油的发动机驱动油泵97设置在供油通道93上，并且排油通道94a和94b的下游端与油盘96连通。

第一油压通道91在转动件53的底部77中大致径向形成，且被连接到与每个提前角侧液压腔82连通的四个支路91d。第二油压通道92被连接到向每个延迟角侧液压腔83开启的四个回油孔92d。

通过电磁换向阀95，设置内部短管阀以控制各个油压通道91、92和供给通道93及排放通道94a、94b之间的相对切换。

C/U114根据其上添加有颤动信号的负荷控制信号来控制供给用来驱动电磁换向阀95的电磁致动器99的电量。

例如，当将负荷比0％的控制信号(OFF信号)输出给电磁致动器99时，从油泵47抽取的液压流体通过第二油压通道92供给延迟角侧液压腔83，并且在提前角侧液压腔82中的液压流体通过第一油压通道91从第一排放通道94a排到油盘96中。因此，当提前角侧液压腔82的内压降低时，延迟角侧液压腔83的内压升高，并且转动件53通过叶片78a到78d转动到最大延迟角侧。这导致进气门105的开启时间(开启定时和关闭定时)延迟。

另一方面，当将负荷比100％的控制信号(ON信号)输出给电磁致动器99时，从油泵47抽取的液压流体通过第一油压通道91供给提前角侧液压腔82内部，并且在延迟角侧液压腔83中的液压流体通过第二油压通道92从第二排油通道94b排进油盘96。因此，延迟角侧液压腔83的内压降低。所以，转动件53通过叶片78a到78d满转到提前角侧。由此，进气门105的开启时间(开启定时和关闭定时)被提前。

在上述结构中，C/U114控制电控节气门104、VEL112和VTC113，从而当通过节气门103b的开启和进气门105的工作特性而生成所需负压时，可以获得对应于加速器开度的目标进气量。

此外，C/U114计算对应于进气量的燃料喷射量，并且也根据所计算的燃料喷射量设置最佳点火定时，并分别向燃料喷射气门131和点火塞132输出对应于燃料喷射量和点火定时的信号。

在进气门105的工作特性近似不变(即，进气量近似不变)的发动机的稳态下，可以根据通过空气流量计202获得的进气量检测值来计算燃料喷射量和设置点火定时。但是，在进气门105的工作特性发生变化(即，进气量改变)的发动机的瞬态下，由于检测延迟，因此不可能通过空气流量计202准确检测进气量。因此，不能正确地计算燃料喷射量和设置点火定时。

另一方面，在进气压(负压)不变的状态下，尽管基于进气门105的气门工作特性的进气量计算值(具体地，稍后描述进气门流经容积流量比率RQHOVEL)不适合用作绝对值，但是可以基本跟踪到实际汽缸进气量(实际容积流量比率)ηV的相位，此外，通过RQHOVEL的变化率和ηV之间的对比，因此可以从实验中肯定进一步提高了计算燃料喷射量和设置点火定时的准确性(参考图12)。

因此，在本实施例中，在稳态(进气量不变)时，与传统的技术一样，基于通过空气流量计202获得的进气量检测值来计算发动机控制变量，如燃料喷射量，点火定时等，而在瞬态(进气量变化，即，VEL112工作)时，通过使用进气门流经的容积流量比率RQHOVEL(基于进气门的气门工作特性的进气量计算值)的变化率，可以准确地计算出对应于实际进气量的发动机控制变量，并将其输出以执行对发动机的控制。

下面，将描述由C/U114完成的进气量控制和代表发动机控制变量的基本燃料喷射量TP的计算。

图13到图15是示出了对电控节气门104、VEL112和VTC113的控制的框图。

图13是框图，其示出了VEL112的目标工作角(TGVEL)和VTC113的目标相位角(TGVTC)的设置。在图13中，目标容积流量比率计算部分301按下列方式计算发动机101的目标容积流量比率TQHOST(对应于目标进气量)。

首先，计算对应于加速器开度APO和发动机转速Ne的所需空气量Q0，并计算空转速控制(ISC)中所需的所需ISC空气量QISC(空转时所需空气量)。

然后，将所需空气量Q0与所需ISC空气量QISC相加以计算得到总的所需空气量Q(Q＝Q0+QISC)。计算得到的总所需空气量Q除以发动机转速Ne和有效排气量(总汽缸容积)VOL#，从而计算得到目标容积流量比率TQHOST(＝Q/(Ne×VOL#))。

