专利名称：内燃机控制设备的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及一种用于估测吸入发动机汽缸中的进气量的内燃机控制设备。更具体地说，本发明涉及一种在用以通过改变进气门的配气正时对汽缸进气量进行控制的发动机中、以简单的方式估测实际汽缸进气量的内燃机控制设备。
背景技术：
传统的汽油发动机设置有用于控制进气量的节流阀，通过节流阀的空气量利用设置于节流阀上游的气流计进行测量。在这种传统发动机中，通过节流阀的空气的测量值通常用作负载指标，该指标用作控制发动机的参数。例如，日本公开专利出版物No.2002-256938公开了一种传统的内燃机控制设备，其中内燃机(汽油发动机)的进气量使用节流阀控制以达到目标扭矩。在上述文献中，通过节流阀的进气量被估测，并且将估测的进气量用作设定目标扭矩的负载指标。
在其他类型的传统发动机中，对流入汽缸的空气量(下文称之为“汽缸进气量”)而非通过节流阀的空气量进行测量，使得汽缸进气量用作负载指标。例如，日本公开专利出版物No.2001-050091公开了这种类型的传统发动机，其根据气流计的输出计算流入进气歧管的空气量，并且根据流入进气歧管的空气的检测值与从进气歧管流入汽缸中的空气量(汽缸进气量)之间的差值计算汽缸进气量和进气歧管内的空气量。
就上述内容而言，本领域技术人员从本公开内容显然可知，存在对改进的内燃机控制设备的需求。本发明针对本技术领域中的这一需求以及其他需求，根据本公开内容所述需求对本领域技术人员是显而易见的。
发明内容
近年来，已经公开了一些技术，从而除了控制节流阀以外，还通过可变地控制进气门的操作特性来控制进气量(即，汽缸进气量)。换句话说，进气量通过可变地控制进气门的操作特性(例如，配气正时和气门升程量)进行控制，以消除节流阀的节流损失并改善燃油效率。也是在那些传统发动机中，当进气量进行控制以达到目标扭矩时，以与对节流阀进行控制以控制汽缸进气量相似的方式，需要对通过进气门进入汽缸的进气量(汽缸进气量)进行估测并且用作设定目标扭矩的负载指标。当发动机基于汽缸进气量进行控制时，负载指标可以为每个汽缸的每个进气冲程设置，并且可对于每个循环实现目标扭矩(当发动机基于通过节流阀的空气量进行控制时不能做到这一点)。从而，当操作条件是瞬态时，发动机输出可进行非常精确地控制。
不过，当汽缸进气量通过改变进气门的操作特性进行控制时，汽缸进气量随配气正时和气门升程量大幅变化。因此，对汽缸进气量进行估测需要大量的参数。如果使用大量的图表(包括多维图表)来适应参数的增多，那么就需要巨大的ROM容量，而且调整步骤也会变得非常多，导致该控制方法无法进行实际应用。
而且，汽缸进气量受到进气脉动的很大影响，因此，需要一种技术，其能够以简单的方式对汽缸进气量进行测量，同时计及进气脉动的影响。
本发明鉴于这一问题而构想得出。本发明的一个目标是提供一种用于利用进气门控制进气量的内燃机控制设备，该控制设备如此构作而成，使得其能够以最少量的计算估测汽缸进气量而不使用大量的图表，由此减小ROM的容量和调整步骤的数量。
本发明的另一个目的是提供一种内燃机控制设备，其用以在计及进气脉动影响的同时以简单的方式测量汽缸进气量。
为了实现本发明的上述目的和其他目的，提供了一种用于具有可变气门操作机构的发动机的内燃机控制设备，所述可变气门操作机构用以改变所述发动机进气门的气门特性。该内燃机控制设备主要包括参考进气量计算部分、最大进气量计算部分和发动机控制部分。参考进气量计算部分用以计算与在进气门开口面积对应于进气门的气门特性的情况下进气作为音速流引入汽缸时相对应的参考进气量。最大进气量计算部分用以计算与从进气冲程开始时刻到进气冲程结束时刻的汽缸冲程容积填充有处于所述进气门上游的进气压力下的进气时相对应的理论最大进气量。发动机控制部分用以通过利用第一值和第二值之间的进气量函数控制所述发动机，第一值通过将所述参考进气量除以所述最大进气量得到，而第二值通过将对应于所述进气门的气门特性的实际进气量除以所述最大进气量得到。该发动机控制部分用以唯一地确定相应于所述第二值的所述第一值的每个值，并唯一地确定相应于所述第一值的所述第二值的每个值。
通过与附图相结合公开了本发明优选实施例的下述详细说明，对于本领域技术人员来说，本发明的这些和其他目的、特征、方面和优点将变得显而易见。
现在参照构成该原始公开内容一部分的附图图1是根据本发明优选实施例的内燃机控制设备的整体示意图；图2是根据本发明优选实施例的内燃机的可变气门操作机构的透视图；图3是图2所示的根据本发明优选实施例的可变气门操作机构的工作角改变机构的局部放大侧视图；图4是图2所示的根据本发明优选实施例的可变气门操作机构的相位改变机构的放大剖面视图；图5是根据本发明优选实施例的在内燃机控制设备中执行以估测汽缸进气量的各控制步骤的主方框图；图6是根据本发明优选实施例的由内燃机控制设备的参考进气量计算单元执行的各计算步骤的方框图；图7是根据本发明优选实施例的由内燃机控制设备的最大进气量计算单元执行的各计算步骤的方框图；图8是示意时间图，表明在内燃机的进气冲程期间气门特性、汽缸压力、和通过进气门的空气流量如何变化；图9是根据本发明优选实施例的用以计算排气回流量(exhaust blowbackquantity)所执行的各计算步骤的方框图；以及图10是根据本发明优选实施例的图示用以计算进气压力变化量和进气温度变化量所执行的各计算步骤的方框图。
具体实施例方式
现在将参照附图对本发明的选定实施例进行说明。根据本公开内容，本领域技术人员显然可知，本发明实施例的下述描述只是用于说明而不是为了限制所附权利要求及其等同内容所限定的本发明。
首先参照图1，图中示出了根据本发明优选实施例的装配于内燃机1(例如，火化点火式发动机)中的内燃机控制设备。如图1所示，发动机1优选地包括设置在其进气通道101中的电控节流阀102。一对进气门2(在图1中只示出了一个)优选地设置于发动机1的每个汽缸104中。虽然吸入进气通道101的进气量可通过控制节流阀102的开启和关闭进行控制，但是在本发明的优选实施例中，进气量优选地主要通过控制进气门的配气正时进行控制。节流阀102用于按照需要控制进气压力PMAN，以便实现发动机1的配气正时控制。发动机1还设置有安装于进气通道101中的燃油喷射器103。对燃油喷射器103进行控制，以便根据配气正时控制实现的进气量喷射实现预定当量比(equivalence ratio)所需的燃油量。
每个进气门2优选地是提升式进气门，并且布置于进气通道101的进气口部分101a。进气门2由布置于进气门2上方的可变气门操作机构(下文称之为“进气门操作机构”)100驱动，使得在进气门2开启期间将进入空气和燃油的混合物引入发动机1的汽缸104。在本发明的优选实施例中，进气门操作机构100用以以连续的方式改变(变化)进气门2的工作角(下文中称之为“进气门工作角”)和吸气阀2的升程量，并且还用以以连续的方式改变进气门工作角的中心相位(下文称之为“工作中心角”)。
汽缸盖H设置于发动机1的主体上，且火花塞106安装于汽缸盖H中，使得其端部面对燃烧室的中心上部。火花塞106设置用来点燃导入汽缸104中的燃油-空气混合物。
