专利名称：用于内燃机的控制装置的制作方法
技术领域：
本公开内容涉及用于配有EGR设备的内燃机的控制装置。
背景技术：
出于改善燃料消耗以及减少内燃机的爆震和废气排放的目的，已知的车辆内燃机配有EGR设备，以用于将废气的一部分作为EGR气体再循环到进气通道。然而，在配有EGR设备的内燃机中，即使当在将节流阀驱动至其关闭侧时关闭EGR阀时(在将节流阀的开启度控制到关闭侧时)，EGR气体仍可能残留在位于EGR阀的下游侧的EGR通道的一部分中或系统中的进气通道中。特别是在将EGR气体再循环到位于节流阀的上游侧的进气通道的一部分的系统中，大量的EGR气体可能残留在位于节流阀的上游侧 的进气通道的一部分中。因此，在这种系统中，在使引擎减速(从而使车辆减速)时或在使引擎再加速(从而使车辆再加速)时流入内燃机的汽缸中的EGR气体量可能过度地增加，以造成燃烧状态的恶化，从而可能导致发生熄火。鉴于上述问题，JP2010-36780A教导了限制内燃机中的燃烧恶化的技术。具体地，根据JP2010-36780A的技术，以慢于上限阀关闭速度的速度关闭节流阀，其中，超过上限阀关闭速度将可能发生熄火(即，以低于上限关闭速度的速度减少节流开启度，超过上限关闭速度将可能发生熄火)。在这种方式中，对燃烧恶化进行了限制。在此，应注意的是，根据就在使引擎减速之前的操作状态，在引擎的减速开始时，大量的EGR气体可能已存在于进气管道中。然而，JP2010-36780A的技术是通过以低于节流阀的上限关闭速度的速度关闭节流阀来限制EGR气体的吸入，从而限制进气管道压强的急速减小(进气管道的负压急速增加)的技术。根据该技术，在引擎的减速开始时大量的EGR气体已存在于进气通道中的情况下，流入汽缸的EGR气体量变得过多，从而可能导致熄火。此外，上述技术无法抵抗在执行引擎减速之后直到再加速引擎时EGR气体仍残留在进气通道中的情况，从而在引擎的再加速时可能导致发生熄火。
发明内容
本公开内容解决了上述缺陷。因而，本公开内容的目的是提供用于内燃机的控制装置，其能够有效地限制在使内燃机减速时以及在使内燃机再加速时由EGR气体造成的熄火的发生。根据本公开内容，提供了用于配有废气再循环(EGR)设备的内燃机的控制装置，所述EGR设备将所述内燃机的一部分废气作为EGR气体再循环到内燃机的进气通道。该控制装置包括流入汽缸的EGR气体量确定机构、熄火预测机构和熄火避免控制机构。流入汽缸的EGR气体量确定机构估计或感知流入汽缸的EGR气体量的值，流入汽缸的EGR气体量是流入内燃机的汽缸的EGR气体的量。熄火预测机构基于流入汽缸的EGR气体量的值和内燃机的操作状态来预测是否会发生熄火。在熄火预测机构预测到会发生熄火时，熄火避免控制机构执行至少一个熄火避免控制操作以避免熄火。
流入汽缸的EGR气体量确定机构可以基于通过EGR阀的气流量来估计流入汽缸的EGR气体量的值，通过EGR阀的气流量是通过EGR设备的EGR阀的一部分EGR气体的量。熄火预测机构可以在与所估计的流入汽缸的EGR气体量的值相对应的所述一部分EGR气体流入汽缸之前预先将所估计的流入汽缸的EGR气体量的值与上限流入EGR气体量相比较以预测是否发生熄火，以将执行时间段提供给熄火避免控制结构，以便在熄火预测机构预测到会发生熄火的情况下在所述一部分EGR气体流入汽缸之前执行至少一个熄火避免控制操作。另外或作为替代，流入汽缸的EGR气体量确定机构可以基于通过EGR阀的气体流量，来估计并存储存在于所述进气通道的第一位置与所述进气通道的第二位置之间的一部分EGR气体的EGR气体流量的值，其中，所述第一位置位于所述EGR设备的EGR阀的下游侧，所述第二位置位于气缸的上游侧，所述通过EGR阀的气体流量为通过所述EGR阀的一部分EGR气体的量。流入汽缸的EGR气体量确定机构可以基于所述一部分EGR气体的所存储的 EGR气体流量的值来估计所述流入汽缸的EGR气体量的值。
本文所描述的附图仅是出于解释说明的目的，而非旨在以任何方式限制本公开内容的范围。图I是示出根据本公开内容的实施例的控制配有增压器的内燃机的引擎控制系统的结构的示意图；图2是示出用于描述在使引擎减速时或在时引擎再加速时由EGR气体造成的熄火的发生的时间图的图；图3是示出根据实施例的熄火避免控制例程流的流程图；图4是示出根据实施例的熄火避免控制执行例程流的流程图；图5是示意性地示出根据实施例的熄火避免控制操作选择映射的图；图6是用于描述根据实施例的用于计算流入汽缸的EGR气体量的计算方法的框图；图7是用于描述根据实施例的EGR阀模型的图；图8是用于描述根据实施例的EGR气体延迟模型的框图；图9是用于描述根据实施例的进气管道平流延迟模型的图；图IOA是示出节流开启度随时间的变化图；图IOB是示出在第一比较示例中，流入汽缸的EGR气体量和上限流入EGR气体量随时间的变化图；图IOC是示出在第二比较示例中，流入汽缸的EGR气体量和上限流入EGR气体量随时间的变化图；以及图IOD是示出根据本公开内容的实施例，流入汽缸的EGR气体量和上限流入EGR气体量随时间的变化图。
具体实施例方式将参考附图对本公开内容的实施例进行描述。