在VEL目标角计算部分302中，基于目标容积流量比率TQHOST和发动机转速Ne来计算VEL112中控制轴16的目标工作角TGVEL(即，目标升程量)，并将其输出。因此，致动器121被驱动从而使得VEL工作角VCS-ANGL达到目标工作角TGVEL。

这里，目标容积流量比率TQHOST越大和发动机转速Ne越高，那么这样设置目标工作角TGVEL使得升程量越大。然而，由于升程量的下限，在低负荷和低转速侧，当升程量大于与目标容积流量比率TQHOST相对应的所需值时，目标工作角TGVEL被设置并通过节气门103b的节气对其进行调节。

在VTC目标角计算部分303中，基于目标容积流量比率TQHOST和发动机转速Ne来计算VTC113中的目标相位角TGVTC(目标提前量)，并将其输出。因此，供给电磁致动器99的供电量被控制，从而使当前的转动相位VTCNOW达到目标相位角TGVTC。

这里，目标容积流量比率TQHOST越大和发动机转速Ne越高，那么这样设置气门定时延迟的目标相位角TGVTC。

图14是示出了节气门103b的目标开度TDTVO的设置的框图。在图14中，在第一转换部分402中，通过使用图示的转换表将目标容积流量比率TQHOST转换成状态量AANVO。该状态量可以表示为At/(Ne×VOL#)，其中，At代表节气门开启面积，Ne代表发动机转速，以及VOL#代表排气量(汽缸容积)。

然后，AANVO与第一放大部分402中的发动机转速Ne相乘，而后在第二放大部分403中乘以排气量VOL#，将结果设为基本节气门开启面积TVOAAO。注意，该基本节气门开启面积TVOAAO是当进气门105具有标准气门工作特性(以下称为Std.气门工作特性)时所需的节气门开启面积。

在第三放大部分404中，根据进气门105的实际工作特性(从Std.气门工作特性变化而来)进行的修正，是通过将基于进气门开启的修正值KAVEL乘以基本节气门开启面积TVOAAO而完成的，从而设定节气门开启面积TVOAA。对基于进气门开启的修正值KAVEL的设置将在后面描述(参考图15)。

然后，在第二转换部分405中，使用图示的转换表将节气门开启面积TVOAA转换成节气门103b的目标开启(角)TDTVO，并且输出该目标开启TDTVO。因此，电控节气门104被控制以使节气门103b的开启达到目标开启TDTVO，并且产生目标负压。

图15是示出了基于进气门开启的修正值KAVEL的计算框图。基于进气门开启的修正值KAVEL被设置以保证即使当进气门105的工作特性发生变化(相对于Std.气门工作特性变化)时空气量也不改变，其具体计算过程如下。

首先，经过节气门103b的空气流量Qth(t)(kg/sec)可以表示为如下等式(1)和等式(2)。

在阻塞时： $\frac{\mathrm{Pc}}{\mathrm{Pm}}\≤{\left(\frac{2}{\mathrm{\γ}+1}\right)}^{\frac{\mathrm{\γ}}{\mathrm{\γ}-1}}$

$\mathrm{Qth}\left(t\right)=\frac{\mathrm{At}\·\mathrm{Pa}}{\sqrt{R\·\mathrm{Ta}}}\sqrt{\mathrm{\γ}}{\left(\frac{2}{\mathrm{\γ}-1}\right)}^{\frac{\mathrm{\γ}+1}{2(\mathrm{\γ}-1)}}...\left(1\right)$

无阻塞时：

$\mathrm{Qth}\left(t\right)=\frac{\mathrm{At}\·\mathrm{Pa}}{\sqrt{R\·\mathrm{Ta}}}{\left(\frac{\mathrm{Pm}}{\mathrm{Pa}}\right)}^{\frac{1}{\mathrm{\γ}}}\sqrt{\frac{2\mathrm{\γ}}{\mathrm{\γ}-1}(1-{\left(\frac{\mathrm{Pm}}{\mathrm{Pa}}\right)}^{\frac{\mathrm{\γ}-1}{\mathrm{\γ}}})}...\left(2\right)$

