内燃机系统控制设备的制作方法

专利名称：内燃机系统控制设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机系统控制设备，该内燃机系统控制设备控制内燃机系统， 该内燃机系统设置有增压器，该增压器具有压缩进气通道内的空气的压缩机。
背景技术：
为了使得供给到燃料燃烧发动机的气缸的燃料-空气混合物的空燃比等于目标 空燃比，必须精确地估算引入气缸的空气量(称为缸内空气量)。然而，例如为了提高内燃机的最大输出，可以在内燃机的进气系统中安装增压器。 在这种情况下，进气通道内的空气由增压器压缩。从而，节气门上游的空气的压力和温度与 大气压力和温度相比突然改变。从而，在设置有增压器的内燃机系统的情况下，与自然进气 的情况相比，更难精确地估算缸内空气量。从而，先前已经提出了多种设备用于高精度地估算该类型的内燃机系统中的缸内 空气量(例如参见日本专利申请公开No. 2006-22763 (JP-A-2006-22763)、日本专利申请公 开 No. 2006-70881 (JP-A-2006-70881)以及日本专利申请公开 No. 2006-194107 (JP-A-2006 -194107))。现有技术中的这些设备基于多种元件的模型和进气系统中的气体的行为估算增 压压力，然后基于增压压力的该估算值来估算缸内空气量。例如，在JP-A-2006-22763中所披露的配置中，从排气参数和涡轮模型来计算涡 轮功率。然后，从所计算出的涡轮功率和压缩机模型来计算增压压力。排气参数(包括诸如排气涡轮的温度的参数)根据发动机运行状态在宽范围内变 化。从而，基于使用传感器的测量和计算难以精确地估算排气参数。因此，在使用排气系统 的特性的现有技术的配置中(诸如，在JP-A-2006-22763所披露的配置中)，很难精确地估 算增压压力和缸内空气量。另外，在排气系统中提供传感器来获取排气温度和涡轮转速(其等于压缩机转 速)导致增大的成本。从而，在使用排气参数的测量和估算的相关技术的设备中(诸如， JP-A-2006-22763所披露的设备中)，很难用便宜的设备配置来精确地控制该类型的内燃 机系统。

发明内容
本发明提供了一种内燃机系统控制设备，其能够更加精确地估算设置有增压器的 内燃机系统中的缸内空气量。另外，本发明提供了一种内燃机系统控制设备，其能够使用便 宜的设备配置来更精确地控制设置有增压器的内燃机系统。作为本发明的应用目标的内燃机系统设置有内燃机、进气通道、进气门以及增压
O进气通道连接至设置在内燃机中的气缸。进气门设置在内燃机中，以打开和关闭 进气口。该进气口是在进气通道中连接至气缸的部分。
节气门能够安装在内燃机系统中的进气通道中。该节气门被构成为能够调节进气 通道中的流道横截面积。增压器具有压缩机。该压缩机在比进气门更上游处安装在进气通道中(在安装节 气门的情况下，在比节气门更上游处)。该压缩机被构成为压缩进气通道中的空气。本发明的第一方面是控制具有上述配置的内燃机系统的设备，并且其特征在于， 设置有以下描述的缸内进入空气流量计算装置和压缩机流出流量计算装置。缸内进入空气流量计算装置使用表示进气系统的状态的参数和空气模型来计算 缸内进入空气流量。在此，进气通道和进气门包括在进气系统中。节气门也能够包括在进 气系统中。缸内进入空气流量是流入气缸的空气的流量。空气模型是基于与进气系统中的 空气的行为相关的物理定律(包括热力学定律和流体动力学定律，诸如，能量守恒定律、动 量守恒定律和质量守恒定律)构建的计算模型。缸内进入空气流量计算装置使用例如为空气模型的进气门模型来计算缸内进入 空气流量。在此，进气门模型是基于与进气门周围的空气的行为相关的物理定律构建的计 算模型。压缩机流出流量计算装置基于规定关系和由缸内进入空气流量计算装置计算的 缸内进入空气流量的值来计算压缩机流出流量。在此，规定关系是在内燃机系统稳态运行 期间缸内进入空气流量与增压压力之间的关系。该增压压力是与由压缩机压缩的空气的压 力对应的值，并且更具体地，是在增压器的出口处的空气压力，或者是该压力与压缩机的上 游侧上的空气压力(诸如，大气压力)之间的差或比率。另外，压缩机流出流量是从压缩机 流出的空气的流量。该压缩机流出流量计算装置还可以通过基于上述关系和由缸内进入空气流量计 算装置计算出的缸内进入空气流量的值以该暂定增压压力的形式获取增压压力的暂定值、 基于暂定增压压力计算压缩机流出流量。可替换地，压缩机流出流量计算装置可以通过基于上述关系和由缸内进入空气流 量计算装置计算的缸内进入空气流量的值计算压缩机转速，基于压缩机转速的计算值，计 算压缩机流出流量。内燃机系统控制设备能够进一步设置有节气通道空气流量计算装置和增压压力 计算装置。节气通道空气流量计算装置使用节气模型，基于节气门开度，以节气通道空气流 量的形式计算节气门中的空气的流量。在此，节气模型是基于与节气门中的空气的行为相 关的物理定律构建的计算模型。增压压力计算装置使用中冷器模型，基于由节气通道空气流量计算单元计算的节 气通道空气流量，计算增压压力。在此，中冷器模型是基于与中冷器中的空气的行为相关的 物理定律构建的计算模型。该中冷器安装在压缩机和节气门之间，并且冷却从压缩机中流 出的空气。在这种情况下，缸内进入空气流量计算装置使用进气门模型，基于由节气通道空 气流量计算装置计算的节气通道空气流量，计算缸内进入空气流量。另外，压缩机流出流量计算装置基于上述关系和由缸内进入空气流量计算装置计 算的缸内进入空气流量的值，获取暂定增压压力。压缩机流出流量计算装置基于暂定增压压力和由增压压力计算装置计算的增压压力的值，来计算压缩机流出流量。更特别地，压缩机流出流量计算装置可以通过例如基于增压压力的计算值和暂定 增压压力之间的差获取压缩机流出流量校正值，然后利用该压缩机流出流量校正值来校正 缸内进入空气流量的计算值，来计算压缩机流出流量。内燃机系统控制设备可以进一步设置有进气管内部状态计算装置。该进气管内部 状态计算装置使用进气管模型，基于由节气通道空气流量计算装置计算的节气通道空气流 量，计算进气管内部压力和进气管内部温度。在此，进气管模型是基于与比节气门更下游的 进气通道的一部分中的空气的行为相关的物理定律构建的计算模型。另外，进气管内部压 力和进气管内部温度是在进气通道的该部分处的空气的压力和温度。在这种情况下，缸内进入空气流量计算装置使用进气门模型，基于由进气管内部 状态计算装置计算的进气管内部压力和进气管内部温度的值，来计算缸内进入空气流量。内燃机系统控制设备可以进一步设置有响应度反映装置。该响应度反映装置以由 压缩机流出流量计算装置计算的压缩机流出流量的值反映增压器的响应延迟。更特别地，响应度反映装置以由缸内进入空气流量计算装置计算的缸内进入空气 流量的值(其是用作通过压缩机流出流量计算装置计算压缩机流出流量的基础的值)反映 增压器的响应延迟。作为进行多种学习的结果，本发明的发明人获得了以下所述的发现。当单独考虑增压器时，压缩机流出流量和增压压力之间的关系根据压缩机转速以 多种方式改变。也就是说，在恒定压缩机转速的情况下，表示压缩机流出流量和增压压力之 间的关系的曲线图为单一曲线的形式(朝原点的方向开口的基本椭圆的弧)。当压缩机转 速改变时，曲线的形状改变并且其位置移动。另一方面，在设置有增压器的内燃机系统中，增压压力可以表示为在稳态运行期 间的压缩机流出流量的函数。也就是说，表示这些参数之间关系的曲线图为沿着上述移动 的方向的规定单一曲线的形式，而不管压缩机转速如何。