首先，将参考图I来对控制配有增压器的内燃机的引擎控制系统的结构进行描述。空气过滤器13位于内燃机(下文简称为引擎)11的进气管道12 (进气通道)的最远的上游部分。空气流量计14在进气流动方向上在空气过滤器13的下游侧上位于进气管道12中，以感知进气(新鲜空气)的流量。催化转化器(例如，三路催化转化器)16位于引擎11的排气管道15 (排气通道)中，以通过将废气中的有害物质(诸如一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)以及氮氧化物(NOx))转化成有害性较小的物质来净化废气。向引擎11提供对进气增压的排气涡轮增压器17。增压器17的排气涡轮18在排 气管道15中的废气流动方向上位于催化转化器16的上游侧。增压器17的压缩机19在进气管道12中位于空气流量计14的下游侧。在增压器17中，排气涡轮18和压缩机19彼此耦合以整体旋转。当排气涡轮18由废气的动能带动旋转时，压缩机19进行旋转以对进气增压。节流阀21和节流开启度传感器22在进气管道12中位于压缩机19的下游侧。节流阀21由电动机20驱动以调节其开启度。节流开启度传感器22感知节流阀21的开启度(节流开启度)。冷却进气的中间冷却器在节流阀21的下游侧位置处整体配有调压室23 (进气通道)。在此应注意的是，如果需要，中间冷却器可以位于调压室23和/或节流阀21的上游侦U。向调压室23提供进气歧管24(进气通道)，其将空气引导至引擎11的各个汽缸中。此夕卜，对汽缸提供燃料喷射阀(未示出)，使得每个燃料喷射阀(未示出)适用于将燃料喷射到对应的汽缸或与汽缸相关联的对应的进气口中。分别对汽缸提供火花塞(未示出)，并且将火花塞安装到引擎11的汽缸头。通过火花塞的火花放电来点燃每个气缸中的燃料和空气的混合物。排气歧管25连接到引擎11的每个气缸的排气口，并且排气歧管25的下游侧合并部分连接到位于排气涡轮18的上游侧的排气管道15的一部分。废气旁路通道26通过在排气歧管25的一部分(位于排气涡轮18的上游侧)和排气管道15的一部分(位于排气涡轮18的下游侧)之间进行连接来绕开排气涡轮18。废气阀27安装在废气旁路通道26中，以开启或关闭废气旁路通道26。向引擎11提供低压环路废气再循环(LPL EGR)设备28。EGR设备28将废气的一部分作为EGR气体从排气管道15再循环到进气管道12。在EGR设备28中，EGR管道29(EGR通道)在排气管道15的一部分(位于催化转化器16的下游侧)和进气管道12的一部分(位于压缩机19的上游侧)之间进行连接。在EGR管道29中提供EGR冷却器30和EGR阀31。EGR冷却器30冷却EGR气体。EGR阀31调节流过EGR管道29的EGR气体的流量(EGR气体流量)。通过诸如电动机之类的制动器(未示出)来调节EGR阀31的开启度。当EGR阀31开启时，EGR气体从排气管道15的一部分(位于催化转化器16的下游侧)再循环到排气管道12的一部分(位于压缩机19的上游侧)。此外，向引擎11提供进气侧可变阀门定时机制32和排气侧可变阀门定时机制33。进气侧可变阀门定时机制32调节(S卩，改变)进气阀(未示出)的阀门定时(开启定时和关闭定时)。排气侧可变阀门定时机制33调节(S卩，改变)排气阀(未示出)的阀门定时。此外，向引擎11提供冷却剂温度传感器34和曲柄角传感器35。冷却剂温度传感器34感知引擎冷却剂的温度，引擎冷却剂循环流动以冷却引擎11。曲柄角传感器35根据机轴(未示出)的旋转在每个预定的曲柄角输出脉冲信号。基于曲柄角传感器35的输出信号来感知(即,确定)曲柄角和引擎旋转速度。上述传感器的输出被提供给电子控制单元(E⑶)36。E⑶36包括微型计算机作为其主要组件。当ECU 36执行存储在ECU 36的ROM (存储器)中的引擎控制程序时，基于弓I擎操作状态对例如每个燃料喷射阀的燃料喷射量、每个火花塞的点燃定时以及节流阀21的开启度(进气量)进行控制。在此时，ECU 36基于引擎操作状态(例如，引擎负载和引擎旋转速度)来计算目标EGR比率，并控制EGR阀31的开启度以实现目标EGR比率。然而，如图2中所示，在配有EGR设备28的引擎11中，即使在引擎的减速(使车辆减速)期间控制节流阀21的开启度到其关闭测时关闭EGR阀31，EGR气体仍残留在位于EGR阀31的下游侧的EGR管道29的一部分中以及进气管道12中。尤其在将EGR气体再循环到位于节流阀21的上游侧的进气通道的一部分的系统中，大量的EGR气体仍可能残留在位 于节流阀21的上游侧的进气通道的一部分中。因此，在使引擎11减速时或在减速之后使引擎11再加速时流入汽缸的EGR气体量可能变得过大，以造成引擎11的燃烧状态的恶化，从而导致熄火。根据本实施例，ECU 36执行图3和4中示出的用于避免熄火的例程以作为对抗熄火的对策。ECU 36通过使用稍后描述的估计方法(参见图6-9)来估计供入汽缸的EGR气体的量(也称为流入汽缸的EGR气体量)。此外，ECU 36基于引擎操作状态计算流入汽缸的EGR气体的上限量(下文中称为上限流入EGR气体量)。上限流入EGR气体量是可允许的流入汽缸的EGR气体量的上限，等于或低于该上限能够进行正常燃烧(没有熄火的燃烧)。ECU36将流入汽缸的EGR气体量(所估计的流入汽缸的EGR气体量的值)与上限流入EGR气体量相比较，并基于比较结果预测是否会发生熄火。当预测到将发生熄火时，ECU 36执行熄火避免控制操作以避免熄火。与此同时，E⑶36基于流入汽缸的EGR气体量和上限流入EGR气体量(当前设置的上限流入EGR气体量)之间的差来计算上限流入EGR气体量所需要的增力口。上限流入EGR气体量所需要的增加是限制或避免熄火的发生需要达到的上限流入EGR气体量的增加。