在上面等式中，Pa代表大气压(Pa)，Pm代表歧管压力(Pa)，Ta代表外部气温(K)，以及At代表节气门开启面积(m²)。

因此，即使进气门105的工作特性发生变化(从状态0变为状态1)，为了保持空气量不变，需要建立下面公式(3)。

$\frac{\mathrm{At}0\·\mathrm{Pa}}{\sqrt{R\·\mathrm{Ta}}}{\left(\frac{\mathrm{Pm}0}{\mathrm{Pa}}\right)}^{\frac{1}{\mathrm{\γ}}}\sqrt{\frac{2\mathrm{\γ}}{\mathrm{\γ}-1}(1-{\left(\frac{\mathrm{Pm}0}{\mathrm{Pa}}\right)}^{\frac{\mathrm{\γ}-1}{\mathrm{\γ}}})}$

$=\frac{\mathrm{At}1\·\mathrm{Pa}}{\sqrt{R\·\mathrm{Ta}}}{\left(\frac{\mathrm{Pm}1}{\mathrm{Pa}}\right)}^{\frac{1}{\mathrm{\γ}}}\sqrt{\frac{2\mathrm{\γ}}{\mathrm{\γ}-1}{(1-\frac{\mathrm{Pm}1}{\mathrm{Pa}})}^{\frac{\mathrm{\γ}-1}{\mathrm{\γ}}}}...\left(3\right)$

在上式中，Pa代表大气压，Ta代表外部气温，Pm0代表在Std.气门工作特性时的目标歧管压力，Pm1代表在气门工作特性改变后的目标歧管压力，At0代表在Std.气门工作特性时的节气门开启面积，以及At1表示在气门工作特性改变后的节气门开启面积。

因此，在Std.气门工作特性时的节气门开启面积At0和在气门工作特性改变(即，VEL112工作)后的节气门开启面积At1之间的关系，即基于进气门开启的修正值KAVEL可以用如下等式(4)表示。

$\mathrm{KAVEL}=\frac{\mathrm{Atl}}{\mathrm{At}0}=\frac{{\left(\frac{\mathrm{Pm}0}{\mathrm{Pa}}\right)}^{\frac{1}{\mathrm{\γ}}}\sqrt{(1-{\left(\frac{\mathrm{Pm}0}{\mathrm{Pa}}\right)}^{\frac{\mathrm{\γ}-1}{\mathrm{\γ}}})}}{{\left(\frac{\mathrm{Pm}1}{\mathrm{Pa}}\right)}^{\frac{1}{\mathrm{\γ}}}\sqrt{(1-{\left(\frac{\mathrm{Pm}1}{\mathrm{Pa}}\right)}^{\frac{\mathrm{\γ}-1}{\mathrm{\γ}}})}}...\left(4\right)$

因此，在标准压力比计算部分410中，通过参考图示的先前按性能分配的对应关系(map)，并基于目标容积流量比率TQHOST和发动机转速Ne从而获得在Std.气门工作特性时的目标歧管压力Pm0与大气压Pa之比(Pm0/Pa；标准压力比)。

然后，在KPA0计算部分411中，通过查图示的表TBLKPA0，并基于标准压力比(Pm0/Pa)来计算系数KPA0。注意，该系数KPA0可以由如下等式(5)表示并且对应于等式(4)中的分子值。

$\mathrm{KPA}0={\left(\frac{\mathrm{Pm}0}{\mathrm{Pa}}\right)}^{\frac{1}{\mathrm{\γ}}}\sqrt{(1-{\left(\frac{\mathrm{Pm}0}{\mathrm{Pa}}\right)}^{\frac{\mathrm{\γ}-1}{\mathrm{\γ}}})}...\left(5\right)$

另一方面，在目标压力比设置部分412中，通过查图示的表并基于目标容积流量比率TQHOVEL和发动机转速Ne，来设置当VEL112工作，具体地说，当VEL工作角被控制为目标工作角TGVEL时的目标压力比(Pm1/Pa)。

然后，在KPA1计算部分413中，通过查图示的表TBLKPA1，并基于目标压力比(Pm1/Pa)来计算系数KPA1。该系数KPA1可以由如下等式(6)表示并且对应于等式(4)中的分母值。