从而，本发明的第一方面的内燃机系统控制设备使用进气系统的上述参数(诸 如，节气门开度)和空气模型计算缸内进入空气流量，并且基于该计算值和先前描述的规 定关系计算压缩机流出流量。如此，在本发明的第一方面的配置中，使用进气系统的上述参数来计算压缩机流 出流量，可以比排气系统的参数更精确地获取(测量或计算)上述参数。从而，根据该配置， 通过使用压缩机流出流量可以更精确地估算缸内空气量。另外，在增压器响应延迟不能被忽略的情况下，可以通过以压缩机流出流量的计 算值反映(并且更特别地，通过例如以缸内进入空气流量的计算值(其用作计算压缩机流 出流量的基础)反映)响应延迟，来顺利地补偿响应延迟。在本发明的第二方面中，作为本发明的应用目标的内燃机系统设置有内燃机、进 气通道、节气门和增压器。另外，该内燃机系统可以进一步设置有中冷器。进气通道连接至设置在内燃机中的气缸。另外，进气门设置在内燃机中。该进气 门打开和关闭进气口，该进气口是连接至气缸的进气通道的一部分。节气门安装在进气通 道中，并且被构成为能够调节进气通道中的流道横截面积。增压器具有压缩机。该压缩机被构成为在比进气通道中的节气门更上游处压缩进气通道内的空气。中冷器安装在压缩机和节气门之间，并且冷却从压缩机流出的空气。本发明的第二方面是控制具有上述配置的内燃机系统的设备，并且其特征在于， 设置有缸内进入空气流量获取装置、增压压力获取装置、暂定进入空气量获取装置以及压 缩机转速估算装置。本发明的内燃机系统控制设备可以进一步设置有暂定缸内进入空气流 量获取装置、暂定增压压力获取装置和压缩机流出流量获取装置。术语“获取”还可以被看 作计算或估算。缸内进入空气流量获取装置使用基于与进气系统(包括进气通道、节气门、压缩 机和进气门；以下具有相同意义)中的空气的行为相关的物理定律构建的计算模型，获取 缸内进入空气流量(进入气缸的空气的流量；以下具有相同意义)。增压压力获取装置使用基于与进气系统中的空气的行为相关的其他物理定律 (可以包括上述物理定律中的一部分)构建的另一计算模型(可以包括上述计算模型中的 一部分)，获取增压压力(与由压缩机压缩的空气的压力相对应的值；以下具有相同意义)。暂定进入空气量获取装置基于进气量-增压压力稳态关系(在内燃机系统中稳态 运行期间，缸内进入空气流量和增压压力之间的关系；以下具有相同意义)和由增压压力 获取装置获取的增压压力的值，获取暂定进入空气量(假设在上述稳态运行期间，增压压 力与增压压力获取值相一致的情况下的缸内进入空气流量；以下具有相同意义)。压缩机转速估算装置基于进气量-转速稳态关系(在稳态运行期间的缸内进入空 气流量和压缩机转速之间的关系；以下具有相同意义)和由缸内进入空气流量获取装置获 取的缸内进入空气流量、以及暂定进入空气量，估算压缩机转速。暂定缸内进入空气流量获取装置基于由压缩机转速估算装置估算的转速估算值 和进气量-转速稳态关系来获取暂定缸内进入空气流量(假设在稳态运行期间，压缩机转 速与转速估算值相一致的情况下的缸内进入空气流量；以下具有相同意义)。暂定增压压力获取装置基于进入空气-转速稳态关系和暂定缸内进入空气流量 来计算暂定增压压力(增压压力的暂定值；以下具有相同意义)。压缩机流出流量获取装置基于暂定缸内进入空气流量、暂定增压压力以及增压压 力获取值来获取压缩机流出流量(从压缩机流出的空气的流量；以下具有相同意义)。在此，压缩机转速估算装置可以设置有第一暂定转速获取装置、第二暂定转速获 取装置和转速估算值获取装置。第一暂定转速获取装置基于由缸内进入空气流量获取装置获取的缸内进入空气 流量和进气量-转速稳态关系，获取第一暂定转速，该第一暂定转速是压缩机转速的暂定 值。第二暂定转速获取装置基于暂定进入空气量和进入空气-转速稳态关系，获取第 二暂定转速，该第二暂定转速是压缩机转速的另一暂定值。转速估算值获取装置通过基于第一暂定转速和第二暂定转速估算压缩机转速的 瞬时改变，来获取压缩机转速的估算值。在这种情况下，压缩机流出流量获取装置可以通过利用校正值校正暂定缸内进入 空气流量来计算压缩机流出流量，从由基于暂定增压压力和增压压力获取值之间的差和暂 定缸内进入空气流量确定的系数和该差的乘积计算该校正值。另一方面，缸内进入空气流量获取装置可以设置有节气通道空气流量获取装置和进气管内部状态获取装置。节气通道空气流量获取装置使用节气模型(基于与节气门中的空气的行为相关 的物理定律构建的计算模型；以下具有相同意义)，基于节气门的开度，获取节气通道空气 流量(节气门中的空气的流量；以下具有相同意义)。进气管内部状态获取装置使用进气管模型(基于与在比节气门更下游的进气通 道的一部分中的空气的行为相关的物理定律构建的计算模型；以下具有相同意义)，基于 节气通道空气流量，获取进气管内部压力和进气管内部温度，其为该部分中的空气的压力 和温度。在这种情况下，缸内进入空气流量获取装置使用进气门模型(基于与进气门周围 的空气的行为相关的物理定律构建的计算模型；以下具有相同意义)，基于进气管内部压 力和进气管内部温度，获取缸内进入空气流量。另外，增压压力获取装置可以使用中冷器模型(基于与中冷器中的空气的行为相 关的物理定律构建的计算模型；以下具有相同意义)，基于由节气通道空气流量获取装置 获取的节气通道空气流量，获取增压压力。而且，上述参数(诸如，转速、压力和流量)中的每个都可以用与其等价的其他参 数代替。例如，这些其他等价参数可以用来代替缸内进入空气流量或增压压力。另外，“转 速”可以用来代替压缩机的转速(每单位时间)。通常，当仅单独考虑增压器时，压缩机流出流量和增压压力之间的关系根据压缩 机转速以多种方式改变。也就是说，在压缩机转速恒定的情况下，压缩机流出流量和增压压力之间的关系 为单一曲线的形式，该单一曲线为朝原点方向开口的椭圆弧的形状(以下称为“压缩机特 征曲线”)。该压缩机特征曲线的形状和位置根据压缩机转速而改变。更特别地，当压缩机 转速增大时，压缩机特征曲线向外(离开原点的方向)移动。与不同压缩机转速对应的多 条压缩机特征曲线以基本同心椭圆弧的形式布置。在此，作为进行多方面学习的结果，本发明的发明人获得了以下所述的发现。(1)在设置有上述增压器的内燃机系统中的上述稳态运行期间(在该时间期间 内，压缩机流出流量与缸内进入空气流量相一致)，增压压力被表示为压缩机流出流量的函 数。也就是说，在设置有增压器的内燃机系统的稳态运行期间，增压压力和压缩机流 出流量之间的关系(上述进气量-增压压力稳态关系)为单一曲线的形式，该单一曲线与 以先前描述的基本同心的椭圆弧形式布置的多条压缩机特征曲线均交叉一次(以下称为 “进气量-增压压力稳态曲线”)。在该进气量-增压压力稳态曲线上的单个特定点表示用于满足上述稳态运行的 条件的特定运行状态的压缩机流出流量(即，缸内进入空气流量)和增压压力。该运行状 态期间的压缩机转速被唯一确定。也就是说，进气量-增压压力稳态曲线上的单个特定点 是与上述特定运行状态下的压缩机转速相对应的单条压缩机特征曲线和进气量-增压压 力稳态曲线之间的交叉点。从而，如果能够精确地估算压缩机转速，则可以指定在与该估算值对应的特定运 行状态期间的增压压力和缸内进入空气流量(即，暂定增压压力和暂定缸内进入空气流量)。其使用使得能够精确地控制设置有增压器的内燃机系统。也就是说，可以通过基于该运行状态从稳态运行的偏移而校正暂定缸内进入空气 流量，来精确地获取在不满足上述稳态运行的条件的实际运行状态期间的实际压缩机流出流量。更特别地，通过用校正值来校正暂定缸内进入空气流量来计算压缩机流出流量， 从基于暂定增压压力和增压压力获取值之间的差和暂定增压压力确定的系数与该差的乘 积计算该校正值。然后，可以基于该计算值精确地估算实际的缸内进入空气流量。