在对应于上限流入EGR气体量所需要的增加的条件下执行选择的熄火避免控制操作。在此应注意的是，代替上面讨论的流入汽缸的EGR气体量和对应的上限流入EGR气体量，可以使用下面指示的流入汽缸的EGR比率和上限EGR比率。流入汽缸的EGR比率=(流入汽缸的EGR气体量/总的流入汽缸的气体量)。上限EGR比率=(上限流入EGR气体量/总的流入汽缸的气体量)此处应注意的是，总的流入汽缸的气体量是流入汽缸的新鲜空气量与流入汽缸的EGR气体量之和。现在将对由本施例中的E⑶36执行的图3和4的例程进行描述。图3的熄火避免控制例程(即，熄火避免控制过程)在E⑶36的电源的ON时段期间以预定的周期执行，并充当熄火避免控制单元。当本例程开始时，操作前进至步骤101。在步骤101处，获得引擎操作情况参数(例如，引擎转速和进气管道压强)。其后，操作前进至步骤102。在步骤102处，由E⑶36的流入汽缸的EGR气体量确定机构36a执行流入汽缸的EGR气体量估计例程(未示出)，以通过稍后描述的估计方法(参见图6-9)来估计流入汽缸的EGR气体量。步骤102处的过程可以充当流入汽缸的EGR气
体量确定单元。其后，操作前进至步骤103。在步骤103处，由E⑶36的上限流入EGR气体量计算机构36d基于引擎操作状态(例如，进气流量)通过使用映射或数学公式来计算上限流入EGR气体量(在不导致汽缸内熄火的情况下可正常燃烧的EGR气体的流入汽缸的EGR气体量的上限)。基于实验数据或设计数据事先准备好用于确定上限流入EGR气体量的映射或公式，并存储在ECU 36的ROM中。步骤103处的过程可以充当上限流入EGR气体量计算单
J Li o其后，操作前进至步骤104。在步骤104处，将流入汽缸的EGR气体量与当前设置的上限流入EGR气体量相比较，并基于比较结果确定是否将发生熄火。具体地，E⑶36的熄火预测机构36b通过确定当前设置的上限流入EGR气体量和流入汽缸的EGR气体量之间 的差值是否小于预定的阈值来预测(即，确定)是否将发生熄火。当流入汽缸的EGR气体量超过当前设置的上限流入EGR气体量时，会发生熄火。因此，能够通过确定当前设置的上限流入EGR气体量和流入汽缸的EGR气体量之间的差值是否小于阈值来准确地预测是否将发生熄火。步骤104处的过程可以充当熄火发生预测单元。在步骤104处确定将发生熄火的情况下(当前设置的上限流入EGR气体量和流入汽缸的EGR气体量之间的差值小于阈值的情况)，操作前进至步骤105。在步骤105处，基于流入汽缸的EGR气体量和当前设置的上限流入EGR气体量之间的差(S卩，相对于当前设置的上限流入EGR气体量，流入汽缸的EGR气体量的超过量，从而充当指示燃烧恶化度的信息)通过使用映射或数学公式来计算上限流入EGR气体量需要的增加。基于实验数据或设计数据事先准备好用于确定上限流入EGR气体量需要的增加的映射或公式，并存储在ECU 36的ROM 中。作为替代地，通过将流入汽缸的EGR气体量和上限流入EGR气体量之间的差(相对于上限流入EGR气体量，流入汽缸的EGR气体量的超过量)除以总的流入汽缸的气体量所获得的值可以用作上限流入EGR气体量需要的增加。此外，作为替代地，在代替流入汽缸的EGR气体量和上限流入EGR气体量而使用流入汽缸的EGR比率和上限EGR比率的情况下，可以计算流入汽缸的EGR比率和上限EGR比率之间的差(相对于限制EGR比率，流入汽缸的EGR比率的超过量)作为上限流入EGR气体量需要的增加。其后，操作前进至步骤106。在步骤106处，图4的熄火避免控制执行例程由E⑶36的熄火避免控制机构36c按以下方式执行，以在对应于避免熄火需要达到所需要的增加上限流入EGR气体量需要的增加的条件下执行选择的熄火避免控制操作。首先，在步骤201处，基于当前操作状态(例如，引擎转速、引擎负载、车辆速度、力口速器开启度和/或传动装置的变速杆的档位)和/或当前选择的驾驶模式(例如，经济模式、运动模式)，从下面列出的第一到第四条件(I)到(4)中针对目前时刻(例程的目前周期)选择第一优先条件。( I)面向燃料经济的条件(2)面向驾驶性能的条件(3)面向响应性的条件
(4)面向排放的条件当在步骤201处从上面所讨论的第一到第四条件(I)到(4)中针对目前时刻(例程的目前周期)选择出第一优先条件时，基于在步骤201处进行的选择的结果(S卩，上面所讨论的第一到第四条件(I) IlJ (4)中所选择的一个)，操作前进至步骤202到205中的对应的一个，以通 过使用图5中的熄火避免控制操作选择映射来选择并执行多个熄火避免控制操作之中满足上限流入EGR气体量需要的增加和第一优先条件的对应的熄火避免控制操作。在图5的熄火避免控制操作选择映射中，针对熄火避免控制操作(a)到(d)中的每一个设置了上限流入EGR气体量的期望增加、燃料经济恶化度、驾驶性能恶化度、响应性恶化度(更具体地，引擎响应性恶化度)以及排放恶化度(更具体地，应请排放恶化度)。此外，在图5中，作为流入EGR气体量的示例，由流入EGR气体的浓度(％)来指示上限流入EGR气体量的期望增加。然而，EGR气体量可以替代地由其重量或体积来表示。基于测试数据和设计数据事先准备好熄火避免控制操作选择映射，并预存储在ECU 36的ROM中。当在步骤201处选择第一条件(即，面向燃料经济的条件)作为目前时间的第一优先条件时，操作前进至步骤202。