在燃烧之后，燃烧过程中产生的废气排至排气通道107。一对提升式排气门108(在图1中只示出一个)优选地布置于排气通道107的排气口部107a。排气门108由布置于排气门108上方的阀操作机构(下文称之为“排气门操作机构”)101驱动，使得在排气门108开启期间废气排至排气通道107。在本发明的优选实施例中，排气门108的工作角、升程量和工作中心角都是固定的。但是，本领域技术人员从本公开内容显然可知，发动机1可布置成使得排气门操作机构101设置成通过采用与进气门操作机构100类似的机构或者其他传统的可变气门操作机构、以与进气门操作机构100控制进气门2的气门特性相同的方式改变排气门108的工作角和其他气门特性。
发动机1还设置有包括电控单元的发动机控制单元(ECU)30。ECU 30用以控制进气门操作机构100和节流阀102的操作。ECU 30优选地操作连接于油门传感器32、曲轴转角传感器33、进气压力传感器34、进气温度传感器35、排气压力传感器36、排气温度传感器37等。ECU 30用以接收来自油门传感器32的、表示油门踏板6的下压量(油门位置APO)的检测信号，来自曲轴转角传感器33的、表示曲轴旋转位置的检测信号(发动机转速Ne根据该信号进行计算)，来自进气压力传感器34的、表示与进气门2上游的进气歧管中的压力相对应的、进气通道101中(该实施例中为平衡箱(surge tank)中)的进气压力PMAN的检测信号，来自进气温度传感器35的、表示与进气门2上游的进气歧管中的温度相对应的、进气通道101中的温度TMAN的检测信号，来自排气压力传感器36的、表示排气通道107中的排气压力PE的检测信号，以及来自排气温度传感器37的、表示排气通道107中的排气温度TE的检测信号。根据这些检测信号，ECU 30用以通过进气门操作机构100控制进气门2的进气门工作角和工作中心角，并且控制节流阀102的开启程度。在本发明的优选实施例中，ECU 30构成了内燃机控制设备。作为节流阀开度控制器的一部分，ECU 30用以计算对应于实际吸入汽缸104的空气量的进气量QCYL。
更具体地说，ECU 30优选地包括微型计算机，具有如下所述控制进气量的计算的进气量估测控制程序。ECU 30还可包括其他传统组件，诸如输入接口电路、输出接口电路和诸如ROM(只读存储器)装置和RAM(随机存取存储器)装置等存储装置。ECU 30的微型计算机进行编程以控制发动机1的各种组件。存储电路存储处理结果和控制程序，例如由处理器电路运行的进气量估测操作的控制程序。ECU 30以传统方式操作连接于上述各种传感器和发动机1的其他组件。ECU 30的内部RAM存储操作标志的状态以及各种控制数据。ECU 30的内部ROM存储用于各种操作的数据和图表。ECU 30能够根据控制程序选择性地控制该控制系统的任何组件。从本公开内容，本领域技术人员显然可知，ECU 30的精确结构和算法可以是执行本发明功能的硬件和软件的任意组合。换句话说，说明书和权利要求书中所使用的“装置加功能”语句应当包括可用于执行“装置加功能”语句的功能的任何结构或硬件和/或算法或软件。
图2是根据本发明的进气门操作机构100的透视图。如图2所示，一对进气门2优选地设置于每个汽缸104，且中空的进气门驱动轴3布置于进气门2的上方，以便沿着汽缸104的布置方向延伸。多个摆动凸轮4设置于进气门驱动轴3上，使得它们可相对于进气门驱动轴3被转动。摆动凸轮4用于通过触压每个进气门2的气门挺杆2a开启和关闭进气门2。
进气门操作机构100优选地包括电动工作角改变机构10和电动相位改变机构20。工作角改变机构10设置于进气门驱动轴杆3和摆动凸轮4之间，并用以以连续可变方式改变进气门工作角(即，进气门2的工作角)和气门升程量。相位改变机构20设置于进气门驱动轴3的一端上，并用于通过改变进气门驱动轴3相对于曲轴(未示出)的相位以连续可变方式改变进气中心相位或者进气工作中心角(即，进气门工作角的中心相位)。
如图2和3所示，工作角改变机构10优选地包括圆形驱动凸轮11、环形连杆12、控制轴13、圆形控制凸轮14、摇臂15和杆形连杆16。圆形驱动凸轮11以偏心的方式固定于进气门驱动轴3。环形连杆12配装于驱动凸轮11的外侧，使得其可相对于驱动凸轮11旋转。控制轴13沿着汽缸104布置方向延伸，从而基本上平行于进气门驱动轴3。圆形控制凸轮14以偏心的方式固定于控制轴13。摇臂15配装于控制凸轮14的外侧，使得其可相对于控制凸轮14旋转并且在其一端连接于环形连杆12的端部。杆形连杆16连接于摆动凸轮4和摇臂15的另一端。控制轴13由电动驱动器17在预定控制范围内旋转驱动，驱动器17的运动通过齿轮系18传输至控制轴13。
因此，当进气门驱动轴3由于曲轴的旋转而旋转时，驱动凸轮11使环形连杆12沿基本上平移方向移动，而摇臂15围绕控制凸轮14的中心轴摆动。因此，杆形连杆16导致摆动凸轮4摆动并且开启和关闭进气门2。
通过改变控制轴13的旋转角度，作为摇臂15摆动中心的控制凸轮14的中心轴的位置被改变，并且摆动凸轮4的姿势发生改变。因此，在进气中心相位保持基本不变的同时，进气门工作角和升程量以连续可变方式变化。
由于工作角改变机构10的各部件的连接部分，例如驱动凸轮11的支承部分和控制凸轮14的支承部分，都构作成呈面接触状态，所以各连接部分易于润滑并且具有极佳的耐久性和可靠性。由于驱动进气门2的摆动凸轮4布置成相对于进气门驱动轴3同轴，所以控制精度优于例如其中摆动凸轮由进气门驱动轴3以外的单独支撑轴支撑的机构的控制精度。此外，该设备本身更加紧凑，并且具有优良的发动机安装特性。更具体地说，该设备可用于直接驱动气门机构中，而不对其结构作较大的改变。而且，由于不需要复位弹簧或者其他弹性加载装置，所以气门机构中的摩擦可保持在较低的水平。当然，从本公开内容，本领域技术人员显然可知，其他类型的传统可变气门操作机构可用于上述进气门操作机构100，只要这种机构设置成连续地改变进气门2的进气门工作角和工作中心角即可。
图4是相位改变机构20的剖面视图。如图4所示，相位改变机构优选地包括第一旋转体21、第二旋转体22、中间圆柱齿轮23、电磁延迟器(electromagnetic retarder)24和凸轮链轮(cam sprocket)25。第一旋转体21固定于与发动机1的曲轴同步旋转的凸轮链轮25，并且设置成与凸轮链轮25作为整体单元旋转。第二旋转体22通过螺栓22a固定于进气门驱动轴3的一端，并且与进气门驱动轴3作为整体单元旋转。中间圆柱齿轮23通过螺旋花键26与第一旋转体21的径向向内的表面以及第二旋转体22的径向向外的表面相啮合。
鼓27通过三头螺纹28连接于中间齿轮23，而扭转弹簧29设置于鼓27和中间齿轮23之间。中间齿轮23通过扭转弹簧29沿延迟方向(即更大延迟角的方向，即图4中向左的方向)弹簧加载，并当电压施加于电磁延迟器24以产生磁力时，通过鼓27和三头螺纹28沿前进方向(即，图4中向右的方向)移动。取决于中间齿轮23的轴向位置，第一和第二旋转体21和22的相对位置改变，并因此，进气门驱动轴3相对于曲轴的相位发生变化。因此，相位改变机构20用以通过改变驱动轴3相对于曲轴的相位来改变进气门2的工作中心角。当然，从本公开内容，本领域技术人员显然可知，用以改变驱动轴3相对于凸轮链轮的相位的任何传统可变气门操作机构都可用作相位改变机构20。电磁延迟器24按照发动机1的操作条件由ECU 30的控制信号控制(驱动)。