(2)在设置有增压器的内燃机系统中不能忽略增压器的响应延迟。考虑用压缩机 转速的瞬时变化来有力地校正该响应延迟。可以用传感器来直接测量该压缩机转速。然而，在内燃机系统中安装压缩机转速 传感器增大了设备成本。从而，在考虑该响应延迟的同时精确地估算压缩机转速使得可以 在不增大设备成本的情况下，考虑该响应延迟而执行适当的控制。当考虑该响应延迟时，可以假设与当前实际压缩机转速对应的进气量-增压压力 稳态曲线上的点(即，上述交叉点)位于与当前缸内进入空气流量对应的第一个点和与当 前增压压力获取值对应的第二个点之间。在此，在设置有增压器的内燃机系统的稳态运行期间，压缩机转速被表示为进气 通道中的进入空气的质量流量(为进入空气量的形式)的函数(进气量-转速稳态关系)。 此时，进入空气量和缸内进入空气流量相一致。另外，表示进气量-转速稳态关系的曲线将 被称为“进气量-转速稳态曲线”。从而，可以假设在进气量-转速稳态曲线上与当前实际压缩机转速对应的点位于 与当前缸内进入空气流量对应的第一个点和与根据当前增压压力获取值和进气量-增压 压力稳态曲线获取的暂定进入空气量对应的第二个点之间。然后，可以基于其来精确地估 算当前实际压缩机转速。更特别地，基于例如由缸内进入空气流量获取装置获取的缸内进入空气流量和进 气量-转速稳态关系来获取第一暂定转速。另外，基于暂定进入空气量和进气量-转速稳 态关系来获取第二暂定转速。然后，通过基于第一暂定转速和第二暂定转速估算压缩机转 速的瞬时变化，来获取压缩机转速的估算值。根据设置有上述配置的本发明的内燃机系统控制设备，通过使用进气参数(表示 进气系统的状态的参数)，可以精确地估算压缩机转速同时考虑响应延迟，该进气参数可以 比排气参数更精确地获得(测量或计算)。从而，根据本发明的第二方面，设置有增压器的内燃机系统可以用便宜的设备配 置被更精确地控制。在上述第一和第二方面，可以采用以下配置，其中，当在进气冲程期间实际吸入气 缸的空气量被指定为缸内进入空气量的实际值时，当从缸内进入空气量的计算开始时起已 经经过预定时间量时的缸内进入空气量的实际值被计算为缸内进入空气量计算开始时的 缸内进入空气量的预测值，缸内进入空气量计算开始时的缸内进入空气量的预测值和缸内 进入空气量的实际值之间的差被计算为缸内进入空气量计算开始时的缸内进入空气量的 变化预测值，并且当缸内进入空气量的变化预测值大于预定的变化预测值时，根据缸内进 入空气量的变化预测值来校正缸内进入空气量的计算值，并且基于校正过的缸内进入空气量的计算值来控制内燃机的运行。在这种情况下，当在缸内进入空气量计算开始时的节气门的开度与缸内进入空气 量计算开始时的目标节气门开度之间的差大于预定开度差时，缸内进入空气量的变化预测 值可以被确定为大于预定变化预测值。而且，可以采用以下配置，其中，当节气门下游处的进气通道中的压力被指定为节 气门下游压力时，当从缸内进入空气量计算开始时起已经经过预定时间量时的节气门下游 压力被计算为缸内进入空气量计算开始时的节气门下游压力的预测值时，缸内进入空气量 计算开始时的节气门下游压力的预测值与节气门下游压力之间的差被计算为缸内进入空 气量计算开始时的节气门下游压力的变化量，并且当节气门下游压力的变化量大于预定压 力变化时，缸内进入空气量的变化预测值被确定为大于预定变化预测值。另外，可以采用以下配置，其中，当缸内进入空气量的变化预测值被确定为大于预 定变化预测值，并且缸内进入空气量的变化预测值被确定为增大得多于预定变化预测值 时，缸内进入空气量的计算值被校正以增大；另一方面，当缸内进入空气量的变化预测值被 确定为大于预定变化预测值，并且缸内进入空气量的变化预测值被确定为减小得多于预定 变化预测值时，缸内进入空气量的计算值被校正以减小。另外，可以以预定时间间隔执行缸内进入空气量的计算，并且预定时间量可以等 于预定时间间隔。另外，预定时间量可以等于从缸内进入空气量的计算开始时起直到通过计算缸内 进入空气量获得的缸内进入空气量的计算值被用于内燃机的控制操作为止的时间。因为当缸内进入空气量的计算开始之后的缸内进入空气量的实际变化量相当大 时，根据缸内进入空气量的变化量校正缸内进入空气量的计算值，所以缸内进入空气量被 计算，该缸内进入空气量与实际缸内进入空气量相一致，或者与没有进行校正的缸内进入 空气量的计算值相比，该缸内进入空气量至少更接近实际缸内进入空气量。另外，作为根据缸内进入空气量的变化量校正缸内进入空气量的计算值，直到缸 内空气量的计算值被用于内燃机的控制操作为止的结果，缸内进入空气量被计算，该缸内 进入空气量与当它用于内燃机的控制操作时的实际缸内进入空气量相一致，或者与未进行 校正的缸内进入空气量的计算值相比，该缸内进入空气量至少更接近实际缸内进入空气 量。


将参考附图，在本发明的示例性实施例的以下详细描述中描述本发明的特征、优 点、和技术以及产业意义，其中，相同数字表示相同元件，并且其中图1是示意性地示出应用本发明的一个实施例的内燃机系统的总体配置的图；图2是图1中所示的控制设备的功能框图；图3是示出由图1中所示的中央处理单元(CPU)参考的图表的图，该图表限定了 加速度踏板压下量和目标节气门开度之间的关系；图4是示出暂定目标节气门开度、目标节气门开度、以及预测节气门开度的变化 的时间图；图5是示出当计算预测节气门开度时使用的函数的曲线图6是示出由图1中所示的CPU参考以获取暂定增压压力和压缩机转速的图表的 图，该图表限定了中冷器内部压力、压缩机流出空气流量和压缩机转速之间的关系；图7是示出由图1中所示的CPU参考以获取暂定增压压力的图表的图，该图表限 定了缸内流入空气流量和中冷器内部压力之间的关系；图8是示出图2中所示的压缩机模型的配置的详情的功能框图；图9是示出图1中所示的CPU参考的图表的示意图，该图表限定了压缩机流出空 气流量、压缩机转速和压缩机效率之间的关系；图10是示出由图1中所示的CPU执行的节气门开度估算程序的流程图；图11是示出由图1中所示的CPU执行的缸内空气量估算程序的流程图；图12是示出由图1中所示的CPU执行的节气通道空气流量程序的流程图；图13是示出第一时间点、规定时间间隔Δ t0、先前估算时间点tl和当前估算时间 点t2之间的关系的示意图；图14是示出由图1中所示的CPU执行的用于估算压缩机流出空气流量和压缩机 传递能量的程序的流程图；图15是示出图8中所示的压缩机模型的改变的功能框图；图16是示出仅用于图1中单独所示的增压器的中冷器内部压力、压缩机流出流量 和压缩机转速之间的关系的曲线图；图17是示出限定图1中所示的内燃机系统中的进气量和增压压力之间的稳态关 系的进气量-增压压力稳态映射的示意图；图18是示出(i)限定图1中所示的内燃机系统中的进气量和转速之间的稳态关 系的进气量-转速稳态映射；以及(ii)压缩机转速的瞬时改变的形式的示意图；图19是示出与获取图2中所示的压缩机模型中的压缩机流出流量相关的配置的 详情的功能框图；图20是示出图19中所示的压缩机转速估算单元的配置的详情的功能框图；图21是示出由图1中所示的CPU执行的用于估算压缩机流出空气流量和压缩机 传递能量的程序的流程图；图22是示出应用本发明的控制设备的设置有增压器的火花点火式内燃机的示意 图；图23是示出本发明的模型的功能的功能框图；图M是示出限定加速器踏板压下量Accp和目标节气门开度θ t之间的关系的映 射的示意图；图25是示出限定目标节气门开度et和预测节气门开度ee之间的差Δ θ与函 数f(et，θ e)之间的关系的映射的示意图；图沈是示出限定节气门开度θ和乘积C(e) ·Α(Θ)之间的关系的映射的示意 