在步骤202处，鉴于在图5中示出的各个熄火避免控制操作的上限流入EGR气体量的期望增加和燃料经济恶化度，选择熄火避免控制操作(熄火避免控制操作中的至少一个)的组合(称为集合)，使得组合中的上限流入EGR气体量的期望增加之和变得等于或大于上限流入EGR气体量需要的增加，并且组合中的燃料经济恶化度之和变为最小。然后，执行所选择的熄火避免控制操作的组合(所选的集合)。当在步骤201处选择第二条件(即，面向驾驶性能的条件)作为目前时间的第一优先条件时，操作前进至步骤203。在步骤203处，鉴于在图5中示出的各个熄火避免控制操作的上限流入EGR气体量的期望增加和驾驶性能恶化度，选择熄火避免控制操作(熄火避免控制操作中的至少一个)的组合，使得组合中的上限流入EGR气体量的期望增加之和变得等于或大于上限流入EGR气体量需要的增加，并且组合中的驾驶性能恶化度之和变为最小。然后，执行所选择的熄火避免控制操作的组合(所选的集合)。当在步骤201处选择第三条件(S卩，面向响应性的条件(S卩，面向引擎响应性的条件))作为目前时间的第一优先条件时，操作前进至步骤204。在步骤204处，鉴于在图5中示出的各个熄火避免控制操作的上限流入EGR气体量的期望增加和响应性恶化度，选择熄火避免控制操作(熄火避免控制操作中的至少一个)的组合，使得组合中的上限流入EGR气体量的期望增加之和变得等于或大于上限流入EGR气体量需要的增加，并且组合中的响应性恶化度之和变为最小。然后，执行所选择的熄火避免控制操作的组合(所选的集合)。当在步骤201处选择第四条件(即，面向排放的条件)作为目前时间的第一优先条件时，操作前进至步骤205。在步骤205处，鉴于在图5中示出的各个熄火避免控制操作的上限流入EGR气体量的期望和驾驶性能排放恶化度，选择熄火避免控制操作(熄火避免控制操作中的至少一个)的组合，使得组合中的上限流入EGR气体量的期望增加之和变得等于或大于上限流入EGR气体量需要的增加，并且组合中的排放恶化度之和变为最小。然后，执行所选择的熄火避免控制操作的组合(所选的集合)。上面讨论的可选择的熄火避免控制操作可以包括以下控制操作。( I)燃料喷射量增加控制操作燃料喷射量增加控制操作是增加燃料喷射阀的燃料喷射量的控制操作。
(II)第一点燃能量增加控制操作第一点燃能量增加控制操作是通过延长火花塞的火花放电时间段来增加火花塞的点燃能量的控制操作。(III)第二点燃能量增加控制操作第二点燃能量增加控制操作是通过增加用于激励火花塞的电流来增加火花塞的点燃能量的控制操作。( IV)第三点燃能量增加控制操作第三点燃能量增加控制操作是通过增加火花塞的点燃次数来增加火花塞的点燃能量的控制操作。(V)第一气流加强控制操作 第一气流加强控制操作是通过翻滚控制阀加强汽缸中的翻滚流的控制操作。(VI)第二气流加强控制操作第二气流加强控制操作是通过涡流控制阀加强汽缸中的涡流的控制操作。(VII)第三气流加强控制操作第三气流加强控制操作是通过进气阀的提升量的减小(减小将进气供入汽缸的进气通道的开启横截面积)来增加流入汽缸的进气的流速来加强气流的控制操作。(VIII)第四气流加强控制操作第四气流加强控制操作是通过新鲜空气喷射阀(其适用于将新鲜空气喷射到汽缸中)将新鲜空气喷射到汽缸中来加强气流的控制操作。( IX)进气量增加控制操作进气量增加控制操作是通过增加节流开启度来增加进气量的控制操作。当燃料喷射量由燃料喷射量增加控制操作增加时，可以增加混合气体(空气燃料混合物)的易燃性和燃烧速度以改善燃烧状态，并从而能够限制熄火的发生。此外，当通过点燃能量增加控制操作增加点燃能量时，增加了混合气体的易燃性以改善燃烧状态，并从而能够限制熄火的发生。此外，当通过气流加强控制操作加强气流时，增加了混合气体的燃烧速度以改善燃烧状态，并从而能够限制熄火的发生。此外，当通过进气量增加控制操作增加进气量时，增加了流入汽缸的空气量以改善EGR容差，并从而能够限制熄火的发生。在图4中的例程中，根据上限流入EGR气体量所需要的增加改变熄火避免控制操作的组合。然而，本公开内容不限于此。例如，可以根据上限流入EGR气体量所需要的增加来改变熄火避免控制操作的控制量(受控制的量，即，受控制的数量，例如，增加的燃料喷射量、增加的点燃能量量、增加的气流加强量、增加的进气量)或熄火避免控制操作的执行时间。其后，操作前进至图3的步骤107。在步骤107处，在执行进气量增加控制操作的情况下(在选择进气量增加控制操作作为熄火避免控制操作的情况下)，执行扭矩校正控制操作，扭矩校正控制操作限制由进气量增加控制操作所造成的引擎11的扭矩变化(扭矩增加)。在这种方式中，可以由扭矩校正控制操作所造成的扭矩减小来吸收(即，抵消)由进气量增加控制操作所造成的引擎11的扭矩增加，以限制或最小化由进气量增加控制操作所造成的扭矩变化，并从而能够限制驾驶性能的恶化。上面讨论的可执行的扭矩校正控制操作可以包括以下控制操作。
(I)通过停止至少一个汽缸的操作来减少引擎11的扭矩的控制操作。(II)通过从最适当的点燃时间(即，最佳扭矩的最小提前(MBT)时间)迟滞点燃时间来减小引擎11的扭矩的控制操作。(III)通过防抱死系统(ABS)产生制动力来减小引擎11的扭矩的控制操作。(IV)通过驱动辅助设备(例如，空气调节系统的压缩机、电扇)来减小引擎11的扭矩的控制操作。其后，当在步骤104处确定上限流入EGR气体量和流入汽缸的EGR气体量之间的差值等于或大于阈值时，操作前进至步骤108。在步骤108处，终止熄火避免控制例程(即，熄火避免控制过程)(在执行用于执行上面讨论的扭矩校正控制操作中的至少一个的扭矩校正控制例程的情况下，也终止扭矩校正控制例程(即，扭矩校正控制过程))。接下来，将参考图3-6来详细地描述由E⑶36的流入汽缸的EGR气体量确定机构
