专利名称：内燃机的汽缸吸入空气量计算装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算作为被吸进内燃机汽缸内的新空气量的汽缸吸入空气量的汽缸吸入空气量计算装置。
背景技术：
专利文献1公开了使用内燃机转速、进气压力和填充效率(体积效率)计算汽缸吸入空气量的装置。根据该装置，根据检测空燃比计算用于校正填充效率的变动的空燃比学习值，使用通过空燃比学习值校正的填充效率计算汽缸吸入空气量。另外，在专利文献2公开的装置中，计算表示内燃机体积效率的体积效率相当值，使用体积效率相当值的本次计算值和前次计算值以及检测出的新空气量，计算汽缸吸入空气量。根据该装置，根据与内燃机转速对应的系数f (Ne)、与排气回流率对应的系数 G (Regr)、进气压力以及大气压力计算出体积效率相当值。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开平7-259630号公报专利文献2 日本特许第41205M号公报
发明内容
发明所要解决的问题在专利文献1所公开的装置中，检索根据内燃机转速和进气压力所设定的映射表来计算填充效率，因此需要用于预先设定映射表的工时。另外，在具备变更进气阀(和排气阀)的动作特性(升程量、开关阀正时)的阀动机构的内燃机中，需要根据进气阀(和排气阀)的动作特性设置多个映射表，映射表设定工时变得极大。另外，为了应对与映射表设定时的内燃机运转状态不同的运转状态，需要校正映射表检索值(例如基于所述空燃比学习值的校正)。在专利文献2所公开的装置中，系数f (Ne)和系数G(Regr)是使用预先设定的图表计算出来的，因此无法应对由于内燃机特性随时间变化而使得表的设定值成为不适宜的值的情况(或者需要其他校正)。而且还需要排气回流率的计算，存在运算处理变得复杂的课题。本发明就是考虑到所述情况而完成的，其目的在于提供一种能在不使用映射表和图表的情况下计算汽缸吸入空气量，而且能够在不受到内燃机特性随时间变化的影响的情况下始终取得正确的汽缸吸入空气量的汽缸吸入空气量计算装置。为了达成所述目的，本发明第一方面涉及的发明是一种内燃机的汽缸吸入空气量计算装置，其计算作为被吸进内燃机汽缸的新空气量的汽缸吸入空气量(GAIRCYLN)，其特征在于，具有吸入空气流量取得单元，其取得吸入空气流量(GAIR、HGAIR)，该吸入空气流量是通过所述内燃机的进气通路的新空气的流量；进气压力检测单元，其检测所述内燃机的进气压力(PBA)；进气温度检测单元，其检测进气温度(TA)，该进气温度是被吸入所述内燃机的空气的温度；理论汽缸吸入空气量计算单元，其根据所述进气压力(PBA)和进气温度(TA)计算理论汽缸吸入空气量(GA^STD)；体积效率计算单元，其将所述汽缸吸入空气量的前次计算值(GAIRCYLN(k-l))除以所述理论汽缸吸入空气量(GA^STD)， 从而计算所述内燃机的体积效率(ην)；以及汽缸吸入空气量计算单元，其使用所述体积效率(nv)、所述吸入空气流量(GA^、HGAIR)以及所述汽缸吸入空气量的前次计算值 (GAIRCYLN(k-l))，计算所述汽缸吸入空气量(GAIRCYLN)。根据该结构，根据进气压力和进气温度计算理论汽缸吸入空气量，将汽缸吸入空气量的前次计算值除以理论汽缸吸入空气量，从而计算出体积效率，使用体积效率、吸入空气流量和汽缸吸入空气量的前次计算值，计算汽缸吸入空气量。因此能够在不使用映射表和图表的情况下计算汽缸吸入空气量，还由于使用检测参数更新体积效率，因此能在不受到内燃机特性随时间变化的影响的情况下始终取得正确的汽缸吸入空气量。优选所述吸入空气流量取得单元使用吸入空气流量传感器(13)检测所述吸入空气流量(GAIR)。根据该结构，使用由吸入空气流量传感器检测出的吸入空气流量计算汽缸吸入空气量。虽然使用进气压力和节气门开度也能估计出吸入空气流量，然而通过流量传感器直接进行检测，能够取得不包含估计误差在内的汽缸吸入空气量。所述吸入空气流量取得单元也可以根据所述内燃机的节气门开度(TH)和所述进气压力(PBA)估计所述吸入空气流量(HGAIR)。根据该结构，使用根据内燃机的节气门开度和进气压力估计出来的吸入空气流量计算汽缸吸入空气量，因此无需设置吸入空气流量传感器，能减少成本。