图；图27是示出限定发动机转速(发动机(NE)的转数)、进气门打开和关闭定时(气 门定时(VT))以及比例系数C之间的关系的映射的示意图；图观是示出发动机转速ΝΕ、进气门打开和关闭定时VT和值d之间的关系的映射 的示意图四是示出压力比Pm/Pi和节气门通道空气流量mt之间的关系的示意图；图30是示出压力比Pm/Pi和节气门通道空气流量mt之间的关系的示意图；图31是示出进气管压力Rii和值Φ (Pm/Pi)之间的关系的示意图；图32是示出限定进气管压力Rn、节气门开度θ和值Φ (Pm/Pi)之间的关系的映 射的示意图；图33是示出用于根据电子控制节气门模型Ml执行算术操作的流程图的实例的示 意图；图34是示出压力比Pm/Pi、节气门开度θ和值Φ (Pm/Pi)之间的关系的映射的示 意图；图35是示出压力比Pi/Pa、压缩机转速NC和压缩机流出空气流量mcm之间的关系 的示意图；图36是示出限定压力比Pm/Pi、压缩机转速NC和压缩机流出空气流量mcm之间的 关系的映射的示意图；图37是示出压缩机流出空气流量mcm、压缩机转速NC和压缩机效率η之间的关 系的示意图；图38示出限定压缩机流出空气流量mcm、压缩机转速NC和压缩机效率η之间的 关系的映射的示意图；图39是示出中冷器压力Pi、压缩机转速NC和压缩机流出空气流量mcm之间的关 系的示意图；图40是示出限定中冷器压力Pi、压缩机转速NC和压缩机流出空气流量mcm之间 的关系的映射的示意图；图41是示出用于根据节气模型M2、进气门模型M3、进气管模型M6、以及进气门模 型M7、压缩机模型M4和中冷器模型M5执行算术运算的流程图的实例的示意图；图42是示出用于根据节气模型M2、进气门模型M3、进气管模型M6、进气门模型 M7、压缩机模型M4和中冷器模型M5执行算术运算的流程图的实例的示意图；图43是示出用于根据节气模型M2、进气门模型M3、进气管模型M6、进气门模型 M7、压缩机模型M4和中冷器模型M5执行算术运算的流程图的实例的示意图；图44是示出中冷器压力Pi、压缩机转速NC和压缩机流出空气流量mcm之间的关 系的示意图。
具体实施例方式以下参考附图提供本发明的实施例(被认为是用于申请人在提出申请时实现本 发明的最佳模式的实施例)的解释。而且，实施例的以下描述仅提供具体化本发明的实例所需的尽可能详细的描述， 以满足规则和规章要求的说明书的描述要求(描述要求和用于使本发明实施的要求)。从 而，如将在以下所述的，本发明不以任何方式限于以下描述的实施例的具体配置，这完全是 常识。由于可以关于实施例作出的多种修改的插入妨碍了对实施例的解释的一致理解，所 以在描述的最后概括地对多种修改进行了描述。〈内燃机系统的配置〉
图1是示意性地示出应用本发明的第一实施例的内燃机系统1的总体配置的示意 图。该内燃机系统1设置有直列式多缸内燃机2、进气/排气系统3和控制设备4(在图1 中，使用与气缸的排列方向垂直的平面示出内燃机2的横截面图)。以下提供内燃机系统1 的每个部分的配置的更详细解释。<内燃机 > 首先提供内燃机2的配置的解释。气缸体20a(包括下部箱体、油盘等)是与气缸盖20b —起组成内燃机2的主要单 元部分(发动机组)的部件。气缸盖20b被固定至气缸体20a的上端。如先前描述的，多个气缸21成排设置在气缸体20a中。活塞22可往复地容纳在 气缸21中。曲轴23被容纳同时旋转地支撑在气缸21和活塞22之下。曲轴23通过连杆 24连接至活塞22，以基于活塞22的往复运动被旋转和驱动。压痕形成在气缸盖20b的底部表面(与气缸体20a相对的表面)中。该压痕设置 在与气缸21的上端对应的位置处。通过该压痕内的空间和活塞22的顶部表面之上的气缸 盖21内的空间形成燃烧室CC。进气口 25和排气口沈形式的气体通道形成在气缸盖20b中，该气体通道与燃烧 室CC连通。进气口 25与进气/排气系统3的一部分构成本发明的进气通道，并且用作在 进气通道中与气缸21的连接部分。另外，用于打开和关闭进气口 25和排气口沈的配气机构27设置在气缸盖20b中。 该配气机构27设置有打开和关闭进气口 25的进气门27a、打开和关闭排气口沈的排气门 27b、以及用于使进气门27a和排气门27b在规定时刻打开和关闭的机构。该机构包括驱动 进气门27a的进气凸轮轴、连续改变进气凸轮轴的相位角的可变进气定时设备27c、以及驱 动排气门27b的排气凸轮轴27d。而且，在内燃机2中安装喷射器观。喷射器观被设置成将燃料喷射入进气口 25 中。<进气/排气系统 > 以下提供连接至内燃机2的进气/排气系统3的配置的解释。进气歧管31连接至进气口 25。进气歧管31连接至稳压罐32。稳压罐32连接至 进气道33。也就是说，本发明的进气通道由进气口 25、进气歧管31、稳压罐32以及进气道 33组成。中冷器34安装在进气道33中。本实施例的中冷器34为空气冷却型的，并且通过 与外部空气进行热交换来冷却通过进气通道的空气。空气过滤器35在比中冷器34更上游 处安装在进气道33中。节气门36在进气道33中安装在稳压罐32与中冷器34之间的位置处。节气门36 被设置成改变进气通道中的流道横截面积(开口横截面积)，并且由节气门致动器36a驱 动。在本实施例中，节气门致动器36a是直流电动机。该节气门致动器36a根据由随后描 述的、由控制设备4实现的电子控制节气门逻辑电路Al (参见图2、生成和发送的驱动信号 来运行，使得实际节气门开度θ ta变为目标节气门开度ett。另一方面，包括排气歧管的排气管37连接至排气口 26。排气净化催化剂38安装 在排气管37中，该排气管37与排气口沈一起构成排气通道。另外，增压器39设置在进气/排气系统3中。本实施例中的增压器39是所谓的 涡轮增压器，并且设置有涡轮39a和压缩机39b。涡轮39a在比排气净化催化剂38更上游处安装在排气管37中，并且由流过排气管37的排气旋转和驱动。压缩机39b在进气管33 中安装在中冷器34和空气过滤器35之间的位置(S卩，比节气门36更上游处)。该压缩机 39b通过伴随涡轮39a的旋转而被旋转和驱动，来压缩进气道33内的空气。<控制设备的设备配置 > 作为本发明的内燃机系统控制设备的一个实施例的控制 设备4被如下构成，以控制内燃机系统1的运行。控制设备4设置有电子控制单元(缩写为“E⑶”)40。E⑶40设置有CPU 40a、只 读存储器(ROM) 40b、随机存取存储器(RAM) 40c、备用RAM 40d、接口 40e和双向总线40f。 CPU 40a、ROM 40b、RAM 40c、备用 RAM 40d 和接口 40e 由双向总线 40f 互连。由CPU 40a执行的例行程序(程序)以及当执行该例行程序时使用的图表(映 射)、参数等预先存储在ROM 40b中。RAM 40c能够暂时存储由CPU 40a执行例行程序时所 需的数据。当电源接通时，备用RAM 40d存储当由CPU 40a执行程序时的数据，并且即使在 断电之后也能够保持所存储的数据。接口 40e电连接至以下将描述的多种类型传感器，并且来自多种类型传感器的信 号能够发送至CPU 40a。另外，接口 40e电连接至、运行部分，诸如喷射器观和节气门致动器 36a，并且能够将用于运行这些运行部分的控制信号从CPU 40a发送至这些运行部分。艮P， ECU 40被构成为接收来自上述传感器中的每个的信号，并且基于根据那些信号由CPU 40a 执行的算术处理的结果，将信号发送至每个运行部分。<多种类型传感器 > 压力传感器41、温度传感器42、凸轮位置传感器43、曲柄位置 传感器44、节气门位置传感器45和加速器压下量传感器46设置在本实施例的内燃机系统 1中。