$\mathrm{KPA}1={\left(\frac{\mathrm{Pm}1}{\mathrm{Pa}}\right)}^{\frac{1}{\mathrm{\γ}}}\sqrt{(1-{\left(\frac{\mathrm{Pm}1}{\mathrm{Pa}}\right)}^{\frac{\mathrm{\γ}-1}{\mathrm{\γ}}})}...\left(6\right)$

在除法部分414中，将系数KPA0除以系数KPA1从而设置KAVEL(＝KPA0/KPA1)，并且将该设置值输出给第三乘法部分404(图14)。

如上所述，根据工作条件实现了通过进气门105来控制进气量。

然后，将根据图16和图17示出的框图描述基本燃料喷射量TP的计算。

图16示出了计算基本燃料喷射量TP的第一实施例。在此实施例中，在瞬态时，将当前计算的进气门流经的容积流量比率RQHOVEL和先前的计算值RQHOVELz之间的变化率RQHOGAIN(＝RQHOVEL/QHOVELz)乘以先前设置的基本燃料喷射量TPz，从而计算得到当前基本燃料喷射量TP。注意，稍后将对进气门流经的容积流量比率RQHOVEL进行描述(参考图17)。

在图16中，在稳态基本燃料喷射量计算部分500中，按以下方式计算稳态基本燃料喷射量TP00。

即，在空气量平均值计算部分501中，计算当前由空气流量计202检测到的空气量QA和先前由空气流量计202检测到的空气量QAz(例如，在2ms之前)之间的平均值(进气量指数平均值)QAA{＝(QA+QAz)/2}。

在基本燃料喷射量计算部分502中，基于该进气量指数平均值QAA和发动机转速Ne，按下式计算稳态基本燃料喷射量TP00。

TP00＝QAA×KCONST#/(Ne×NREF#)

在上式中，KCONST#和NREF#是常量。

另一方面，在瞬态基本燃料喷射量计算部分510中，按以下方法计算瞬态基本燃料喷射量TP010。

即，在变化率计算部分511中，基于当前计算的进气门流经的容积流量比率RQHOVEL和先前的计算值RQHOVELz(例如，4ms前)，按下式计算变化率RQHOGAIN1。

RQHOGAIN1＝RQHOVEL/RQHOVELz

在第一输出切换部分512中，根据发动机是处于稳态还是处于瞬态而改变其输出。如果发动机处于瞬态，那么选择变化率RQHOGAIN1，并且在乘法部分513中，通过将变化率RQHOGAIN1乘以基本燃料喷射量的先前设定值TPz(如同RQHOVELz，在4ms前)，从而计算得到瞬态基本燃料喷射量TP10(＝TPz×RQHOGAIN1)。

注意，除了变化率RQHOGAIN1外，也可以计算变化量(＝RQHOVEL-RQHOVELz)。在这种情况下，用加法部分代替乘法部分413，以将对应于计算的变化量的值与基本燃料喷射量的先前值TPz相加，由此计算得到瞬态基本燃料喷射量TP10。

此外，在稳态或瞬态判断部分520中，按以下方法判断发动机是处于稳态还是处于瞬态。

即，在容积流量比率变化量计算部分521中，基于当前计算的目标容积流量比率TQHOST和先前计算值TQHOSTz(例如，10ms前)，按下式计算目标容积流量比率的变化量(其绝对值)DLTQHO。

DLTQHO＝|TQHOST-TQHOSTz|

在比较部分522中，将变化量DLTQHO与预先设定的预定量DLTQSL#进行比较，并且如果变化量DLTQHO等于或大于预定量DLTQSL#，那么就判断发动机是处于瞬态，而如果变化量DLTQHO小于预定量DLTQSL#，那么就判断发动机是处于稳态。将该判断结果输出给第一输出切换部分512和第二输出切换部分530。

在第二输出换向部分530中，依靠瞬态或稳态判断结果来选择稳态基本燃料喷射量TP00或瞬态基本燃料喷射量TP10，此外，在加权平均处理部分540中，按下式的加权平均计算，例如，来计算基本燃料喷射量TP。

TP＝TPz(先前值)+(1-k)×TP0(k是加权系数)