如在本实施例中，在具有LPL EGR设备28的系统中，E⑶36按下列方式计算(估计)流入汽缸的EGR气体量，其中，LPL EGR设备28将EGR气体再循环到位于压缩机19的上游侧的进气管道12的一部分(节流阀21的上游侧的进气通道)。如图6中所示，E⑶36的流入汽缸的EGR气体量确定机构36a的总的流入汽缸的气体量计算部件37通过使用节流模型39来计算总的经过节流阀的气体流量(通过节流阀21的气体总量)。节流模型39是模拟进气管道12中的气体通过节流阀21时的行为的模型。例如，在JP2008-101626A中记载的节流模型可以用作节流模型39。在此应注意的是，可以通过使用利用空气流量计14感知的新鲜空气流量(流过进气管道12的新鲜空气的流量)来校正所计算的总的通过节流阀的气流量的值(通过使用节流模型39计算的总的通过节流阀的气流量)。具体地，在满足预定的校正值学习条件的状态下时(例如，在稳定操作状态中)，利用空气流量计14感知的新鲜空气流量和所计算的总的通过节流阀的气流量的值之间的差被计算作为气流量校正值，并且将该气流量校正值存储在ECU 36的存储器中。然后，通过使用该气流量校正值来校正所计算的总的通过节流阀的气流量的值。在这种方式中，能够准确地获得总的通过节流阀的气流量。此外作为替代，在不具有空气流量计14的系统的情况下，可以基于利用进气管道压强传感器(未示出)感知的进气管道压强来估计新鲜空气流量。然后，可以通过使用所估计的新鲜空气流量来校正所计算的总的通过节流阀的气流量的值。具体地，在满足预定的校正值学习条件的状态下时(例如，在稳定操作状态中)，通过使用映射或数学公式，基于利用进气管道压强传感器感知的进气管道压强来估计(计算)新鲜空气流量。此外，通过使用映射或数学公式基于空气燃料比反馈校正量来计算新鲜空气流量的校正值，并通过使用该校正值来校正基于进气管道压强所估计出的估计的新鲜空气流量。其后，基于进气管道压强所估计出的估计的新鲜空气流量和所计算的总的通过节流阀的气流量的值之间的差被计算作为气流量校正值，并且将该气流量校正值存储在ECU 36的存储器中。然后，通过使用该气流量校正值来校正所计算的总的通过节流阀的气流量的值。在这种方式中，即使在不具有空气流量计14的系统的情况下，也能够准确地获得总的通过节流阀的气流量。此后，通过使用进气歧管模型40基于总的经过节流阀的气体流量和总的流入汽缸的气体量的先前的值来计算进气歧管压强(节流阀21的下游侧上的进气通道中的压强)。进气歧管模型40是模拟气体在通过节流阀21之后被冲入位于节流阀21的下游侧的进气通道的一部分(例如，调压室23和进气歧管24)时的行为的模型。例如，在JP2008-101626A中记载的进气管道模型可以用作进气歧管模型40。此后，通过使用进气阀模型41基于进气歧管压强来计算总的流入汽缸的气体量(=流入汽缸的新鲜空气量+流入汽缸的EGR气体量)。进气阀模型41是模拟气体在被冲入位于节流阀21的下游侧的进气通道的一部分之后在被吸入汽缸时的行为的模型。在JP2008-101626A中记载的进气阀模型可以用作进气阀模型41。E⑶36的流入汽缸的EGR气体量确定机构36a的流入汽缸的EGR气体量计算部件38通过使用EGR阀模型42来计算经过EGR阀的气体流量(通过EGR阀31的EGR气体的流量)。EGR阀模型42是模拟EGR气体在EGR管道29中通过EGR阀31时的行为的模型。如图I中所示，EGR阀模型42被构造为定义EGR阀31的开启度、总的经过节流阀的气体流量以及经过EGR阀的气体流量之间的关系的映射。通过使用经过EGR阀的气体流量的映射基于EGR阀31的开启度和总的经过节流阀的气体流量来计算经过EGR阀的气体 流量。经过EGR阀的气体流量的映射是基于测试数据和设计数据事先准备好的并被预先存储在ECU36的ROM中来。作为替代地，EGR阀模型42可以被构造为定义EGR阀31的开启度、EGR阀31的上游侧的压强Pin、EGR阀31的下游侧的压强Pout、以及经过EGR阀的气体流量Megr之间的关系的数学或物理公式。具体地，可以通过使用下列节流阀的公式(孔口的公式)来近似得出EGR阀模型42。
PlfJMegr = C-A(Pon/..... Pin)
yJR Tegr .在上面的公式中，C代表排放系数，A代表EGR管道29的开启横截面积，A响应于EGR阀31的开启度而变化。此外，R代表气体常数，Tegr代表EGR阀31的上游侧的EGR气体的温度。此外，①(Pout/Pin)是将(Pout/Pin)作为变量的函数。在这种情况下，通过使用上面所讨论的节流阀的公式(孔口的公式)，基于EGR阀31的开启度、EGR阀31的上游侧的压强Pin、EGR阀31的下游侧的压强Pout、以及EGR气体的温度来计算经过EGR阀的气体流量Megr。此后，通过使用EGR气体延迟模型43 (参见图6)基于所计算出的经过EGR阀的气体流量的值来计算流入汽缸的EGR气体量。EGR气体延迟模型43是模拟EGR气体在通过EGR阀31之后直到通过流经节流阀21而流入汽缸时的行为的模型。如图8中所示，EGR气体延迟模型43包括新鲜空气融合延迟模型44、进气管道平流延迟模型45、进气歧管充填延迟模型46和进气口平流延迟模型47。