压力传感器41和温度传感器42在进气道33中安装在空气过滤器35和压缩机 39b之间的位置处。压力传感器41以进气压力1 的形式输出表示压缩机39b上游的进气 通道中的空气的压力的信号。温度传感器42以进气温度Ta的形式输出表示压缩机39b上 游的进气通道中的空气的温度的信号。凸轮位置传感器43生成信号(G2信号)，该信号具有用于包括在可变进气定时设 备27c中的上述进气凸轮轴的每90°旋转(即，对于曲轴23的每180°C旋转)的单脉冲。曲柄位置传感器44被设置成与曲轴23相对。该曲柄位置传感器44输出具有与 曲轴23的旋转角度对应的脉冲的波形的信号(与发动机转速NE对应的信号)。更特别地， 曲柄位置传感器44输出信号，该信号对于曲轴23的每10°旋转具有窄宽度脉冲，并且对于 曲轴23的每360°旋转具有宽宽度脉冲。节气门位置传感器45设置在与节气门36对应的位置处。该节气门位置传感器45 以节气门开度θ ta的形式输出与节气门36的旋转相位对应的信号。加速器压下量传感器46输出表示由驾驶员操作的加速器踏板47的压下量(加速 器踏板压下量Accp)的信号。<控制设备的功能块配置 > 图2是图1中所示的控制设备4的功能框图。如图2 所示，本实施例的控制设备4设置有上述电子控制节气门逻辑电路Al、以及电子控制节气 门模型Ml、节气模型2、进气门模型M3、压缩机模型M4、中冷器模型M5、进气管模型M6和进 气门模型M7。如随后提供的详细解释所阐明的，在本实施例中，本发明的缸内进入空气流量计算装置的主要部分由进气门模型M3实现。另外，在本实施例中，本发明的压缩机流出流量 计算装置的主要部分由压缩机模型M4构成。另外，在本实施例中，本发明的节气通道空气 流量计算装置的主要部分由节气模型M2构成。另外，在本实施例中，本发明的增压压力计 算装置的主要部分由中冷器模型M5构成。而且，在该实施例中，本发明的进气管内部状态 计算装置的主要部分由进气管模型M6构成。〈每个框的功能〉以下提供图2中所示的每个元件的功能和动作的解 释。而且，由于表示每个模型的公式的推导通常可用(参见，例如，日本专利申请公开 No. 2001-41095 (JP-A-2001-41095)或日本专利申请公开 No. 2003-184613 (JP-A-2003-184 613))，所以在本描述中省略其详细解释。首先，提供缸内空气量的估算的概述的解释。在本实施例的内燃机2中，喷射器观设置在比进气门27a更上游处。从而，燃料 必须在进气门27a关闭的时间(在进气冲程完成的时间)前喷射。从而，为了确定燃料喷 射量以使得形成在燃烧室CC中的燃料-空气混合物的空燃比与目标空燃比相一致，必需预 先估算当节气门27a关闭时的缸内空气量。从而，本实施例的控制设备4通过使用基于物理定律构建的计算模型，在相对于 当前时间点的规定未来时间点，估算中冷器34内的空气(节气门上游空气)的压力和温 度，然后基于这些估算值估算规定未来时间点的缸内空气量。每个模型均由数值公式(还被称为“通用公式”)表示，该数值公式基于物理定律 推导以表示在特定时间点的空气的行为。通常，如果希望确定的值是用于该特定时间点的 值，则在该通用公式中使用的值(变量)必须都为在该特定时间点处的值。也就是说，当特 定模型由例如通用公式y = f(x)表示以确定在相对于当前时间点的规定未来时间点处的 值y时，变量χ必须是未来时间点处的值。在此，如先前描述的，希望确定的缸内空气量是相对于当前时间点的规定未来时 间点(算术处理时间点)处的值。从而，要求在将在随后描述的每个模型中使用的值，诸如， 节气门开度9t、进气压力1 、进气温度Ta、发动机转速NE和节气门27a的打开定时(将被 称为“节气门定时VT”)，均为在相对于当前时间点的规定未来时间点处的值。从而，本实施例的控制设备4通过从确定目标节气门开度时的时间点延迟而控制 节气门36(节气门致动器36a)，来估算在相对于当前时间点的规定未来时间点处的节气门 开度9t。进气压力Pa、进气温度Ta、发动机转速NE和进气门定时VT在从当前时间点到上 述规定时间点的短时间段内自然不会改变很大。从而，控制设备4在上述通用公式中对于 规定时间点处的进气压力Pa、进气温度Ta、发动机转速NE和进气门定时VT分别采用在当 前时间点处的检测值。如上所述，本实施例的控制设备4基于在该规定未来时间点处的节气门开度θ t 的估算值，基于在当前时间点处的进气压力Pa、进气温度Ta、发动机转速NE和进气门定时 VT，以及基于每个模型，估算相对于当前时间点的规定未来时间点处的缸内空气量。以下提供模型Ml至M7中的每个模型和逻辑电路Al的详细解释。<电子控制节气门模型Ml和电子控制节气门逻辑电路Al〉电子控制节气门模型 Ml是如下的模型，该模型与电子控制节气门逻辑电路Al协作，基于直到当前时间点的加速器踏板压下量Accp，估算直到当前时间点之后的第一时间点(从当前时间点开始已经过延 迟时间(TD)(在本实例中为Mms)的时间点)的节气门开度θ 。更具体地，基于图3中所示的限定加速器踏板压下量Accp和目标节气门开度θ tt 之间的关系的图表和由加速器压下量传感器46检测的实际加速器踏板压下量Accp，电子 控制节气门逻辑电路Al在每个预定时间ATtl(在本实例中为aiis)处，以暂定目标节气门 开度θ ttl的形式，确定暂定目标节气门开度。另外，电子控制节气门逻辑电路Al将所确定的暂定目标节气门开度θ ttl设置为 在规定延迟时间TD之后的时间点(第一时间点)处的目标节气门开度ett，如图4中的时 间图所示。也就是说，电子控制节气门逻辑电路Al将规定延迟时间TD之前确定的暂定目 标节气门开度θ ttl确定为当前目标节气门开度ett。然后，电子控制节气门逻辑电路AI 将驱动信号发送至节气门致动器36a，使得当前节气门开度θ ta变为当前目标节气门开度 θ tt。然而，当驱动信号被从电子控制节气门逻辑电路Al发送至节气门致动器36a时， 由于节气门致动器36a的运行延迟、节气门36的惯性等，实际节气门开度θ ta以特定的延 迟跟随目标节气门开度9tt。从而，电子控制节气门模型Ml基于以下公式(1)估算(预 测)在延迟时间TD之后的时间处的节气门开度(参见图4)。θ te(k) = θ te(k-l) + ATtl · f( θ tt(k)，θ te(k-l))· · · (1)在该公式(1)中，0te(k)是在当前算术处理时间点处新估算的预测节气门开度 0te, ett(k)是在当前算术处理时间点处新设置的目标节气门开度ett，以及ete(k-i) 是先前估算的在当前算术处理时间点处的预测节气门开度θ te(即，在先前算术处理时间 点处新估算的预测节气门开度9te)。另外，函数f(ett，ete)是返回当ett和ete之 间的差Δ θ (即，ett-ete)增大时变大的值的函数(相对于Δ θ单调增大的函数)，如 图5中所示。这样，电子控制节气门模型Ml在当前算术处理时间点处重新确定在上述第一时 间点(在当前时间点之后延迟时间TD的时间点)处的目标节气门开度θ tt，并且重新估算 在第一时间点处的节气门开度9te。另外，电子控制节气门模型Ml以与从当前时间点经 过的时间相关的形式将目标节气门开度θ tt和预测节气门开度ete存储(保持)在RAM 40c中，直到第一时间为止。〈节气模型M2>节气模型M2是如下的模型，该模型基于以公式(2)和公式(3)的 形式表示该模型的通用公式，以节气通道空气流量mt的形式估算通过节气门36外围的空 气的流量。