另外，在过渡运转状态下，与使用吸入空气量传感器的情况相比，检测延迟的影响较小，能取得正确的汽缸吸入空气量。另外，通过同时使用吸入空气流量传感器，能够补偿过渡运转状态下吸入空气流量传感器的检测延迟。在这种情况下，还能够进行吸入空气流量传感器的故障检测，能够提升应用于汽缸吸入空气量的吸入空气流量的可靠性。优选所述体积效率计算单元将所述汽缸吸入空气量计算单元计算出的汽缸吸入空气量用作所述前次计算值(GAIRCYLN (i-1))，至少更新1次所述体积效率(nv(i))，所述汽缸吸入空气量计算单元使用更新后的体积效率(nv(i))，至少更新ι次所述汽缸吸入空气量(GAIRCYLN (i))。根据该结构，将通过汽缸吸入空气量计算单元计算出的汽缸吸入空气量用作前次计算值，至少更新1次体积效率，还使用更新后的体积效率至少更新1次汽缸吸入空气量， 因此能够在过渡的内燃机运转状态下取得更加正确(接近真正值)的体积效率和汽缸吸入
空气量。优选所述体积效率计算单元和汽缸吸入空气量计算单元分别执行预定次数 (iMAX)的所述体积效率的更新和所述汽缸吸入空气量的更新。根据该结构，由于执行预定次数的体积效率的更新和汽缸吸入空气量的更新，因此能使得更新运算所需时间固定。所述体积效率计算单元和汽缸吸入空气量计算单元可以分别执行所述体积效率的更新和所述汽缸吸入空气量的更新，直到所述体积效率的前次值与更新后的值之差(Dnv)小于第1预定量(DiivL)或者所述汽缸吸入空气量的前次值与更新后的值之差 (DGACN)小于第2预定量(DGACNL)为止。根据该结构，进行体积效率和汽缸吸入空气量的更新，直到体积效率的前次值与更新后的值之差小于第1预定量或者汽缸吸入空气量的前次值与更新后的值之差小于第2 预定量为止，因此能够在适当的正时结束更新运算。另外，优选所述体积效率计算单元和汽缸吸入空气量计算单元在紧接所述内燃机启动之后将所述理论汽缸吸入空气量用作所述汽缸吸入空气量的前次计算值。由于在内燃机刚刚启动时，不存在汽缸吸入空气量的前次计算值，因此通过使用理论汽缸吸入空气量，能够尽早取得正确的汽缸吸入空气量。
图1是表示本发明一个实施方式涉及的内燃机及其控制装置的结构的图。图2是示意性示出图1所示的内燃机的图。图3是示出打开节气门时的节气门通过空气流量(GAIRTH)和汽缸吸入空气量 (GAIRCYLN)的变化的时序图。图4是示出计算汽缸吸入空气量(GAIRCYLN)的模块结构的框图(第1实施方式)。图5是示出计算汽缸吸入空气量(GAIRCYLN)的模块结构的框图(第2实施方式)。图6是示出估计吸入空气流量(HGAIR)的计算中所使用的图表的图。图7是本发明第3实施方式的汽缸吸入空气量计算处理的流程图。图8是用于说明图7的处理的时序图。图9是示出图7的处理的变形例的流程图。图10是本发明第4实施方式的汽缸吸入空气量计算处理的流程图。图11是用于说明理论汽缸吸入空气量的其他计算方法的图。图12是计算理论汽缸吸入空气量(GA^STD)的处理的流程图。图13是示出在图12的处理中参照的图表的图。
具体实施例方式下面参照
本发明的实施方式。图1是示出本发明的一个实施方式涉及的内燃机及其控制装置的结构的图，在图 1中，例如具有4个汽缸的内燃机(以下简称为“发动机”)1具备连续变更进气阀的动作相位的阀动作特性可变机构40。发动机1的进气管2的中途配设有节气门3。另外，节气门3连结有检测其开度 TH的节气门开度传感器4，输出与节气门开度TH对应的电信号并提供给电子控制单元(以下称之为“E⑶”)5。节气门3连接有驱动节气门3的致动器7，致动器7的动作是通过E⑶ 5来控制的。在进气管2上设有检测吸入空气流量GA^的吸入空气流量传感器13，所述吸入空气流量GA^是经由节气门3而被吸进发动机1的空气(新空气)的流量，还在节气门3的上游侧设有检测进气温度TA的进气温度传感器9。这些传感器13和9的检测信号被提供给ECU 5。