然后，C/U114按下式使用基本燃料喷射量TP来计算最终燃料喷射量Ti，并且在与发动机转动同步的预定定时向燃料喷射气门131输出对应于计算的燃料喷射量Ti的喷射脉冲信号。注意，尽管没有描述，也要设置对应于燃料喷射量Ti的作为控制变量的点火定时。

Ti＝TP×(1/λt)×(α+UL+UK)

在上式中，λt代表目标气-油比，Q代表气-油比反馈系数，UL代表气-油比学习值，以及UK代表不同系数。

因此，即使发动机处于进气量时刻发生变化的瞬态，也可以实现对与进气量变化相对应的燃料喷射量和点火定时的准确控制。

下面将描述进气门流经容积流量比率RQHOVEL的计算。该计算是这样执行的，即，基于VEL工作角(VCS-ANGL)获得进气门105的开启面积，并且将其转换成容积流量比率。

具体地说，在图17的框图中，在开启面积转换部分601中，通过查图示的表，并且基于VEL工作角(VCS-ANGL)来计算进气门105的基本开启面积AAVELO。注意，目标工作角TGVEL可以代替VEL工作角VCS-ANGL进行计算。

然后，在转动修正部分602中，将计算的基本开启面积AAVELO乘以基于转动的修正系数KHOSNE，其中该系数是通过查图示的表，并基于发动机转速Ne而设置的，而后在进气门上游压力修正部分603中，将结果再乘以实际歧管压力Pm和大气压Pa之比(Pm/Pa)，从而计算进气门105的开启面积AAVEL。做这样的修正是考虑到，由于随着发动机转速Ne的增大而惯性力加大，因此开启面积也增大，并且即使在同一开启面积，进气量也会被通过节气门103b的节气而产生的进气门105的上游压力(进气压力)改变。

然后，在第一除法部分604中，计算的开启面积AAVEL除以发动机转速Ne，而后在第二除法部分605中，得到的进一步除以排气量(汽缸容积)VOL#，从而得到状态量AANV(A/N/V)。

然后，在容积流量转换部分606中，通过使用图示的转换表，将状态量AANV转换成容积流量比率(RQHOVEL)，并且在VTC修正部分607中，将得到的结果乘以基于气门定时的修正值KHOSIVC，从而计算进气门流经的容积流量比率RQHOVEL。做这样的修正是考虑到，随着通过VTC113的进气门105的关闭定时的改变，有效汽缸容积也发生变化。计算得到的RQHOVEL被输出给图16中的变化率计算部分511。

图18示出了计算基本燃料喷射量TP的第二实施例。该实施例与第一实施例(图16)区别在于基于当前计算的进气门流经容积流量比率RQHOVEL和在瞬态判断时计算的进气门流经容积流量比率RQHOVELk来计算第二变化率RQHOGAIN2，并且将计算的第二变化率RQHOGAIN2乘以在瞬态判断时(或稍前)设置的基本燃料喷射量TPk，从而计算瞬态基本燃料喷射量TP10′。

即，在瞬态基本燃料喷射量计算部分510′中，基于当前计算的进气门流经容积流量比率RQHOVEL和在瞬态判断时在变化率计算部分511′中计算的进气门流经容积流量比率RQHOVELk，按下式计算第二变化率RQHOGAIN2。

RQHOGAIN2＝RQHOVEL/RQHOVELk

在第一输出切换部分512′中，根据发动机是处于稳态还是处于瞬态来转换其输出。如果发动机处于瞬态，那么选择第二变化率RQHOGAIN2，并且在乘法部分513′中，将瞬态判断时设置的基本燃料喷射量TPk乘以变化率RQHOGAIN2，从而计算瞬态基本燃料喷射量TP10′(＝TPk×RQHOGAIN2)，并将其输出到第二输出切换部分530。如在第一实施例中，计算是这样执行的，即，没有选择第二变化率RQHOGAIN2而计算变化量(＝RQHOVEL-RQHOVELk)，并且将对应于计算的变化量的值与在瞬态判断时设置的基本燃料喷射量TPk相加，从而计算瞬态基本燃料喷射量TP10′。