ECU 30用以执行总体发动机控制，例如根据由角度检测传感器31和32(图2所示)检测到的进气门驱动轴3和控制轴13的角度以及诸如曲轴转角、发动机转速、负载和发动机温度(使用传感器检测或估测)等发动机操作条件进行燃油喷射控制和点火正时控制。此外，ECU 30用以通过控制进气门操作机构100来控制进气门2的进气门工作角(阀升程量)和进气门2的进气中心相位(配气正时)。
更具体地说，ECU 30用以根据诸如发动机转速Ne和油门踏板下压量APO等操作特性计算和设定由发动机1产生的目标扭矩tTe。然后，ECU 30根据计算出的目标扭矩tTe操作进气门操作机构100和节流阀102。换句话说，ECU 30用以计算达到目标扭矩tTe所需的目标新鲜空气量tQCYL，并根据目标新鲜空气量tQCYL设定目标进气门工作角tθeven。ECU 30然后根据目标进气门工作角tθeven操作进气门操作机构100。ECU 30还用以估测实际吸入汽缸104的修正实际进气量rQCYL，并且将节流阀102操作至这样一来一个位置以减小修正实际进气量rQCYL与目标新鲜空气量tQCYL之间的差值(＝tQCYL-rQCYL)，由此调整进气压力PMAN。
在本发明中，ECU 30用以利用参考进气量QD、理论最大进气量QMAX和实际汽缸进气量QCYL，来建立比值QD/QMAX和比值QCYL/QMAX的函数，该函数唯一地确定相应于比值QCYL/QMAX的比值QD/QMAX的每个值，并唯一地确定相应于比值QD/QMAX的比值QCYL/QMAX的每个值，并使用该函数控制发动机1。参考进气量QD对应于当在进气门开口面积对应于进气门2的气门特性的情况下空气假设作为音速流引入汽缸104时的进气量。最大进气量QMAX是当从进气冲程开始时刻到进气冲程结束时刻的汽缸冲程容积填充有处于进气门2上游的进气压力下的进气时的理论进气量。实际汽缸进气量QCYL是对应于进气门2的气门特性的进气量。
本发明的发明人已经发现，当使用如上所定义的参考进气量QD和最大进气量QMAX时，实际汽缸进气量QCYL与最大进气量QMAX的比值QCYL/QMAX相应于参考进气量QD与最大进气量QMAX的比值QD/QMAX唯一地确定。在本发明中，比值QD/QMAX构成第一值，而比值QCYL/QMAX构成第二值。
因此，即使进气门2的配气正时或者其他特性在发动机1的瞬态操作条件下发生变化，比值QCYL/QMAX-比值QD/QMAX的函数可用于高精度地估测实际汽缸进气量QCYL，并且可实现具有良好响应的最优燃油喷射控制，由此改善发动机1的操作性能和排气性能。此外，由于QCYL/QMAX可根据比值QD/QMAX使用二维图表唯一地确定，所以即使参数数量很大，实际汽缸进气量QCYL也可以通过最少量的计算得以估侧，而无须使用多重图表。因此，所需的ROM容量和调整步骤的数量得以减少。
此外，在本发明中，用于计算参考进气量QD和最大进气量QMAX的进气冲程的开始时刻通过考虑汽缸104内部的压力从基本上等于重叠期间(即当进气门2和排气门5都开启时)的排气压力的压力减小到基本上等于进气门2上游的进气压力的压力所需的延迟时间进行确定。因此，参考进气量QD和最大进气量QMAX可更精确地确定，并且可高精度地估测实际汽缸进气量QCYL。
而且，在本发明中，取决于发动机1运行于进气流被阻塞的第一区域(即，吸入汽缸104的进气流基本上为音速流的区域)还是包括其他所有区域的第二区域(即，汽缸104中的状态以准静态方式变化的区域)，不同的计算方法(修正方法)应用于实际汽缸进气量QCYL以确定修正的实际进气量rQCYL。更具体地说，本发明的内燃机控制设备优选地构作成当发动机1运行于第一区域时将实际汽缸进气量QCYL的修正量设定为基本为零，并且考虑进气脉动的影响来修正实际汽缸进气量QCYL。换句话说，当发动机运行于第二区域时，实际汽缸进气量QCYL根据与计及气柱振动的实际进气压力成比例并与计及气柱振动的实际进气温度的倒数成比例的特性进行修正。因此，实际汽缸进气量QCYL可以以准确适合于各运行区域的方式进行精确的修正。特别是，当发动机1运行于第二区域时，计及进气脉动影响的修正实际进气量rQCYL的精确计算可以以简单的方式完成。
现在将参照图5至10，更加详细地描述在由ECU 30执行的进气量控制期间进行的修正实际进气量rQCYL的计算。
图5示出了在ECU 30中执行的、以便估测修正实际进气量rQCYL的各控制步骤的主方框图。
如图5所示，QD计算单元200(参考进气量计算部分)用以接收进气门开启时刻IVO、进气门关闭时刻IVC、重叠中心角O/LCA、上止点偏差量TDCOFS、进气压力(歧管中压力的平均值)PMAN、进气温度(歧管中温度的平均值)TMAN和发动机转速NE，并计算参考进气量QD。如上所述，参考进气量QD对应于当在进气门开口面积对应于进气门2的气门特性的情况下假设空气作为音速流引入汽缸104时获得的进气量。
更具体地说，参考进气量QD利用下述方程(1)进行计算QD=(ΣAIV)×PMANRa×TMAN×2kk-1×{(PCYLPMAN)2k-(PCYLPMAN)k+1k}×Δt]]>方程(1)在方程(1)中，AIV是每规定曲轴转角Δθ的进气门开口面积，而∑AIV是各AIV值的累积值(总和)。换句话说，∑AIV是进气门2开启期间进气口101a的总的开口面积(即，每单位曲轴转角的开口面积AIV的总和)，而规定曲轴转角Δθ是各开口面积AIV进行求和(累积)的间隔角。Ra是空气的气体常数，k是空气的比热比，而TMAN是进气温度。值Δt是将规定曲轴转角Δθ转换为时间值并使用方程Δt＝Δθ/(6×Ne)计算得到的。
在本发明中，汽缸压力Pctr用作上述方程(1)中的汽缸压力PCYL，该汽缸压力Pctr当假设由于绝热膨胀在进气冲程期间于汽缸104中发生状态改变时在进气门2的工作中心角IVctr处获得(图8)。以这种方式定义的汽缸压力PCYL(＝Pctr)可使用热力学的理论方程容易地计算。当在绝热膨胀条件的假设下获得的压力Pctr如上所述用作汽缸压力PCYL时，进气流理论上在发动机1的整个运行区域(所有运行区域)上被阻塞，且进气可假设以音速(声速)流进汽缸。因此，方程(1)中的压力比PCYL/PMAN可假设总是对应于作为常数的临界压力比(＝[2/(k+1)]k/(k-1))。因此，关于上述方程(1)，存在通过进气门2的进气的流速处于恒定音速下的理论声速流状态。因此，方程(1)中计算的参考进气量QD对应于假设的声速进气量。
如上所述，在声速流状态下，方程(1)中汽缸压力PCYL与进气压力PMAN的比(PCYL/PMAN)取值等于或小于临界压力比。换句话说，进气门2紧上游和紧下游处的压力的比保持于恒定的临界压力比。因此，方程(1)右侧的第三个元素可简化为固定值(常数)qSONIC，因为空气的临界压力比为常数(PCYL/PMAN＝[2/(k+1)]k/(k-1)。
因此，方程(1)可重写为如下所示的方程(2)。
QD=(ΣAIV)×PMANRa×TMANqSONIC×Δt]]>方程(2)图6是示出由QD计算单元200执行、以计算参考进气量QD的各计算步骤的方框图。
如图6所示，开口面积累计单元201用以接收进气门开启时刻IVO和进气门关闭时刻IVC，并确定包括阀升程量的进气门2的气门特性。进气门开启时刻IVO和进气门关闭时刻IVC可根据上(前)次计算(即，前一次控制循环)确定的进气门工作角和工作中心角推导得出。