针对每个汽缸将燃料喷射阀6设置于发动机1与节气门3之间且位于进气管2的未图示的进气阀的略微上游侧，各喷射阀与未图示的燃料泵连接，并且与ECU 5电连接，通过来自该ECU 5的信号控制燃料喷射阀6的打开时间。发动机1的各汽缸的火花塞12与E⑶5连接，E⑶5向火花塞12提供点火信号， 进行点火正时控制。在节气门3的下游安装有检测进气压力PBA的进气压力传感器8。另外，在发动机 1的主体安装有检测发动机冷却水温TW的发动机冷却水温传感器10。这些传感器8和10 的检测信号被提供给ECU 5。E⑶5连接有检测发动机1的曲轴(未图示)的旋转角度的曲轴角度位置传感器 11，向ECU 5提供与曲轴的旋转角度对应的信号。曲轴角度位置传感器11包括在发动机 1的特定汽缸的预定曲轴位置处输出脉冲(以下称之为“CYL脉冲”)的汽缸判别传感器； 针对各汽缸的进气冲程开始时的上死点(TDC)在预定曲轴角度之前的曲轴角度位置处(在 4缸发动机中为每隔曲轴角180度)输出TDC脉冲的TDC传感器；以及通过比TDC脉冲短的一定曲轴角周期(例如6度周期)产生1个脉冲(以下称之为“CRK脉冲”)的CRK传感器。CTL脉冲、TDC脉冲和CRK脉冲被提供给E⑶5。这些脉冲用于燃料喷射正时、点火正时等各种定时控制、发动机转速(发动机旋转速度)NE的检测。ECU 5连接有检测通过发动机1驱动的车辆的油门踏板的踩入量(以下称之为“油门踏板操作量”)AP的油门传感器31、检测通过发动机1驱动的车辆的行进速度(车速)VP 的车速传感器32以及检测大气压PA的大气压传感器33。这些传感器的检测信号被提供给 ECU 5。另外，发动机1还具备排气回流机构(未图示)，发动机1的排气回流到进气管2 的节气门3的下游侧。ECU 5构成为具有具备对来自各种传感器的输入信号波形进行整形，将电压电平修正为预定电平，将模拟信号值转换为数字信号值等的功能的输入电路；中央运算处理单元(以下称之为“CPU”)；存储由CPU执行的运算程序和运算结果等的存储电路；以及向致动器7、燃料喷射阀6、阀动作特性可变机构40提供驱动信号的输出电路等。ECU 5的CPU根据所述传感器的检测信号进行点火正时控制、节气门3的开度控制、提供给发动机1的燃料量(燃料喷射阀6的打开时间)的控制以及进气阀的动作相位控制。进而，E⑶5的CPU根据检测出的吸入空气流量GA^、进气压力PBA和进气温度TA 计算作为被吸进发动机1的汽缸的新空气量的汽缸吸入空气量GAIRCYLN[g/TDC] (1个TDC 期间、即每个发动机1的曲轴旋转180度所需时间的空气量)。计算出的汽缸吸入空气量 GAIRCYLN用于燃料供给量和点火正时的控制。图2是示意性示出发动机1的图，示出了进气阀21、排气阀22、汽缸la。进气管2 的节气门下游侧部分加内的空气量的变化量DGA^IN可通过下式(1)给出。式(1)的Vin 是节气门下游侧部分加的容积，TAK是转换为绝对温度的进气温度TA，R是气体常数，DPBA 是进气压力PBA的变化量(PBA(k)-PBA(k-1))。另外，“k”是在TDC期间离散化的离散化时刻。DGAIRIN = Vin X DPBA/(RX ΤΑΚ) (1)
因此，如下式⑵所示，作为通过节气门3的新空气流量(吸入空气流量)的节气门通过空气流量GAIRTH[g/TDC]与汽缸吸入空气量GAIRCYLN[g/TDC]之差与所述变化量 DGAIRIN 相等。DGAIRIN = GAIRTH (k)-GAIRCYLN(k-l) (2)另一方面，汽缸吸入空气量GAIRCYLN可通过下式(3)给出。式(3)的Vcyl是汽缸容积，nv是体积效率。GAIRCYLN = VcylX n ν X PBA/(RX ΤΑΚ) (3)如果使用式(3)，则进气压力变化量DPBA可通过下式(4)给出。将式(4)给出的 DPBA和式O)的关系用于式(1)，从而可得下式(5)。数学式权利要求
1.一种内燃机的汽缸吸入空气量计算装置，其计算作为被吸入内燃机汽缸的新空气量的汽缸吸入空气量，其特征在于，具有吸入空气流量取得单元，其取得吸入空气流量，该吸入空气流量是通过所述内燃机的进气通路的新空气的流量；进气压力检测单元，其检测所述内燃机的进气压力；进气温度检测单元，其检测进气温度，该进气温度是被吸入所述内燃机的空气的温度；理论汽缸吸入空气量计算单元，其根据所述进气压力和进气温度计算理论汽缸吸入空气量；体积效率计算单元，其将所述汽缸吸入空气量的前次计算值除以所述理论汽缸吸入空气量，由此计算所述内燃机的体积效率；以及汽缸吸入空气量计算单元，其使用所述体积效率、所述吸入空气流量以及所述汽缸吸入空气量的前次计算值，计算所述汽缸吸入空气量。