其余的部分与第一实施例中的相同。因此，可以使用同一附图标记，并且省略其描述。

在第二实施例中，也可以实现对与瞬态进气量变化相对应的燃料喷射量和点火定时的准确控制。

如上所述，根据以上实施例，所述构成是这样的，即，基于进气门的气门工作特性来计算由进气门控制的进气量，基于最新进气量计算值和过去进气量计算值之间的变化和先前设置的发动机控制变量来计算最新发动机控制变量，从而基于该计算的最新发动机控制变量来控制发动机。在该构成中，由于使用过去设置的发动机控制变量和与过去相比的进气量计算值的变化(变化率或变化量)来计算目前(最新)发动机控制变量，且即使在进气量时刻发生变化的瞬态时，也能够准确地跟踪到实际汽缸进气量的变化(变化率或变化量)，因此可能准确地计算出对应于实际汽缸进气量的发动机控制变量，并由此提高对发动机控制的准确性。

此外，当发动机处于瞬态(进气量发生变化的状态)时，根据当前(最新)进气量计算值和先前进气量计算值之间的变化来修正先前设置的发动机控制变量，从而计算目前(最新)发动机控制变量，并且基于计算的发动机控制变量来控制发动机，并由此根据相对先前计算值相比较的进气量计算值的变化来修正先前设置的发动机控制变量，这样可以准确地跟踪到实际汽缸进气量的变化。因此，可准确地计算出与时刻发生变化的汽缸进气量相对应的发动机控制变量。

此外，即使在下面的情况下也可以获得相似的效果，即当发动机处于瞬态时，根据当前(最新)进气量计算值和发动机被判断处于瞬态时的进气量计算值之间的变化，来修正在发动机被判断处于瞬态时设置的发动机控制变量，从而计算当前(最新)发动机控制变量，并且基于该计算的发动机控制变量来控制发动机。

当发动机处于稳态时，基于在进气门上游侧检测到的质量空气量来计算发动机控制变量，并且当发动机处于汽缸进气量可以准确地被空气量检测工具检测到的稳态时，可以基于该检测值来计算用于发动机的控制变量，由此在减轻计算负担的同时使得发动机控制变量的计算简单。

本文参考并接合2002年12月25日提交的日本专利申请2002-373659的全部内容，并要求其优选权。

尽管只选择实施例来解释本发明，但是对本领域的普通技术人员从公开文中可以清楚明白，在不脱离所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，可以对本发明进行各种变化和修改。

此外，根据本发明实施例的前述说明仅为示例性的，并不是对本发明的限制，本发明的保护范围由后附权利要求和它们的等同物来限定来限定。

Claims (18)

1、一种内燃机的控制装置，其设有可以改变进气门的气门工作特性的可变气门机构，包括：

气门工作特性检测部分，其检测所述进气门的气门工作特性；

进气量计算部分，其基于检测到的气门工作特性计算出通过所述进气门控制的进气量；

发动机控制变量计算部分，其计算发动机控制变量；以及

控制部分，其基于在所述发动机控制变量计算部分中计算出的发动机控制变量来执行对所述内燃机的控制，

其中，所述发动机控制变量计算部分计算最新的进气量计算值和先前进气量计算值之间的变化，并且基于该计算的变化和过去设置的发动机控制变量来计算最新发动机控制变量。

2、根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述可变气门机构改变作为气门工作特性的气门工作角和气门升程量。

3、根据权利要求2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述可变气门机构还改变气门工作角的中心相位。

4、根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述气门工作特性检测部分检测所述可变气门机构的驱动量，并作为与气门工作特性相关的值。

5、根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，进一步包括：

状态判断部分，其判断所述内燃机是处于进气量恒定不变的稳态还是处于进气量变化的瞬态，

其中当所述内燃机处于瞬态时，所述发动机控制变量计算部分计算最新进气量计算值和先前进气量计算值之间的变化，并且基于该计算的变化和先前设置的发动机控制变量来计算最新发动机控制变量。

6、根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，还包括：

状态判断部分，其判断所述内燃机是处于进气量恒定不变的稳态还是处于进气量变化的瞬态，

其中当所述内燃机处于瞬态时，所述发动机控制变量计算部分计算最新进气量计算值和在所述内燃机被判断处于瞬态时的进气量计算值之间的变化，以基于该计算出的变化和在所述内燃机被判断处于瞬态时设置的发动机控制变量来计算最新发动机控制变量。