于是，开口面积累计单元201用以根据重叠中心角O/LCA和上止点偏差量TDCOFS，计算进气冲程由于绝热变化而实际开始的有效上止点(在后文中称之为“有效TDC”)。重叠中心角O/LCA是进气门2的升程量和排气门5的升程量之间的差基本上为零或者最小时的曲轴转角。在本发明的该实施例中，由于排气门5的配气正时是固定的，所以重叠中心角O/LCA可由进气门工作角和工作中心角推导出。
开口面积累计单元201也用以根据进气门2的进气特性，计算进气门2在有效TDC和进气门关闭时刻IVC之间的开启期间每单位曲轴转角(Δθ)的进气门开口面积AIV。于是，开口面积累计单元201用以通过对各个计算的AIV值进行累计(求和)计算开口面积累积值∑AIV。在本发明中，用于计算上述方程(1)的总开口面积∑AIV部分的计算期间PRDQD(图8)设定为对应于气门特性的、从进气门2的有效TDC到进气门关闭时刻IVC的期间。计算有效TDC的方法将在下文进行更详细地描述。
如图6所示，QD计算单元200用进气温度TMAN乘以气体常数Ra(控制步骤202)，以通过参照图表确定其平方根(即，(TMAN×Ra)1/2)(控制步骤203)，并将进气压力PMAN除以平方根值((TMAN×Ra)1/2)(控制步骤204)。采用这种方式，计算上述方程(2)右侧的第二部分(PMAN/(TMAN×Ra)1/2)。
此外，QD计算单元200将规定的曲轴转角Δθ除以发动机转速Ne与6的乘积(即，6×Ne)，以计算出累计时间间隔Δt(控制步骤205)。
然后，通过在控制步骤206至208中连续相乘如上所述算出的进气门开口面积累积值∑AIV、值PMAN/(TMAN×Ra)1/2、常数qSONIC和累计时间间隔Δt，QD计算单元200根据上述方程(2)计算参考汽缸进气量QD。
返回参照图5，类似于QD计算单元200，QMAX计算单元300(最大进气量计算部分)用以接收进气门开启时刻IVO、进气门关闭时刻IVC、IVC偏差量IVCOFS、上止点偏差量TDCOFS、进气压力PMAN、进气温度TMAN和发动机转速Ne，并如下所述计算进气量QMAX。
图7是示出由QMAX计算单元300执行的、用于计算最大进气量QMAX的各计算步骤的方框图。
如上所述，最大进气量QMAX定义为当从进气冲程的开始时刻到进气冲程的结束时刻的汽缸冲程容积填充以处于进气门2上游的进气的进气压力(或者密度)和温度下的进气时的理论进气量。换句话说，最大进气量QMAX对应于基于进气门2的配气正时特性、在进气冲程期间理论上可能吸进汽缸104的最大进气。从静态的观点看，冲程容积是通过从进气门关闭时刻IVC的汽缸容积减去上止点TDC处的汽缸容积所得到的值。不过，实际上，进气冲程的开始时刻和进气冲程的结束时刻并不是分别与上止点TDC和进气门关闭时刻IVC同时出现。
例如，图8是时间图，示出了进气冲程期间曲轴转角CA与进气门2的进气门升程量IV(气门特性之一)和排气门5的排气门升程量EV、汽缸压力PCYL、以及通过进气门2的空气的流量QIV(每单位曲轴转角的汽缸进气量)之间的关系。图8示出了进气门关闭时刻IVC控制为发生在下死点之后的情形。
如图8所示，汽缸中的压力(汽缸压力PCYL)在到达进气门关闭时刻IVC之前达到进气压力PMAN。而且，在到达进气门关闭时刻IVC之前，开始绝热压缩作用或变化(即，进气冲程结束)。换句话说，进气冲程的实际结束时刻以IVC偏差量IVCOFS(进气结束时刻偏差值)从进气门关闭时刻IVC偏离(提前)。由于惯性影响增加，进气冲程的实际结束时刻提前于进气门关闭时刻IVC的IVC偏差量IVCOFS随着发动机转速Ne的增加以及气门升程的减小而增加。
因此，如图7的方框图所示，QMAX计算单元300首先根据基于进气门开启时刻IVO和进气门关闭时刻IVC确定的进气门2的气门特性计算气门升程量(最大升程量)Iv(控制步骤301)。
接下来，QMAX计算单元300读取标示出IVC偏差量IVCOFS(即，进气冲程的实际结束时刻超前进气门关闭时刻IVC的量)与发动机转速Ne和阀升程量Iv关系的图表，并且参照该图表以查找IVC偏差量IVCOFS(控制步骤302)。如图7所示，控制步骤302中所使用的图表优选地具有这样的特性，使得在发动机转速Ne较高以及进气门2的气门升程量Iv较小时IVC偏差量IVCOFS设定为较大值。
然后，QMAX计算单元300从进气门关闭时刻IVC中减去从所述图表获得的IVC偏差量IVCOFS(控制步骤303)，以计算有待用作对应于进气冲程实际结束时(即，进气冲程的结束时刻)的有效IVC的曲轴转角位置。换句话说，在本发明中，有效IVC被计算为当进气门关闭时刻IVC以IVC偏差量IVCOFS提前时的时刻。
而且，由于由进气门2和排气门5两者都开启的气门重叠造成的排气回流，导致进气上止点TDC和进气冲程的开始时刻(即，由于绝热膨胀作用或变化导致汽缸压力与进气压力PMAN匹配且开始进气冲程的时刻)之间出现偏差。换句话说，如图8所示，在气门重叠状态下进气门2开启之后，汽缸104中的压力从排气压力PE逐渐下降，并且在迟于出现进气上死点TDC的某一时刻达到进气压力PMAN。由于绝热膨胀，正是在该稍迟时刻，进气冲程开始(即，有效TDC)。由于进气门2的开口面积较小，所以汽缸104中的压力在进气门2刚开始开启之后并没有下降多少。汽缸压力的明显下降开始于排气回流流量为最大的重叠中心角O/LCA附近，如图8所示。因此，有效TDC根据该延迟时刻或重叠中心角O/LCA到汽缸压力PCYL达到进气压力PMAN的时刻之间的偏差量(TDC偏差量TDCOFS)进行确定。由于惯性效果增加以及汽缸压力下降程度减小，有效TDC(即，进气冲程开始的实际时刻)相对于汽缸压力开始下降的时刻(即，在重叠中心角O/LCA附近)的迟延量随着发动机转速Ne的增加以及气门重叠量(重叠开口面积)的下降而增加。
因此，如图7所示，QMAX计算单元300用以读取进气门开启时刻IVO和进气门关闭时刻IVC，并确定气门重叠中心角O/LCA(控制步骤304)。更具体地说，QMAX计算单元300根据进气门开启时刻IVO和进气门关闭时刻IVC确定进气门特性IV，并计算进气门特性IV和固定排气门特性EV两者的升程量相同时(即，两个特性的交叉点)的曲轴转角。计算所得的曲轴转角被用作重叠中心角O/LCA。
接下来，QMAX计算单元300通过参照规定的图表计算对应于重叠中心角O/LCA的重叠开口面积O/LA(＝进气门开口面积＝排气门开口面积)(控制步骤305)。控制步骤305中使用的规定图表的特性为重叠中心角O/LCA越小(即，越超前)，重叠开口面积O/LA越大。
接下来，QMAX计算单元300读取标示TDC偏差量TDCOFS(进气开始时刻偏差值)(即，有效TDC相对于重叠中心角O/LCA的迟延量)与发动机转速Ne和重叠开口面积O/LA的关系的图表，并且参照该图表查找TDC偏差量TDCOFS(控制步骤306)。如图7所示，控制步骤306中所使用的图表优选地具有这样的特性当发动机转速Ne较高时以及在重叠期间重叠开口面积O/LA较小时，TDC偏差量TDCOFS设定为较大值。