新鲜空气融合延迟模型44是模拟EGR气体在通过EGR阀31之后流入位于节流阀21的上游侧的进气通道的一部分(位于压缩机19的上游侧的进气管道12的一部分)时的行为的模型。进气管道平流延迟模型45是模拟EGR气体在流入位于节流阀21的上游侧的进气通道的一部分之后直到通过节流阀21时的行为的模型。进气歧管充填延迟模型46是模拟EGR气体在通过节流阀21之后被充填到位于节流阀21的下游侧的进气通道的一部分(例如，调压室23和进气歧管24)时的行为的模型。进气口平流延迟模型47是模拟EGR气体在被充填到位于节流阀21的下游侧的进气通道的一部分中之后直到通过进气口流入汽缸时的行为的模型。因而，在流入位于节流阀21的上游侧的进气通道的一部分中时发生的EGR气体延迟、在流入位于节流阀21的上游侧的进气通道的一部分中之后直到通过节流阀21时发生的EGR气体的对流延迟、在通过节流阀21之后被充填到位于节流阀21的下游侧的进气通道的一部分中时发生的EGR气体的充填延迟、以及在被充填到位于节流阀21的下游侧的进气通道的一部分中之后直到通过进气口流入汽缸时产生的EGR气体的对流延迟可以被反映到流入汽缸的EGR气体量的计算中。从而，能够改善流入汽缸的EGR气体量的估计精确度。在计算流入汽缸的EGR气体量时，通过使用新鲜空气融合延迟模型44，基于经过EGR阀的气体流量Megr (a)来计算EGR气体流量Megr (b), Megr (b)为流入位于节流阀21的上游侧的进气通道的一部分中的EGR气体的流量。通过使用下列公式(I)来近似得出新鲜空气融合延迟模型。Megr (b) = [Kl/( x 1+1) ]x Megr (a) 公式(I) 上面的公式(I)中的系数Kl和时间常数T I是基于EGR管道29的一部分(从EGR阀31到在此处EGR管道29连接到进气管道12的合并部分的EGR管道29的一部分)的管道直径和管道长度、以及进气管道12的管道直径来确定的值。基于测试数据和设计数据事先计算出系数Kl和时间常数Tl。此后，通过使用进气管道平流延迟模型45，基于EGR气体流量Megr (b)(其为流入位于节流阀21的上游侧的进气通道的一部分的EGR气体的流量)和总的经过节流阀的气体流量Mth来计算EGR气体流量Megr (c)(其为通过节流阀21的EGR气体的流量)。参考图9，按下列方式构造进气管道平流延迟模型45。具体地，将在流入位于节流阀21的上游侧的进气通道的一部分之后直到通过节流阀21时所测量的连续时间系统的EGR气体的行为转化成通过离散化以预定的时间间隔形成的多个矩阵(例如，通过离散化以16毫秒的采样时间间隔一个接一个地形成的32个矩阵)。这些矩阵构成了进气管道平流延迟模型45并在E⑶36的存储器(可重写的存储器或存储)中形成队列(即，先入先出(FIFO)数据结构)。每个矩阵指示对应的EGR气体流量。一般而言，与ECU 36的计算速度相比，EGR气体在进气管道12中的移动速度足够慢，使得能够由通过离散化以预定的时间间隔一个接一个地形成的矩阵来构造进气管道平流延迟模型45。在进气管道平流延迟模型45中使用的各种系数是基于进气管道12的一部分(从在此处EGR管道29连接到进气管道12的合并部分到节流阀21的进气管道12的一部分)的管道直径和管道长度来确定的值，并且基于测试数据和设计数据被事先计算出。此后，如图8中所示，进气歧管充填延迟模型46用于基于EGR气体流量Megr (c) (其为通过节流阀21的EGR气体的流量)来计算EGR气体流量Megr (d)(其为充填到位于节流阀21的下游侧的进气通道的一部分(例如，调压室23和进气歧管24)的EGR气体的流量)。通过使用下列公式(2 )来近似得出进气歧管充填延迟模型46。Megr (d) = [K2/ ( x 2+1) ] x Megr (c) 公式(2 )上面的公式(2)中的系数K2和进气歧管充填延迟时间常数T 2是基于例如位于节流阀21的下游侧的进气通道的一部分(位于节流阀21的下游侧的进气管道12的一部分(诸如调压室23和进气歧管24))的管道直径、长度和体积来确定的值。基于测试数据和设计数据事先计算出上面的公式(2)中的系数K2和进气歧管充填延迟时间常数T 2。在进气歧管充填延迟时间常数用于进气歧管模型40的情况下，用于进气歧管模型40的进气歧管充填延迟时间常数可以用于进气歧管充填延迟模型46中。此后，进气口平流延迟模型47用于基于EGR气体流量Megr (d)(其为充填到位于节流阀21的下游侧的进气通道的一部分中的EGR气体的流量)和总的流入汽缸的气体量的之前的值来计算流入汽缸的EGR气体量Megr (e)。按下列方式构造进气口平流延迟模型47。具体地，将在被充填到位于节流阀21的下游侧的进气通道的一部分中之后直到通过进气口流入汽缸时测量的连续时间系统的EGR气体的行为转化成通过离散化以预定的时间间隔一个接一个地形成的多个矩阵。这些矩阵构成了进气口平流延迟模型47，并在E⑶36的存储器中形成队列(即，先入先出(FIFO)数据结构)。在进气口平流延迟模型47中使用的各种系数是基于进气管道12的对应部分的管道直径和管道长度而确定的值，并且是基于测试数据和设计数据事先计算出的。