权利要求
1.一种内燃机系统控制设备，所述内燃机系统控制设备控制内燃机系统，所述内燃机 系统设置有进气通道，所述进气通道连接至设置在内燃机内的气缸；进气门，所述进气门 设置在所述内燃机中，以便打开和关闭进气口，所述进气口在所述进气通道中连接至所述 气缸；节气门，所述节气门安装在所述进气通道中并且能够调节所述进气通道中的流道横 截面积；以及增压器，所述增压器具有压缩机，所述压缩机在比所述进气通道中的所述节气 门更上游处压缩所述进气通道中的空气，所述内燃机系统控制设备的特征在于包括缸内进入空气流量计算装置，所述缸内进入空气流量计算装置用于使用表示进气系统 的状态的参数以及空气模型计算缸内进入空气流量，所述缸内进入空气流量是进入所述气 缸的空气的流量，所述进气系统包括所述进气通道、所述节气门和所述进气门，所述空气模 型是基于与所述进气系统中的空气的行为相关的物理定律构建的计算模型；以及压缩机流出流量计算装置，所述压缩机流出流量计算装置用于基于所述内燃机系统中 稳态运行期间的所述缸内进入空气流量和与由所述压缩机压缩的空气的压力相对应的增 压压力之间的关系以及由所述缸内进入空气流量计算装置计算的所述缸内进入空气流量 的值来计算压缩机流出流量，所述压缩机流出流量是从所述压缩机流出的空气的流量。
2.根据权利要求1所述的内燃机系统控制设备，进一步包括节气通道空气流量计算装置，所述节气通道空气流量计算装置用于使用节气模型、基 于所述节气门的开度计算节气通道空气流量，所述节气通道空气流量是所述节气门中的空 气的流量，所述节气模型是基于与所述节气门中的空气的行为相关的物理定律构建的计算 模型；以及增压压力计算装置，所述增压压力计算装置用于使用中冷器模型、基于由所述节气通 道空气流量计算装置计算的所述节气通道空气流量计算所述增压压力，所述中冷器模型是 基于与中冷器中的空气的行为相关的物理定律构建的计算模型，所述中冷器安装在所述压 缩机和所述节气门之间并且冷却从所述压缩机流出的空气，其中所述缸内进入空气流量计算装置使用作为所述空气模型的进气门模型、基于由所述节 气通道空气流量计算装置计算的所述节气通道空气流量计算所述缸内进入空气流量，所述 进气门模型是基于与所述进气门周围的空气的行为相关的物理定律构建的计算模型，以及所述压缩机流出流量计算装置基于由所述增压压力计算装置计算的所述增压压力的 值和暂定增压压力计算所述压缩机流出流量，基于所述关系和由所述缸内进入空气流量计 算装置计算的所述缸内进入空气流量的值、以所述增压压力的暂定值的形式获取所述暂定 增压压力。
3.根据权利要求2所述的内燃机系统控制设备，进一步包括进气管内部状态计算装 置，所述进气管内部状态计算装置用于使用进气管模型、基于由所述节气通道空气流量计 算装置计算的所述节气通道空气流量，计算进气管内部压力和进气管内部温度，所述进气 管内部压力和进气管内部温度是所述进气通道的比所述节气门更下游的一部分中的空气 的压力和温度，所述进气管模型是基于与所述部分中的空气的行为相关的物理定律构建的 计算模型，其中，所述缸内进入空气流量计算装置使用所述进气门模型、基于由所述进气管内部 状态计算装置计算的所述进气管内部压力和所述进气管内部温度的值，计算所述缸内进入空气流量。
4.一种内燃机系统控制设备，所述内燃机系统控制设备控制内燃机系统，所述内燃机 系统设置有进气通道，所述进气通道连接至设置在内燃机内的气缸；进气门，所述进气门 设置在所述内燃机中，以便打开和关闭进气口，所述进气口在所述进气通道中连接至所述 气缸；以及增压器，所述增压器具有压缩机，所述压缩机压缩比所述进气门更上游处的所述 进气通道中的空气，所述内燃机系统控制设备的特征在于包括缸内进入空气流量计算装置，所述缸内进入空气流量计算装置用于使用表示进气系统 的状态的参数以及空气模型计算缸内进入空气流量，所述缸内进入空气流量是进入所述气 缸的空气的流量，所述进气系统包括所述进气通道和所述进气门，所述空气模型是基于与 所述进气系统中的空气的行为相关的物理定律构建的计算模型；以及压缩机流出流量计算装置，所述压缩机流出流量计算装置用于基于在所述内燃机系统 中稳态运行期间的所述缸内进入空气流量和与由所述压缩机压缩的空气的压力相对应的 增压压力之间的关系以及由所述缸内进入空气流量计算装置计算的所述缸内进入空气流 量的值，来计算压缩机流出流量，所述压缩机流出流量是从所述压缩机流出的空气的流量。
5.根据权利要求4所述的内燃机系统控制设备，其中，所述缸内进入空气流量计算装 置使用作为所述空气模型的进气门模型计算所述缸内进入空气流量，所述进气门模型是基 于与所述进气门周围的空气的行为相关的物理定律构建的计算模型。
6.根据权利要求4或5所述的内燃机系统控制设备，其中，所述压缩机流出流量计算装 置基于所述压缩机的转速的值计算所述压缩机流出流量，基于所述关系和由所述缸内进入 空气流量计算装置计算的所述缸内进入空气流量的值计算所述压缩机的转速的值。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的内燃机系统控制设备，进一步包括响应度反 映装置，所述响应度反映装置用于以由所述压缩机流出流量计算装置计算的所述压缩机流 出流量的值反映所述增压器的响应延迟。
8.根据权利要求7所述的内燃机系统控制设备，其中，所述响应度反映装置以由所述 缸内进入空气流量计算装置计算的所述缸内进入空气流量的值反映所述增压器的响应延 迟，所述值用作通过所述压缩机流出流量计算装置计算所述压缩机流出流量的基础。
9.一种内燃机系统控制设备，所述内燃机系统控制设备控制内燃机系统，所述内燃机 系统设置有进气通道，所述进气通道连接至设置在内燃机内的气缸；进气门，所述进气门 设置在所述内燃机中，以便打开和关闭进气口，所述进气口在所述进气通道中连接至所述 气缸；节气门，所述节气门安装在所述进气通道中并且能够调节所述进气通道中的流道横 截面积；以及增压器，所述增压器具有压缩机，所述压缩机在比所述进气通道中的所述节气 门更上游处压缩所述进气通道中的空气，所述内燃机系统控制设备的特征在于包括缸内进入空气流量获取装置，所述缸内进入空气流量获取装置用于使用基于与进气系 统中的空气的行为相关的物理定律构建的计算模型获取缸内进入空气流量，所述缸内进入 空气流量是进入所述气缸的空气的流量，所述进气系统包括所述进气通道、所述节气门、所 述压缩机和所述进气门；增压压力获取装置，所述增压压力获取装置用于使用基于与所述进气系统中的空气的-、、行为相关的其它物理定律构建的另一计算模型，获取与由所述压缩机压缩的空气的压力相 对应的增压压力；暂定进入空气量获取装置，所述暂定进入空气量获取装置用于基于进气量-增压压力 稳态关系和由所述增压压力获取装置获取的增压压力获取值，获取暂定进入空气量，所述 暂定进入空气量是在假设所述稳态运行期间的所述增压压力与由所述增压压力获取装置 获取的增压压力的值相一致的情况下的所述缸内进入空气流量，所述进气量-增压压力稳 态关系是所述内燃机系统中稳态运行期间的所述缸内进入空气流量和所述增压压力之间 的关系；以及压缩机转速估算装置，所述压缩机转速估算装置用于基于进气量-转速稳态关系、由 所述缸内进入空气流量获取装置获取的所述缸内进入空气流量以及所述暂定进入空气量 估算所述压缩机的转速，所述进气量-转速稳态关系是在所述稳态运行期间的所述缸内进 入空气流量和所述压缩机的转速之间的关系。