QMAX计算单元300然后将TDC偏差量TDCOFS加到重叠中心角O/LCA上以获得用作有效TDC的曲轴转角(控制步骤307)。对于重叠开口面积，使用从进气门开启时刻IVC到重叠中心角O/LCA的期间出现的进气门开口面积的累积值(∑AIV)也是可接受的。该累积值也用于下文描述的排气回流量的计算。
根据有效TDC(即，进气冲程的实际开时刻)和有效IVC(即，进气冲程的实际结束时刻)，QMAX计算单元300使用下述方程(3)计算在进气冲程期间可被吸进汽缸的最大空气量(即，最大进气量QMAX)。
QMAX=PMAN×VEIVCRa×TMAN-PMAN×VETCDCRa×TMAN]]>=PMAN×(VEIVC-VETDC)Ra×TMAN]]>方程(3)VEIVC有效IVC时的汽缸容积VETDC有效TDC时的汽缸容积如图7所示，QMAX计算单元300用以通过获取进气门开启时刻IVO、进气门关闭时刻IVC和有效TDC并参照图表根据进气门特性计算有效TDC时的汽缸容积VETDC(控制步骤308)。类似地，QMAX计算单元300通过获取进气门开启时刻IVO、进气门关闭时刻IVC和有效IVC并参照图表计算有效IVC时的汽缸容积VEIVC(控制步骤309)。
QMAX计算单元300然后通过从汽缸容积VEIVC中减去汽缸容积VETDC计算有效冲程容积VE(＝VEIVC-VETDC)(控制步骤310)。
同样，类似于QD计算单元200中执行的计算，QMAX计算单元300将进气温度TMAN乘以气体常数Ra(控制步骤311)，以通过参照图表确定其平方根(即，(TMAN×Ra)1/2)(控制步骤312)，并且将进气压力PMAN除以平方根值((TMAN×Ra)1/2)(控制步骤313)。最后，QMAX计算单元300根据上述方程(3)通过将PMAN/(TMAN×Ra)1/2乘以有效冲程容积VE计算最大进气量QMAX(控制步骤314)。
本发明的发明人已经通过实验、模拟等证实，定义为实际汽缸进气量QCYL与可吸进汽缸的最大空气量(即，最大进气量QMAX)的比值的参数，相应于定义为按前述各段落中所计算的参考进气量QD和最大进气量QMAX的比值QD/QMAX的参数唯一地确定(即，定义为以音速流吸进汽缸的空气量与在当时有效的进气门2的特定气门特性条件下可吸进汽缸104的最大空气量的比值的参数)。“比值QCYL/QMAX相应于比值QD/QMAX唯一地确定”这一表述意味着即使参考进气量QD和最大进气量QMAX的各值由于配气正时、气门升程量和其他气门特性的差异而变化，当比值QD/QMAX具有相同值时，比值QCYL/QMAX也会具有相同值(即，比值QCYL/QMAX的每个值将对应于比值QD/QMAX的相同唯一值，反之亦然，而无论气门特性的变化如何)。因此，比值QCYL/QMAX和实际汽缸进气量QCYL可通过仅只确定参考进气量QD和最大进气量QMAX来进行估测，且实际汽缸进气量QCYL可以最少的参数使用二维图表进行估测。
因此，在本发明中，比值QCYL/QMAX和比值QD/QMAX之间的关系(函数)预先通过实验或者模拟确定，且标示比值QCYL/QMAX与比值QD/QMAX关系的图表进行制备并优选地存储于ECU 30的存储装置(例如ROM)中。更具体地说，为了估测汽缸进气量QCYL，利用上述方程(1)根据汽缸压力PCYL(＝Pctr)计算所得的参考汽缸进气量QD与实际汽缸进气量QCYL之间的关系利用理论最大进气量QMAX作为无量纲数据存储于ECU 30中。换句话说，参考汽缸进气量QD与理论最大进气量QMAX的比值(第一值＝QD/QMAX)和汽缸进气量QCYL与理论最大进气量QMAX的比值(第二值＝QCYL/QMAX)之间的唯一一对一关系制成为图表数据(例如图5控制步骤402中示出的图表数据)并存储于ECU 30的存储装置中。
返回图5，由QD计算单元200计算得到的参考进气量QD除以由QMAX计算单元300计算得到的最大进气量QMAX(控制步骤401)，而所得到的值QD/QMAX用作图表检索参数以得到QCYL/QMAX的值(控制步骤402)。因此，控制步骤402构成了本发明发动机控制部分的至少一部分。
然后，实际汽缸进气量QCYL通过将从该图表获得的值QCYL/QMAX乘以最大进气量QMAX的计算值进行计算(控制步骤403)，以获得初始实际汽缸进气量QCYL0。以这种方式计算得到的初始实际汽缸进气量QCYL0是实际吸进汽缸104的气体的量，但是其包括在气门重叠期间通过进气口101a返回汽缸104的排气回流气体。为了估测发动机控制所需的新鲜进气量，需要减去等于回流排气量的量值。
因此，如图5所示，ECU 30在QIFB计算单元500(排气回流修正部分)中计算排气回流量QIFB。
图9是示出由QIFB计算单元500执行的、用于计算排气回流量QIFB的各计算步骤的方框图。
由于基本上不可能检测汽缸104内的连续变化的压力，所以对对应于参考状态的排气回流量QIFB的参考值(参考排气回流量QIFB0)进行估测，并且根据发动机的操作条件对参考排气回流量QIFB0进行修正，以便估测排气回流量QIFB。从进气门开启时刻IVC到重叠中心角O/LCA期间发生的进气门开口面积AIV的累积值(∑AIV)用作气门重叠期间的开口面积，而对应于汽缸104中的压力假定等于排气压力PE的状态的参考排气回流量值QIFB0使用下述方程(4)进行计算。该方程与上述方程(1)类似。
QIFB0=(ΣAIV)×PERa×TE×V0×Δt×K3]]>方程(4)在方程(4)中，V0是如下定义的流量系数V0=2kk-1×{(PMANPE)2k-(PMANPE)k+1k}]]>这里，同样，当进气门2紧上游和稍微下游的压力比等于或者小于临界压力时，压力比PMAN/PE用常数临界压力比替换，并且V0的值成为对应于音速流的固定值。
然后，如就有效TDC的计算所解释的，发动机转速Ne越高，汽缸压力从排气压力PE下降的时刻就越迟并且排气回流量倾向于越大。
如图9所示，QIFB计算单元500首先计算从进气门开启时刻IVC到重叠中心角O/LCA期间发生的进气门开口面积AIV的累积值(∑AIV)(控制步骤501)。
接下来，QIFB计算单元500将废气温度TE乘以气体常数Ra(控制步骤502)，以通过参照图表确定其平方根(即，(TE×Ra)1/2)(控制步骤503)，并将排气压力PE除以该平方根值((TE×Ra)1/2)(控制步骤504)，由此计算方程(4)右侧的第二部分(PE/(TE×Ra)1/2)。每一循环排气通道107内的平均压力和平均温度优选地分别用作排气压力PE和排气温度TE。
利用压力比PMAN/PE作为参数，QIFB计算单元500然后通过参照标示流量系数V0与压力比PMAN/PE的图表计算流量系数V0(控制步骤505)。
与上述参考进气量QD的计算相类似，规定的曲轴转角Δθ除以发动机转速Ne与6的乘积(即，6×NE)，以计算累计时间间隔Δt(＝Δθ/(6×NE))(控制步骤506)。
QIFB计算单元500还根据发动机转速Ne通过参照图表计算修正系数K3(控制步骤507)。系数K3优选地设定为等于或者大于1的值并如图9所示与发动机转速成比例。
然后，QIFB计算单元500通过连续相乘按照上述计算得到的进气门开口面积累积值∑AIV、值PE/(TE×Ra)1/2、常数V0以及累计时间间隔Δt来计算参考排气回流量QIFB0(控制步骤508至510)，并通过将参考排气回流量QIFB0乘以修正系数K3计算最终排气回流量QIFB(控制步骤511)。