现在，将参考图IOA到IOD对比第一和第二比较示例(之前提出的技术)来描述本实施例的优点。图IOA是示出节流开启度(节流阀21的开启度)随时间的变化图。更具体地说，在使引擎减速的时间期间(参见图IOA中的“减速”时段)，节流开启度被减小。其后，在使引擎再加速的时间期间(参见图IOA中的“加速”时段)，节流开启度被增加。图IOB示出了在第一比较示例中流入汽缸的EGR气体量随时间的变化以及上限流入EGR气体量随时间的变化。图IOC示出了在第二比较示例中流入汽缸的EGR气体量随时间的变化以及上限流入EGR气体量随时间的变化。图IOD示出了在本实施例中流入汽缸的EGR气体量随时间的变化以及上限流入EGR气体量随时间的变化。在图IOB中示出的不执行任何熄火避免控制操作的第一比较示例的系统中，当在使引擎减速的时间期间(参见图IOB中的“减速”周期)控制节流开启度到关闭侧时，进气流量减少，从而上限流入EGR气体量减少。此外，由于此时EGR气体仍残留在进气通道中，因此在使引擎减速时和/或在使引擎再加速时(参见图IOB中的“加速”时段)，流入汽缸的EGR气体量很可能超过上限流入EGR气体量，从而可能造成熄火。在图IOC中示出的第二比较示例的系统中，执行燃烧恶化限制控制操作，使得在使引擎减速时(参见图IOC中的“减速”时段)，以低于上限关闭速度的速度减小节流开启度。上限关闭速度是节流阀21的关闭速度的上限，等于或低于该上限能够正常燃烧(没有熄火的燃烧)。在图IOC中，出于解释的目的而示出的虚线指示图IOB的系统的上限流入EGR气体量，其中不执行熄火避免控制操作。在图IOC中示出的第二比较示例的系统中，在最初减速范围(引擎的减速操作的最初范围)(在该范围中，流入汽缸的EGR气体量等于或低于上限流入EGR气体量)中可能过度地执行燃烧恶化限制控制操作，使得很可能恶化燃料消耗。此外，即使当执行燃烧恶化限制控制操作时，流入汽缸的EGR气体量仍很可能在其后超过上限流入EGR气体量，从而可能导致熄火的产生(如由图IOC中的阴影区域(熄火产生范围)所指示的)。此外，在图IOC中示出的第二比较示例的系统无法抵消在执行引擎的减速之后直到使引擎再加速时EGR气体残留在进气通道中的情况，从而可能在使引擎再加速时(参见图IOC中的“加速”时段的开始)导致熄火的发生。不同于上面讨论的第一和第二比较示例，根据本实施例，参考图10D，通过使用模拟EGR气体流量的行为的模型来估计流入汽缸的EGR气体量，并且基于对当前设置的上限流入EGR气体量和所估计的流入汽缸的EGR气体量之间的差值是否小于预定的阈值进行确定的结果来预测是否发生熄火。当预测到会发生熄火时(即，当预测到熄火事件即将来临时)，执行熄火避免控制操作(例如，燃料喷射量增加控制操作、点燃能量增加控制操作、和/或气流加强控制操作、进气量增加控制操作)。从而，当鉴于流入汽缸的EGR气体量的过度增加而预测到会发生熄火时，执行熄火避免控制操作。因此，可以限制在使引擎减速时和在使引擎再加速时由EGR气体造成的熄火的发生。在图IOD中，较低的虚线表示第一比较示例的上限流入EGR气体量，较高的虚线表示第二比较示例的上限流入EGR气体量。此外，在本实施例中，基于流入汽缸的EGR气体量和上限流入EGR气体量之间的差来计算需上限流入EGR气体量所需要的增加，并且在对应于上限流入EGR气体量所需要的增加的条件下执行熄火避免控制操作。因此，可以根据上限流入EGR气体量所需要的增加来改变执行熄火避免控制操作的条件(例如，熄火避免控制操作的类型、熄火避免控制操作的组合、熄火避免控制操作的控制量、和/或熄火避免控制操作的执行时间)，使得在适合于 达到上限流入EGR气体量所需要的增加的条件下执行熄火避免控制操作。此外，在本实施例中，鉴于熄火避免控制操作对燃料经济的影响、对驾驶性能的影响、对排放的影响以及对引擎响应性的影响，从各种类型的熄火避免控制操作中选择要在目前时间执行的熄火避免控制操作。因此，能够在执行熄火避免控制操作之后限制燃料经济的恶化、驾驶性能的恶化和排放的恶化、以及引擎响应的延迟。在上面的实施例中，通过使用模拟EGR气体流量的行为的模型来计算(估计)流入汽缸的EGR气体量。然而，估计流入汽缸的EGR气体量的方法并不限于这种方法，并且可以以适当的方式进行修改。例如，可以基于进气管道压强传感器的输出信号或空气流量计的输出信号来计算(估计)流入汽缸的EGR气体量。此外，可以使用传感器来感知残留在进气管道12中的EGR气体量作为流入汽缸的EGR气体量的信息(流入汽缸的EGR气体量信息)。在上面的实施例中，基于流入汽缸的EGR气体量和上限流入EGR气体量之间的差来计算上限流入EGR气体量所需要的增加。然而，本公开内容不限于此。例如，鉴于上限流A EGR气体量响应于引擎操作状态(例如，进气量)而变化的事实，可以基于流入汽缸的EGR气体量和引擎操作状态来计算上限流入EGR气体量所需要的增加。在上面的实施例中，本公开内容应用于配有增压器和低压环路(LPL) EGR设备28的引擎，LPLEGR设备28将EGR气体从位于催化转化器16的下游侧的排气管道15的一部分再循环到位于压缩机19的上游侧的进气管道12的一部分。然而，本公开内容不限于这种引擎。例如，本公开内容可以应用于配有增压器和高压环路(HPL) EGR设备的引擎，HPLEGR设备将EGR气体从位于排气涡轮的上游侧的排气管道的一部分再循环到位于节流阀的下游侧的进气管道的一部分。此外，本公开内容不限于配有排气涡轮增压器(S卩，涡轮增压器)的引擎。例如，本公开内容可以应用于配有机械增压器或电子增压器的内燃机。此外，本公开内容不限于配有增压器的引擎。也就是说，本公开内容可以应用于未配有增压器的正常进气式引擎(NA引擎)。本领域技术人员容易想到额外的益处和修改。因此，在广义上，本公开内容并不限于所示出和描述的特定的细节、代表性的装置以及说明性的示例。