10.根据权利要求9所述的内燃机系统控制设备，其中所述压缩机转速估算装置包括第一暂定转速获取装置，所述第一暂定转速获取装置用于基于由所述缸内进入空气流 量获取装置获取的所述缸内进入空气流量和所述进气量-转速稳态关系获取第一暂定转 速，所述第一暂定转速是所述转速的暂定值；第二暂定转速获取装置，所述第二暂定转速获取装置用于基于所述暂定进入空气量和 所述进气量-转速稳态关系获取第二暂定转速，所述第二暂定转速是所述转速的另一暂定 值；以及转速估算值获取装置，所述转速估算值获取装置用于通过基于所述第一暂定转速和所 述第二暂定转速估算所述转速的瞬时变化来获取所述转速的估算值。
11.根据权利要求9或10所述的内燃机系统控制设备，进一步包括暂定缸内进入空气流量获取装置，所述暂定缸内进入空气流量获取装置用于基于由所 述压缩机转速估算装置估算的所述转速的值和所述进气量-转速稳态关系获取暂定缸内 进入空气流量，所述暂定缸内进入空气流量是在假设所述稳态运行期间的所述转速与所述 转速估算值相一致的情况下的所述缸内进入空气流量；暂定增压压力获取装置，所述暂定增压压力获取装置用于基于所述进气量-增压压力 稳态关系和所述暂定缸内进入空气流量获取暂定增压压力，所述暂定增压压力是所述增压 压力的暂定值；以及压缩机流出流量获取装置，所述压缩机流出流量获取装置用于基于所述暂定缸内进入 空气流量、所述暂定增压压力以及所述增压压力获取值获取压缩机流出流量，所述压缩机 流出流量是从所述压缩机流出的空气的流量。
12.根据权利要求11所述的内燃机系统控制设备，其中，所述压缩机流出流量获取装 置通过用校正值校正所述暂定缸内进入空气流量来计算所述压缩机流出流量，所述校正值 是通过基于所述暂定缸内进入空气流量和在所述暂定增压压力与所述增压压力获取值之 间的差确定的系数与所述差的乘积来计算的。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的内燃机系统控制设备，其中所述缸内进入空气流量获取装置包括节气通道空气流量获取装置，所述节气通道空气流量获取装置用于使用节气模型、基 于所述节气门的开度获取节气通道空气流量，所述节气通道空气流量是所述节气门中的空 气的流量，所述节气模型是基于与所述节气门中的空气的行为相关的物理定律构建的计算 模型；以及进气管内部状态获取装置，所述进气管内部状态获取装置用于使用进气管模型、基于 所述节气通道空气流量获取进气管内部压力和进气管内部温度，所述进气管内部压力和进 气管内部温度是所述进气通道的比所述节气门更下游的一部分中的空气的压力和温度，所 述进气管模型是基于与所述部分中的空气的行为相关的物理定律构建的计算模型，其中，使用作为基于与所述进气门中的空气的行为相关的物理定律构建的计算模型 的进气门模型，基于所述进气管内部压力和所述进气管内部温度获取所述缸内进入空气流 量。
14.根据权利要求13所述的内燃机系统控制设备，其中，所述增压压力获取装置使用 作为基于与中冷器中的空气的行为相关的物理定律构建的计算模型的中冷器模型、基于通 过所述节气通道空气流量获取装置获取的所述节气通道空气流量获取所述增压压力，所述 中冷器安装在所述压缩机和所述节气门之间并且冷却从所述压缩机流出的空气。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的内燃机系统控制设备，其中当在进气冲程期间实际进入所述气缸的空气量被指定为缸内进入空气量的实际值时， 当从缸内进入空气量计算开始起已经经过预定时间量时的缸内进入空气量的实际值被计 算作为缸内进入空气量计算开始时的缸内进入空气量的预测值，缸内进入空气量的所述预 测值与缸内进入空气量计算开始时的缸内进入空气量的实际值之间的差被计算作为缸内 进入空气量计算开始时的缸内进入空气量的变化预测值，并且，当缸内进入空气量的所述 变化预测值大于预定变化预测值时，根据缸内进入空气量的所述变化预测值来校正缸内进 入空气量的计算值，并且，基于校正过的缸内进入空气量的计算值来控制所述内燃机的运 行。
16.根据权利要求15所述的内燃机系统控制设备，其中，当缸内进入空气量计算开始 时的节气门开度与用作缸内进入空气量计算开始时的目标的节气门开度之间的差大于预 定开度差时，缸内进入空气量的所述变化预测值被确定为大于所述预定变化预测值。
17.根据权利要求15所述的内燃机系统控制设备，其中，当所述进气通道中的所述节 气门下游的压力被指定为节气门下游压力时，当从缸内进入空气量计算开始起已经经过所 述预定时间量时的所述节气门下游压力被计算作为缸内进入空气量计算开始时的所述节 气门下游压力的预测值，所述节气门下游压力的所述预测值与缸内进入空气量计算开始时 的所述节气门下游压力之间的差被计算作为所述缸内进入空气量计算开始时的所述节气 门下游压力的变化量，并且，当所述节气门下游压力的所述变化量大于预定压力变化时，缸 内进入空气量的所述变化预测值被确定为大于所述预定变化预测值。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的内燃机系统控制设备，其中，当缸内进入空 气量的所述变化预测值已经被确定为大于所述预定变化预测值并且所述缸内进入空气量 的所述变化预测值已经被确定为增大得多于所述预定变化预测值时，缸内进入空气量的计 算值被校正以便增大，而另一方面，当所述缸内进入空气量的所述变化预测值已经被确定 为大于所述预定变化预测值并且所述缸内进入空气量的所述变化预测值已经被确定为减小得多于所述预定变化预测值时，缸内进入空气量的计算值被校正以便减小。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的内燃机系统控制设备，其中，以预定时间间 隔执行所述缸内进入空气量的计算，并且，所述预定时间等于所述预定时间间隔。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的内燃机系统控制设备，其中，所述预定时间 等于从缸内进入空气量计算开始起直到通过计算所述缸内进入空气量获得的缸内进入空 气量的计算值被用于内燃机的控制操作为止的时间。
21.一种内燃机系统控制设备，包括内燃机系统，所述内燃机系统包括进气通道，所述进气通道连接至设置在内燃机内的 气缸；进气门，所述进气门设置在所述内燃机中，以便打开和关闭进气口，所述进气口在所 述进气通道中连接至所述气缸；节气门，所述节气门安装在所述进气通道中并且能够调节 所述进气通道中的流道横截面积；以及增压器，所述增压器具有压缩机，所述压缩机用于在 比所述进气通道中的所述节气门更上游处压缩所述进气通道中的空气；缸内进入空气流量计算部，所述缸内进入空气流量计算部使用表示进气系统的状态的 参数、以及空气模型计算缸内进入空气流量，所述缸内进入空气流量是进入所述气缸的空 气的流量，所述进气系统包括所述进气通道、所述节气门和所述进气门，所述空气模型是基 于与所述进气系统中的空气的行为相关的物理定律构建的计算模型；以及压缩机流出流量计算部，所述压缩机流出流量计算部基于所述内燃机系统中稳态运行 期间的所述缸内进入空气流量和与由所述压缩机压缩的空气的压力相对应的增压压力之 间的关系、以及由所述缸内进入空气流量计算部计算的所述缸内进入空气流量的值计算压 缩机流出流量，所述压缩机流出流量是从所述压缩机流出的空气的流量。