7、根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，还包括：

空气量检测传感器，其检测在所述进气门的上游的质量空气量；以及

状态判断部分，其判断所述内燃机是处于进气量恒定不变的稳态还是处于进气量变化的瞬态，

其中当所述内燃机处于稳态时，所述发动机控制变量计算部分基于检测的质量空气量来计算发动机控制变量。

8、根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述发动机控制变量至少包括燃料喷射量和点火定时的其中之一。

9、根据权利要求2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述可变气门机构包括：

凸轮轴，其与曲柄轴同步转动；

控制轴，其基本与所述凸轮轴平行设置；

控制凸轮，其偏心地固定到所述控制轴的外周上；

摇臂，其由所述控制凸轮可摆动地支撑；

摆动驱动件，其根据所述凸轮轴的转动可摆动地驱动所述摇臂的一个端部；

摆动凸轮，其连接到所述摇臂的另一端部，并且可摆动以开启和关闭所述进气门；以及

致动器，其驱动所述控制轴转动。

10、一种内燃机的控制装置，其设有可以改变进气门的气门工作特性的可变气门机构，包括：

气门工作特性检测装置，其检测所述进气门的气门工作特性；

进气量计算装置，其基于检测到的气门工作特性计算由所述进气门控制的进气量；

发动机控制变量计算装置，其计算发动机控制变量；以及

控制装置，其基于由所述发动机控制变量计算装置计算得到的发动机控制变量来执行对所述内燃机的控制，

其中所述发动机控制变量计算装置计算最新进气量计算值和先前进气量计算值之间的变化，并且基于该计算出的变化和过去设置的发动机控制变量来计算最新发动机控制变量。

11、一种内燃机的控制方法，该内燃机设有可以改变进气门的气门工作特性的可变气门机构，该方法包括以下步骤：

检测所述进气门的气门工作特性；

基于检测的气门工作特性来计算由所述进气门控制的进气量；

计算最新进气量计算值和先前进气量计算值之间的变化，并且基于该计算的变化和过去设置的发动机控制变量来计算最新发动机控制变量；以及

基于计算的最新发动机控制变量来执行对所述内燃机的控制。

12、根据权利要求11所述的内燃机的控制方法，其特征在于，

所述可变气门机构改变作为气门工作特性的气门工作角和气门升程量。

13、根据权利要求12所述的内燃机的控制方法，其特征在于，

所述可变气门机构还改变气门工作角的中间相位。

14、根据权利要求11所述的内燃机的控制方法，其特征在于，

所述检测气门工作特性的步骤检测所述可变气门机构的驱动量，作为与气门工作特性相关的值。

15、根据权利要求11所述的内燃机的控制方法，其特征在于，进一步包括步骤：

判断所述内燃机是处于进气量恒定不变的稳态还是处于进气量变化的瞬态，

其中当所述内燃机处于瞬态时，所述计算最新发动机控制变量的步骤计算最新进气量计算值和先前进气量计算值之间的变化，并且基于该计算的变化和先前设置的发动机控制变量来计算最新发动机控制变量。

16、根据权利要求11所述的内燃机的控制方法，其特征在于，还包括步骤：

判断所述内燃机是处于进气量恒定不变的稳态还是处于进气量变化的瞬态，

其中当所述内燃机处于瞬态时，所述计算最新发动机控制变量的步骤计算最新进气量计算值和当所述内燃机被判断为处于瞬态时的进气量计算值之间的变化，以基于计算出的变化和当所述内燃机被判断为处于瞬态时设置的发动机控制变量来计算最新发动机控制变量。

17、根据权利要求11所述的内燃机的控制方法，其特征在于，还包括步骤：

检测在所述进气门的上游的质量空气量；以及

判断所述内燃机是处于进气量恒定不变的稳态还是处于进气量变化的瞬态，

其中当所述内燃机处于稳态时，所述计算最新发动机控制变量的步骤基于该质量空气量来计算最新发动机控制变量。

18、根据权利要求11所述的内燃机的控制方法，其特征在于，

所述发动机控制变量至少包括燃料喷射量和点火定时的其中之一。

Images