权利要求
1.一种用于配有废气再循环(EGR)设备(28)的内燃机的控制装置，其中，所述EGR设备(28)将所述内燃机的一部分废气作为EGR气体再循环到所述内燃机的进气通道(12、23、24)，所述控制装置包括 流入汽缸的EGR气体量确定机构(36a)，其估计或感知流入汽缸的EGR气体量的值，所述流入汽缸的EGR气体量是流入所述内燃机的汽缸的EGR气体的量； 熄火预测机构(36b)，其基于所述流入汽缸的EGR气体量的值和所述内燃机的操作状态来预测是否会发生熄火；以及 熄火避免控制机构(36c)，当所述熄火预测机构(36b)预测到会发生熄火时，所述熄火避免控制机构(36c)执行至少一个熄火避免控制操作以避免熄火。
2.根据权利要求I所述的控制装置，还包括上限流入EGR气体量计算机构(36d)，其基于所述内燃机的操作状态来计算上限流入EGR气体量，其中，所述上限流入EGR气体量是在不造成熄火的情况下可在所述汽缸内燃烧的EGR气体的所述流入汽缸的EGR气体量的上限，并且所述熄火预测机构(36b)通过将所述流入汽缸的EGR气体量的值与所述上限流入EGR气体量相比较来确定是否会发生熄火。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其中 所述熄火避免控制机构(36c)基于所述流入汽缸的EGR气体量的值与所述上限流入EGR气体量之间的差来计算所述上限流入EGR气体量所需要的增加，所述上限流入EGR气体量所需要的增加是避免熄火所需要的。以及 所述熄火避免控制机构(36c)在与所述上限流入EGR气体量所需要的增加相对应的对应条件下执行所述至少一个熄火避免控制操作。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其中，当所述熄火避免控制机构(36c)在与所述上限流入EGR气体量所需要的增加相对应的对应条件下执行所述至少一个熄火避免控制操作时，所述熄火避免控制机构(36c)鉴于燃料经济、驾驶性能、引擎响应性和引擎排放中的至少一个从多个熄火避免控制操作中选择所述至少一个熄火避免控制操作。
5.根据权利要求I到4中的任一项权利要求所述的控制装置，其中，所述熄火避免控制机构(36c)执行从以下各项中选出的所述至少一个熄火避免控制操作 燃料喷射量增加控制操作，其增加要被供入所述汽缸的燃料的燃料喷射量； 点燃能量增加控制操作，其增加用于点燃燃料的点燃能量； 气流加强控制操作，其加强所述汽缸中的气流；以及 进气量增加控制操作，其增加要被供入所述汽缸的进气的进气量。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其中，当所述熄火避免控制机构(36c)执行所述进气量增加控制操作以作为所述至少一个熄火避免控制操作中的一个时，所述熄火避免控制机构(36c)执行扭矩校正控制操作，所述扭矩校正控制操作限制由所述进气量增加控制操作造成的扭矩变化。
7.根据权利要求I所述的控制装置，其中 所述流入汽缸的EGR气体量确定机构(36a)基于通过EGR阀的气体流量来估计所述流入汽缸的EGR气体量的值，所述通过EGR阀的气体流量是通过所述EGR设备(28)的EGR阀(31)的一部分EGR气体的量；以及 所述熄火预测机构(36b)将所估计的所述流入汽缸的EGR气体量的值和上限流入EGR气体量相比较，以在与所估计的所述流入汽缸的EGR气体量的值相对应的一部分EGR气体流入所述汽缸之前提前预测是否会发生熄火，以向所述熄火避免控制机构(36c)提供执行时间段，用以在所述熄火预测机构(36b)预测到会发生熄火的情况下，在所述一部分EGR气体流入所述汽缸之前执行所述至少一个熄火避免控制操作。
8.根据权利要求I所述的控制装置，其中 所述流入汽缸的EGR气体量确定机构(36a)基于通过EGR阀的气体流量，来估计并存储存在于所述进气通道(12、23、24)的第一位置与所述进气通道(12、23、24)的第二位置之间的一部分EGR气体的EGR气体流量的值，其中，所述第一位置位于所述EGR设备(28)的EGR阀(31)的下游侧，所述第二位置位于所述气缸的上游侧，所述通过EGR阀的气体流量为通过所述EGR阀(31)的一部分EGR气体的量；以及 所述流入汽缸的EGR气体量确定机构(36b)基于所述一部分EGR气体的EGR气体流量的所存储的值来估计所述流入汽缸的EGR气体量的值。
全文摘要
流入汽缸的EGR气体量确定机构(36a)估计或感知流入汽缸的EGR气体量的值，流入汽缸的EGR气体量是流入内燃机的汽缸的EGR气体的量。熄火预测机构(36b)基于流入汽缸的EGR气体量的值和内燃机的操作状态来预测是否会发生熄火。当熄火预测机构(36b)预测到会发生熄火时，熄火避免控制机构(36c)执行至少一个熄火避免控制操作以避免熄火。
文档编号F02D45/00GK102797581SQ20121016706
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月25日 优先权日2011年5月27日
发明者南敬太郎, 市原英明, 竹添浩行, 葛原浩司 申请人:株式会社电装