22.根据权利要求21所述的内燃机系统控制设备，进一步包括节气通道空气流量计算部，所述节气通道空气流量计算部基于所述节气门的开度、使 用节气模型计算节气通道空气流量，所述节气通道空气流量是所述节气门中的空气的流 量，所述节气模型是基于与所述节气门中的空气的行为相关的物理定律构建的计算模型； 以及增压压力计算部，所述增压压力计算部使用中冷器模型、基于由所述节气通道空气流 量计算部计算的所述节气通道空气流量计算所述增压压力，所述中冷器模型是基于与中冷 器中的空气的行为相关的物理定律构建的计算模型，所述中冷器安装在所述压缩机和所述 节气门之间并且冷却从所述压缩机流出的空气，其中所述缸内进入空气流量计算部使用作为所述空气模型的进气门模型、基于由所述节气 通道空气流量计算部计算的所述节气通道空气流量计算所述缸内进入空气流量，所述进气 门模型是基于与所述进气门周围的空气的行为相关的物理定律构建的计算模型，以及所述压缩机流出流量计算部基于由所述增压压力计算部计算的所述增压压力的值和 暂定增压压力计算所述压缩机流出流量，基于所述关系和由所述缸内进入空气流量计算部 计算的所述缸内进入空气流量的值、以所述增压压力的暂定值的形式获取所述暂定增压压 力。
23.根据权利要求22所述的内燃机系统控制设备，进一步包括进气管内部状态计算 部，所述进气管内部状态计算部使用进气管模型、基于由所述节气通道空气流量计算部计 算的所述节气通道空气流量计算进气管内部压力和进气管内部温度，所述进气管内部压力和进气管内部温度是所述进气通道的比所述节气门更下游的一部分中的空气的压力和温 度，所述进气管模型是基于与所述部分中的空气的行为相关的物理定律构建的计算模型，其中，所述缸内进入空气流量计算部使用所述进气门模型、基于由所述进气管内部状 态计算设备计算的所述进气管内部压力和所述进气管内部温度的值计算所述缸内进入空气流量。
24.一种内燃机系统控制设备，包括内燃机系统，所述内燃机系统包括进气通道，所述进气通道连接至设置在内燃机内的 气缸；进气门，所述进气门设置在所述内燃机中，以便打开和关闭进气口，所述进气口在所 述进气通道中连接至所述气缸；以及增压器，所述增压器具有压缩机，所述压缩机在比所述 进气门更上游处压缩所述进气通道中的空气；缸内进入空气流量计算部，所述缸内进入空气流量计算部使用表示进气系统的状态的 参数、以及空气模型计算缸内进入空气流量，所述缸内进入空气流量是进入所述气缸的空 气的流量，所述进气系统包括所述进气通道和所述进气门，所述空气模型是基于与所述进 气系统中的空气的行为相关的物理定律构建的计算模型；以及压缩机流出流量计算部，所述压缩机流出流量计算部基于所述内燃机系统中稳态运行 期间的所述缸内进入空气流量和与由所述压缩机压缩的空气的压力相对应的增压压力之 间的关系、以及由所述缸内进入空气流量计算部计算的所述缸内进入空气流量的值，来计 算压缩机流出流量，所述压缩机流出流量是从所述压缩机流出的空气的流量。
25.根据权利要求21至M中任一项所述的内燃机系统控制设备，进一步包括响应度 反映部，所述响应度反映部以由所述压缩机流出流量计算部计算的所述压缩机流出流量的 值反映所述增压器的响应延迟。
26.一种内燃机系统控制设备，包括内燃机系统，所述内燃机系统包括进气通道，所述进气通道连接至设置在内燃机内的 气缸；进气门，所述进气门设置在所述内燃机中，以便打开和关闭进气口，所述进气口在所 述进气通道中连接至所述气缸；节气门，所述节气门安装在所述进气通道中并且能够调节 所述进气通道中的流道横截面积；以及增压器，所述增压器具有压缩机，所述压缩机在比所 述进气通道中的所述节气门更上游处压缩所述进气通道中的空气；缸内进入空气流量获取部，所述缸内进入空气流量获取部使用基于与进气系统中的空 气的行为相关的物理定律构建的计算模型获取缸内进入空气流量，所述缸内进入空气流量 是进入所述气缸的空气的流量，所述进气系统包括所述进气通道、所述节气门、所述压缩机 以及所述进气门；增压压力获取部，所述增压压力获取部使用基于与所述进气系统中的空气的行为相关 的其它物理定律构建的另一计算模型获取与由所述压缩机压缩的空气的压力相对应的增 压压力；暂定进入空气量获取部，所述暂定进入空气量获取部基于进气量-增压压力稳态关系 和由所述增压压力获取部获取的增压压力获取值获取暂定进入空气量，所述暂定进入空气 量是在假设稳态运行期间的所述增压压力与由所述增压压力获取部获取的增压压力的值 相一致的情况下的所述缸内进入空气流量，所述进气量-增压压力稳态关系是所述内燃机 系统中稳态运行期间的所述缸内进入空气流量和所述增压压力之间的关系；以及压缩机转速估算部，所述压缩机转速估算部基于进气量-转速稳态关系、由所述缸内 进入空气流量获取部获取的所述缸内进入空气流量和所述暂定进入空气量，来估算所述压 缩机的转速，所述进气量-转速稳态关系是在所述稳态运行期间的所述缸内进入空气流量 和所述压缩机的转速之间的关系。
27.根据权利要求沈所述的内燃机系统控制设备，其中所述压缩机转速估算部包括第一暂定转速获取部，所述第一暂定转速获取部基于由所述缸内进入空气流量获取部 获取的所述缸内进入空气流量和所述进气量-转速稳态关系获取第一暂定转速，所述第一 暂定转速是所述转速的暂定值；第二暂定转速获取部，所述第二暂定转速获取部基于所述暂定进入空气量和所述进气 量-转速稳态关系获取第二暂定转速，所述第二暂定转速是所述转速的另一暂定值；以及转速估算值获取部，所述转速估算值获取部通过基于所述第一暂定转速和所述第二暂 定转速估算所述转速的瞬时变化来获取所述转速的估算值。
28.根据权利要求沈或27所述的内燃机系统控制设备，进一步包括暂定缸内进入空气流量获取部，所述暂定缸内进入空气流量获取部基于由所述压缩机 转速估算部估算的所述转速的值和所述进气量-转速稳态关系获取暂定缸内进入空气流 量，所述暂定缸内进入空气流量是在假设所述稳态运行期间的所述转速与所述转速估算值 相一致的情况下的所述缸内进入空气流量；暂定增压压力获取部，所述暂定增压压力获取部基于所述进气量-增压压力稳态关系 和所述暂定缸内进入空气流量获取暂定增压压力，所述暂定增压压力是所述增压压力的暂 定值；以及压缩机流出流量获取部，所述压缩机流出流量获取部基于所述暂定缸内进入空气流 量、所述暂定增压压力以及所述增压压力获取值获取压缩机流出流量，所述压缩机流出流 量是从所述压缩机流出的空气的流量。
29.根据权利要求沈至观中任一项所述的内燃机系统控制设备，其中所述缸内进入空气流量获取部包括节气通道空气流量获取部，所述节气通道空气流量获取部使用节气模型、基于所述节 气门的开度获取节气通道空气流量，所述节气通道空气流量是所述节气门中的空气的流 量，所述节气模型是基于与所述节气门中的空气的行为相关的物理定律构建的计算模型； 以及进气管内部状态获取部，所述进气管内部状态获取部使用进气管模型、基于所述节气 通道空气流量获取进气管内部压力和进气管内部温度，所述进气管内部压力和进气管内部 温度是所述进气通道的比所述节气门更下游的一部分中的空气的压力和温度，所述进气管 模型是基于与所述部分中的空气的行为相关的物理定律构建的计算模型，其中，使用作为基于与所述进气门中的空气的行为相关的物理定律构建的计算模型 的进气门模型，基于所述进气管内部压力和所述进气管内部温度获取所述缸内进入空气流 量。
全文摘要
本发明的设备提供有基于物理定律构建的模型(M2至M7)。压缩机流出流量计算装置(M4)基于在内燃机系统中稳态运行期间的缸内进入空气流量与增压压力之间的关系，以及由缸内进入空气流量计算装置(M3)计算的缸内进入空气流量的值，计算流出压缩机(39b)的空气的流量，所述增压压力是由压缩机(39b)压缩的空气的压力。
文档编号F02D41/00GK102137995SQ200980134180
公开日2011年7月27日 申请日期2009年8月31日 优先权日2008年9月1日
发明者永乐玲, 胜俣真知子 申请人:丰田自动车株式会社