再次参照图5，ECU 30用以通过从初始实际汽缸进气量QCYL0中减去排气回流量QIFB来计算汽缸新鲜空气进入量QCYL1(控制步骤404)。
虽然计算所得的新鲜空气进入量QCYL1对应于进入汽缸104的新鲜空气量，但是上述计算使用多个歧管进气压力PMAN检测值的平均值，因此，进气脉动导致的歧管进气压力PMAN的变化已经修正。换句话说，新鲜空气进气量QCYL1根据进气压力PMAN和汽缸压力PCYL计算为静态汽缸空气量。
在实际情况下，进气压力PMAN由于进气脉动而发生变化，而进气温度TMAN也相应变化。由于进入汽缸的新鲜空气的量由于进气压力PMAN和进气温度TMAN的变化而发生变化，所以新鲜空气进入量可通过进行补偿进气脉动的修正而进行更精确地估测。因此，为了计算经修正的实际汽缸进气量rQCYL，ECU 30用以根据由进气脉动造成的汽缸进气量的变化量对新鲜进气量QCYL1进行修正。
在本发明中，汽缸进气量特性根据发动机1的运行区域，即发动机1运行于进气流被阻塞(音速流状态)的第一区域还是包括第一区域之外的其他所有区域的第二区域，定义成两种不同的特性。在第二区域中，汽缸104中的状态或者条件的变化假定以准静态方式进行。因此，ECU 30用以根据发动机运行于第一区域还是第二区域而通过使用不同的修正特性对新鲜进气量QCYL1进行修正。
现在将描述补偿进气脉动的控制步骤。
首先，通过进气门2的进气的每单位时间Δt的流量ΔQCYL用下述方程(5)表示。
ΔQCYL=AIV×PMANRa×TMAN×2kk-1×{(PCYLPMAN)2k-(PCYLPMAN)k+1k}]]>方程(5)实际汽缸新鲜空气进气量QCYL通过累计在进气冲程期间计算得到的各ΔQCYL值进行计算。
在每单位时间Δt的流量ΔQCYL对应于音速流的第一区域中，进气门2紧上游和紧下游处的压力比(即，上述方程(5)中的(PCYL/PMAN))固定为不受由进气脉动导致的进气压力变化影响的临界压力比。因此，上述方程(5)的第三元素(平方根部分)将会是一固定(恒定)值。因此，由下述方程(6)所表示的关系将存在于第一区域中。
QCYLfst∝PMAN×(TMAN)-12]]>方程(6)上述方程(6)表明，第一区域中的汽缸进气量QCYLfst与进气压力PMAN成正比，并且与进气温度TMAN的平方根的倒数成正比。
另一方面，在汽缸容积以准静态方式变化而流速ΔQCYL/AIV接近0的第二区域中，进气冲程结束时(当进气门2关闭时)汽缸104中的压力和温度等于进气歧管中的进气压力和进气温度。因此，在于进气门关闭时刻IVC汽缸填充有处于进气通道101中的进气的密度和温度下的进气的假设条件下，下面方程(7)中所表示的关系根据气体的状态方程是显而易见的。换句话说，当第二区域中的汽缸进气量QCYLscd根据这些条件的假设以状态方程进行表述时，如果考虑由进气脉动导致的进气压力变化ΔPMANIVC和进气温度变化ΔTMANIVC，那么就得到下述关系。
QCYLscd∝(PMAN+ΔPMANIVC)×(TMAN+ΔTMANIVC)-1方程(7)上述方程(7)表明，第二区域中的汽缸进气量QCYLscd与计及气柱振动的实际进气压力(PMAN+ΔPMANIVC)成正比，并与计及气柱振动的实际进气温度(TMAN+ΔTMANIVC)的倒数成正比。在上述方程(7)中，PMAN和TMAN是平均或者代表性压力和温度值，而ΔPMANIVC和ΔTMANIVC是在进气门关闭时刻IVC进气压力PMANIVC和进气温度TMANIVC相对于平均进气压力PMAN和平均进气温度TMAN的变化量。在该实施例中，符号∝意味着方程左侧的值与方程右侧的值成正比。
图10是示出由ECU 30执行的、用于计算进气压力变化ΔPMANIVC和进气温度变化ΔTMANIVC的各计算步骤的方框图。
进气压力变化和进气温度变化的参考值ΔP0和ΔT0分别通过参照基于模拟预先制备的图表进行计算(控制步骤601和602)。这些控制步骤601和602中使用的图表使用发动机转速Ne和通过从进气门关闭时刻IVC减去进气门开启时刻IVO获得的差值(即，进气门工作角)(IVC-IVO)作为参数。参考值ΔP0和ΔT0两者都乘以作为负载比的压力比PMAN/P0(控制步骤603至605)(其中PMAN是歧管中的进气压力，而P0是大气压力)，以计算进气压力变化ΔPMANIVC和进气温度变化ΔTMANIVC。因此，参考值ΔP0和AT0分别根据实际进气压力PMAN和实际进气温度TMAN进行修正，以分别计算进气压力变化ΔPMANIVC和进气温度变化ΔTMANIVC。
然后，囊括方程(6)中表示的第一特性和方程(7)中表示的第二特性以涵盖发动机1整个运行区域(包括第一和第二区域)的单一特性(第三特性)以最可能精确的方式予以近似。更具体地说，表示包括上述方程(6)中表示的音速流状态和上述方程(7)表示的准静态变化状态的所有区域中的进气量QCYLall的通用方程(8)(如下所示)可通过设定修正系数K1和K2得出。修正系数K1用于补偿这一事实，即当进气状态从方程(6)表示的音速流状态转换至方程(7)表示的准静态变化状态时，进气脉动所导致的变化量增加。修正系数K2用于使从由方程(6)表示的音速流状态到由方程(7)表示的准静态变化状态的过度平滑。在该实施例中，修正系数K1和K2可随进气流的状态变化。修正系数K1和K2中的每个优选地等于或者大于0，并且小于或者等于1。修正系数K1和K2的值优选地根据汽缸进气量QCYL与理论最大进气量QMAX的比值进行设定，使得比值QCYL/QMAX越大，修正系数K1和K2设定的值越大。
QCYLall∝(PMAN+K1×PMANIVC)×(TMAN+K1×ΔTMANIVC)-1(2-K2)]]>方程(8)另一方面，用于在不计及进气脉动时(即，当进气压力变化ΔPMANIVC和进气温度变化ΔTMANIVC为0时)计算新鲜进气量QCYL1的方程(9)可通过上述通用方程(8)获得如下。
QCYL1∝PMAN×TMAN-1(2-K2)]]>方程(9)根据上述方程(8)和(9)，可获得下述关系。
QCYLall＝QCYL1×[(PMAN+K1×ΔPMANIVC)PMAN]]]>×[(TMAN+K1×ΔTMANIVC)TMAN]-1(2-K2)]]>于是，修正量PRATE和修正量TRATE定义如下PRATE=(PMAN+K1×ΔPMANIVC)PMAN]]>TRATE=[TMAN+K1×ΔTMANIVCTMAN]-1(2-K2)]]>因此，方程(9)中的相同关系可于方程(10)中表示以获得修正的实际汽缸进气量rQCYL如下。
rQCYL＝QCYL1×PRATE×TRATE 方程(10)返回图5，ECU 30用以根据前面所述从图表中获得的比值QCYL/QMAX、参照图表计算对应于进气脉动的修正系数K1(控制步骤405)。如图5所示，修正系数K1等于或者大于0并且小于或者等于1，并且如此设定以便随着汽缸104内的状态变化接近准静态变化而相对于比值QCYL/QMAX以二阶方式增加。
然后，ECU 30将进气压力变化量ΔPMANIVC乘以修正系数K1(控制步骤406)，将(K1×ΔPMANIVC)的值与进气压力PMAN相加(控制步骤407)，并将(PMAN+K1×ΔPMANIVC)除以进气压力PMAN(控制步骤408)，由此计算用于补偿进气压力变化的修正量PRATE。