2.根据权利要求1所述的汽缸吸入空气量计算装置，其中，所述吸入空气流量取得单元使用吸入空气流量传感器检测所述吸入空气流量。
3.根据权利要求1所述的汽缸吸入空气量计算装置，其中，所述吸入空气流量取得单元根据所述内燃机的节气门的开度和所述进气压力，估计所述吸入空气流量。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的汽缸吸入空气量计算装置，其中，所述体积效率计算单元将所述汽缸吸入空气量计算单元计算出的汽缸吸入空气量用作所述前次计算值，至少更新1次所述体积效率，所述汽缸吸入空气量计算单元使用更新后的体积效率，至少更新1次所述汽缸吸入空气量。
5.根据权利要求4所述的汽缸吸入空气量计算装置，其中，所述体积效率计算单元和汽缸吸入空气量计算单元分别执行预定次数的所述体积效率的更新和所述汽缸吸入空气量的更新。
6.根据权利要求4所述的汽缸吸入空气量计算装置，其中，所述体积效率计算单元和汽缸吸入空气量计算单元分别执行所述体积效率的更新和所述汽缸吸入空气量的更新，直到所述体积效率的前次值与更新后的值之差小于第1预定量或者所述汽缸吸入空气量的前次值与更新后的值之差小于第2预定量为止。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的汽缸吸入空气量计算装置，其中，所述体积效率计算单元和汽缸吸入空气量计算单元在紧接所述内燃机启动之后将所述理论汽缸吸入空气量用作所述汽缸吸入空气量的前次计算值。
8.一种内燃机的汽缸吸入空气量计算方法，计算作为被吸入内燃机汽缸的新空气量的汽缸吸入空气量，其特征在于，a)取得吸入空气流量，该吸入空气流量是通过所述内燃机的进气通路的新空气的流量，b)检测所述内燃机的进气压力，c)检测进气温度，该进气温度是被吸入所述内燃机的空气的温度，d)根据所述进气压力和进气温度计算理论汽缸吸入空气量，e)将所述汽缸吸入空气量的前次计算值除以所述理论汽缸吸入空气量，由此计算出所述内燃机的体积效率，f)使用所述体积效率、所述吸入空气流量和所述汽缸吸入空气量的前次计算值，计算所述汽缸吸入空气量。
9.根据权利要求8所述的汽缸吸入空气量计算方法，其中，在所述步骤a)中，使用吸入空气流量传感器检测所述吸入空气流量。
10.根据权利要求8所述的汽缸吸入空气量计算方法，其中，在所述步骤a)中，根据所述内燃机的节气门的开度和所述进气压力估计所述吸入空气流量。
11.根据权利要求8至10中的任一项所述的汽缸吸入空气量计算方法，其特征在于， 所述步骤e)包括如下步骤将所述步骤f)中计算出的汽缸吸入空气量用作所述前次计算值，至少更新1次所述体积效率，所述步骤f)包括如下步骤使用更新后的体积效率至少更新1次所述汽缸吸入空气量。
12.根据权利要求11所述的汽缸吸入空气量计算方法，其中，对所述体积效率和所述汽缸吸入空气量分别进行预定次数的更新。
13.根据权利要求11所述的汽缸吸入空气量计算方法，其中，对所述体积效率和所述汽缸吸入空气量进行更新，直到所述体积效率的前次值与更新后的值之差小于第1预定量或者所述汽缸吸入空气量的前次值与更新后的值之差小于第2预定量为止。
14.根据权利要求8至13中的任一项所述的汽缸吸入空气量计算方法，其中，在紧接所述内燃机启动之后，将所述理论汽缸吸入空气量用作所述汽缸吸入空气量的前次计算值。
全文摘要
本发明提供一种汽缸吸入空气量计算装置，其计算作为被吸进内燃机汽缸的新空气量的汽缸吸入空气量。既能够取得作为通过内燃机的进气通路的新空气流量的吸入空气流量，又能检测出进气温度和进气压力。根据进气压力、进气温度和汽缸容积计算出理论汽缸内吸入空气量，用汽缸吸入空气量的前次计算值除以理论汽缸内吸入空气量，由此计算出体积效率。使用进气温度、进气压力、体积效率、吸入空气流量和汽缸吸入空气量的前次计算值，计算汽缸吸入空气量。
文档编号F02D45/00GK102317606SQ20108000796
公开日2012年1月11日 申请日期2010年1月14日 优先权日2009年2月17日
发明者T·R·卢肯, 塚本宗纪, 尾家直树 申请人:本田技研工业株式会社