另一方面，ECU 30将进气温度变化量ΔTMANIVC乘以修正系数K1(控制步骤409)，将(K1×ΔTMANIVC)的值与进气温度TMAN相加(控制步骤410)，并将(TMAN+K1×ΔTMANIVC)的值除以进气温度TMAN(控制步骤410)，由此计算对应于进气温度变化的基本温度修正量TRATE0。
ECU 30还根据QCYL/QMAX通过参照图表计算用于使从音速流区域到准静态变化区域的过度平划的修正系数K2(控制步骤412)。修正系数K2等于或者大于0并且小于或者等于1，并且如此设定以便相对于比值QCYL/QMAX以二阶方式增加。
然后，根据基本温度修正量TRATE0和修正系数K2，ECU 30通过参照图表计算基本温度修正量TRATE0的[-1/(2-K2)]次幂的值，并由此计算用于补偿进气温度变化的修正量TRATE。
已经予以修正以补偿进气脉动导致的变化的修正实际汽缸新鲜空气进气量rQCYL通过将修正量PRATE(控制步骤414)和修正量TRATE(控制步骤415)乘以(通过从初始实际汽缸进气量QCYL0减去排气回流量QIFB得到的)新鲜汽缸进气量QCYL1进行计算。因此，图5的控制步骤405至415优选地构成本发明的进气脉动修正部分。
因此，采用上述内燃机控制设备，比值QCYL/QMAX与比值QD/QMAX的函数可用于高精度地估测吸进发动机1汽缸104的空气量(实际汽缸进气量QCYL)，即使当配气正时或者其他气门特性在瞬态操作条件下发生变化。因此，可实现具有良好响应的最优燃料喷射控制，从而改善发动机1的操作性能和排气性能。此外，由于比值QCYL/QMAX可使用二维图表相应于QD/QMAX唯一地计算确定，所以即使参数数量很大，实际汽缸进气量QCYL可以通过最少量的计算进行估测而无需使用多重图表，从而减小ROM容量和调整步骤的数量。
而且，由于根据发动机运行于进气流被阻塞的第一区域还是汽缸104中的状态以准静态方式变化的第二区域，而使用对实际汽缸进气量QCYL进行修正的不同特性，所以实际汽缸进气量QCYL可采用非常适合于每个运行区域的方式更精确和更容易地进行修正。简而言之，采用本发明，可以以简单的方式计算计及进气脉动影响的精确修正的实际汽缸进气量rQCYL。
而且，可根据进气流条件变化的修正系数K1和K2用于设定可用于发动机1整个运行区域(包括第一和第二区域)的修正量PRATE和TRATE。因此，无论阻塞发生与否(发动机是否在第一区域运行)，实际进气量QCYL的修正可使用单一一个方程完成。因此，可避免使用多重图表估测进气量。因此，可减少计算修正实际汽缸进气量rQCYL所需的计算负荷。
还有，通过定义参考进气量QD(其对应于音速流)和理论最大进气量QMAX，并建立参考进气量QD、最大进气量QMAX和汽缸进气量QCYL之间的唯一一对一关系，实际汽缸进气量QCYL可以与配气正时无关地根据发动机1实际运行期间的所述关系进行计算。因此，可减小计算汽缸进气量QCYL所需的计算负荷。
采用本发明，修正的实际汽缸进气量rQCYL可通过从计算得到的初始实际汽缸进气量QCYL0中减去回流气体量QIFB以获得新鲜进气量QCYL1得以而更精确地计算。
如这里描述上述实施例所用的，用于描述由一组件、部分、装置等执行的操作或者功能的术语“检测”，包括不需要物理检测的组件、部分装置等，而且还包括确定、测量、建模、预测或者计算等以执行所述操作或功能。这里用于描述组件、部分或者装置的一部分的术语“构作成”包括硬件和/或软件，予以构造/或编程以执行预期的功能。而且，在权利要求中表述为“装置加功能”的术语应该包括可用于执行本发明相应部分功能的任何结构。这里使用的程度术语诸如“基本上”、“大约”和“大致”意味着所修饰术语的合理的偏差量，使得最终结果没有显著改变。例如，这些术语可理解为包括所修饰术语的至少±5％的偏差，如果此偏差没有否定其所修饰的词语的含义。
虽然只选择了的选定实施例对本发明进行说明，但是本领域技术人员从本公开内容显然可知，在不脱离由所附的权利要求限定的发明范围的情况下可对本发明进行各种变化和修改。而且，本发明上述实施例的描述只是示意性的，并不是为了限制由所附的权利要求及其等同内所限定的对本发明。因此，本发明的范围不限于所公开的实施例。
权利要求
1.一种用于发动机的内燃机控制设备，该发动机具有用以改变所述发动机进气门的气门特性的可变气门操作机构，所述内燃机控制设备包括参考进气量计算部分，该参考进气量计算部分用以计算与在进气门开口面积对应于进气门的气门特性的情况下进气作为音速流引入汽缸时相对应的参考进气量；最大进气量计算部分，该最大进气量计算部分用以计算与从进气冲程开始时刻到进气冲程结束时刻的汽缸冲程容积填充有处于所述进气门上游的进气压力下的进气时相对应的理论最大进气量；以及发动机控制部分，该发动机控制部分用以通过使用第一值和第二值之间的进气量函数控制所述发动机，所述第一值通过将所述参考进气量除以所述最大进气量得到，所述第二值通过将对应于所述进气门气门特性的实际进气量除以所述最大进气量得到，所述发动机控制部分用以唯一地确定相应于所述第二值的所述第一值的每个值，并唯一地确定相应于所述第一值的所述第二值的每个值。
2.根据权利要求1所述的内燃机控制设备，其中所述最大进气量计算部分还用以将与所述汽缸内开始绝热压缩时相对应的有效进气门关闭时刻确定为进气冲程结束时刻。
3.根据权利要求2所述的内燃机控制设备，其中所述最大进气量计算部分还用以通过使用根据发动机转速和所述进气门的气门升程量计算的进气结束时刻偏差值对实际进气门关闭时刻进行修正来计算所述有效进气门关闭时刻。
4.根据权利要求1所述的内燃机控制设备，其中所述发动机控制部分还用以使用根据所述发动机操作条件计算的所述参考进气量和所述最大进气量来计算所述第一值，使用所述第一值作为参数从所述进气量函数的图表中查找所述第二值，并且通过将所述第二值乘以所述最大进气量来确定所述实际进气量。
5.根据权利要求1所述的内燃机控制设备，其中，还包括排气回流修正部分，该排气回流修正部分用以计算与在所述进气门和排气门两者都开启时的重叠期间回流的废气量相对应的排气回流量，并且通过从由所述第一值乘以所述最大进气量计算得到的实际进气量中减去所述排气回流量来计算完全对应于进入所述汽缸的新鲜空气量的新鲜进气量。
6.根据权利要求1所述的内燃机控制设备，其中，还包括进气脉动修正部分，该进气脉动修正部分用以根据进气脉动对利用所述进气量函数计算得到的实际进气量进行修正，以获得修正进气量。
7.根据权利要求1所述的内燃机控制设备，其中所述参考进气量计算部分使用至少所述进气冲程的开始时刻计算所述参考进气量，以及所述最大进气量计算部分使用至少所述进气冲程的开始时刻计算所述最大进气量，所述参考进气量计算部分和所述最大进气量计算部分还用以至少根据所述汽缸内的压力从基本上等于在所述进气门和排气门两者都开启时的重叠期间的排气压力的值减小到基本上等于所述进气门上游的进气压力的值所需的延迟时间确定所述进气冲程的开始时刻。
8.根据权利要求7所述的内燃机控制设备，其中所述参考进气量计算部分和所述最大进气量计算部分用以将所述汽缸内的压力达到基本上等于所述进气门上游的进气压力的压力值时的有效上止点确定为所述进气冲程的开始时刻。
9.根据权利要求8所述的内燃机控制设备，其中所述参考进气量计算部分和所述最大进气量计算部分用以根据发动机转速和重叠期间的重叠开口面积计算进气开始时刻偏差值，该进气开始时刻偏差值表示所述进气冲程开始时刻偏离重叠中心角的偏差量，在该重叠中心角处所述进气门和所述排气门的气门升程量基本相等；并且根据所述进气开始时刻偏差值计算所述进气冲程的开始时刻。
10.根据权利要求7所述的内燃机控制设备，其中所述发动机控制部分还用以利用根据所述发动机操条件计算的所述参考进气量和所述最大进气量计算所述第一值，使用所述第一值作为参数从所述进气量函数的图表中查找所述第二值，并通过将所述第二值乘以所述最大进气量来确定所述实际进气量。
11.根据权利要求10所述的内燃机控制设备，其中，还包括排气回流修正部分，该排气回流修正部分用以计算对应于重叠期间回流的排气量的排气回流量，并且通过从由所述第一值乘以所述最大进气量计算得到的实际进气量中减去所述排气回流量来计算完全对应于进入所述汽缸的新鲜空气量的新鲜进气量。
12.根据权利要求11所述的内燃机控制设备，其中，还包括所述排气回流修正部分还用以根据重叠期间的排气温度、排气压力和重叠开口面积计算参考排气回流量，并且通过利用根据所述发动机转速设定的修正量对所述参考排气回流进行修正来计算所述排气回流量。
13.根据权利要求7所述的内燃机控制设备，其中，还包括进气脉动修正部分，该进气脉动修正部分用以根据进气脉动对使用所述进气量函数计算得到的新鲜进气量进行修正，以估测修正进气量。
14.根据权利要求6所述的内燃机控制设备，其中所述进气脉动修正部分还用以根据所述发动机运行于通向所述汽缸的进气流被阻塞的第一区域还是不同于所述第一区域的第二区域、而通过使用不同的修正特性对所述实际进气量进行修正以估测所述修正进气量。
15.根据权利要求14所述的内燃机控制设备，其中所述进气脉动修正部分还用以在所述发动机运行于所述第一区域时使用一修正特性，在该修正特性中，相应于所述进气脉动的实际进气量的修正量基本上等于零。
16.根据权利要求14所述的内燃机控制设备，其中所述进气脉动修正部分还用以在所述发动机运行于所述第二区域时使用一修正特性，在该修正特性中，所述实际进气量的修正量与计及气柱振动的实际进气压力成正比，且与计及所述气柱振动的实际进气温度的倒数成正比。
17.根据权利要求14所述的内燃机控制设备，其中所述参考进气量计算部分用以将所述参考进气量计算为在汽缸压力减小至进气压力的有效上止点与对应于所述气门特性的进气门关闭时刻之间的期间内进入所述汽缸的进气量。
18.根据权利要求14所述的内燃机控制设备，其中所述最大进气量计算部分用以将所述最大进气量计算为在所述汽缸压力减小至进气压力的有效上止点与所述汽缸内进气的压缩实质上开始的有效进气门关闭时刻之间的期间内进入所述汽缸的进气量。
19.根据权利要求14所述的内燃机控制设备，其中，还包括排气回流修正部分，该排气回流修正部分用以计算与所述进气门和排气门两者都开启时的重叠期间回流到进气通道的排气量相对应的排气回流量，并通过从所述实际进气量中减去所述排气回流量来计算完全对应于进入所述汽缸的新鲜空气量的新鲜进气量。
20.根据权利要求14所述的内燃机控制设备，其中所述进气脉动修正部分用以按照如下公式计算所述修正进气量rQCYL＝QCYL1×PRATE×TRATEPRATE=(PMAN+K1×ΔPMANIVC)PMAN]]>TRATE={(TMAN+K1×ΔTMANIVC)TMAN}-1(2-K2)]]>其中rQCYL是修正进气量，QCYL1是实际进气量，PRATE是压力修正系数，TRATE是温度修正系数，PMAN是代表性进气压力，TMAN是代表性进气温度，ΔPMANIVC是在对应于气门特性的进气门关闭时刻进气压力相对于代表性进气压力PMAN的变化量，ΔTMANIVC是在对应于气门特性的进气门关闭时刻进气温度相对于代表性进气温度TMAN的变化量，K1是等于或者大于0并且小于或者等于1的修正系数，以及K2是等于或者大于0并且小于或者等于1的修正系数。
21.一种估测吸入发动机汽缸中的汽缸进气量的方法，该发动机具有用以改变所述发动机进气门的气门特性的可变气门操作机构，所述方法包括计算与在进气门开口面积对应于进气门的气门特性的情况下进气作为音速流引入汽缸时相对应的参考进气量；计算与从进气冲程开始时刻到进气冲程结束时刻的汽缸冲程容积填充有处于所述进气门上游的进气压力下的进气时相对应的理论最大进气量；通过使用第一值和第二值之间的进气量函数控制所述发动机，所述第一值通过将所述参考进气量除以所述最大进气量得到，所述第二值通过将对应于所述进气门气门特性的实际进气量除以所述最大进气量得到，所述发动机的控制通过唯一地确定相应于所述第二值的所述第一值的每个值以及唯一地确定相应于所述第一值的所述第二值的每个值来进行。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，还包括确定所述发动机运行于第一区域时的实际进气量的第一特性，使得所述第一特性与进气压力成正比并与进气温度的平方根的倒数成正比；确定所述发动机运行于第二区域时的实际进气量的第二特性，使得所述第二特性与计及气柱振动的实际进气压力成正比，并且与计及所述气柱振动的实际进气温度的倒数成正比；对所述第一和第二特性进行近似处理以获得所述实际进气量的第三特性，该第三特性可在所述发动机运行于第一和第二区域之一时使用；以及确定修正特性，该修正特性用于根据在计及所述气柱振动的情况下通过所述第三特性获得的进气量与在假定相应于所述气柱振动的变化量为零的情况下通过所述第三特性获得的进气量之间的比值对所述实际进气量进行修正。
23.一种发动机的内燃机控制设备，该发动机具有用以改变所述发动机进气门的气门特性的可变气门操作机构，所述内燃机控制设备包括参考进气量计算装置，该参考进气量计算装置用以计算与在进气门开口面积对应于进气门的气门特性的情况下进气作为音速流引入汽缸时相对应的参考进气量；最大进气量计算装置，该最大进气量计算装置用以计算与从进气冲程开始时刻到进气冲程结束时刻的汽缸冲程容积填充有处于所述进气门上游的进气压力下的进气时相对应的理论最大进气量；以及发动机控制装置，该发动机控制装置用以通过使用第一值和第二值之间的进气量函数控制所述发动机，所述第一值通过将所述参考进气量除以所述最大进气量得到，所述第二值通过将对应于所述进气门气门特性的实际进气量除以所述最大进气量得到，所述第一值的每个值相应于所述第二值唯一地确定，而所述第二值的每个值相应于所述第一值唯一地确定。
全文摘要
本发明公开了一种内燃机控制设备，该内燃机控制设备主要包括参考进气量计算部分、最大进气量计算部分和发动机控制部分。参考进气量计算部分用以计算与进气作为音速流引入时相对应的参考进气量。最大进气量计算部分用以计算理论最大进气量。发动机控制部分用以通过使用第一值和第二值之间的进气量函数控制所述发动机，第一值通过将参考进气量除以最大进气量得到，而第二值通过将对应于进气门气门特性的实际进气量除以所述最大进气量得到。
文档编号F02D45/00GK1757895SQ200510108840
公开日2006年4月12日 申请日期2005年9月30日 优先权日2004年10月8日
发明者吉野太容, 永石初雄, 荒井胜博, 吉川俊一, 久保田充彦 申请人:日产自动车株式会社