内燃机的气缸吸入空气量推定装置制造方法
【专利摘要】本发明获得一种内燃机的气缸吸入空气量推定装置，即使在使用S/D方式的情况下，无论是在正常运转时还是在过渡运转时，都能以较少的适应常数和较少的运算负荷，以足以对发动机进行适当控制的精度来推定气缸吸入空气量，而无需庞大的存储器容量。根据在正常运转时的气门正时下进行适应后得到的体积效率修正系数映射来利用S/D方式计算气缸吸入空气量，并预先对节流开度(θ)与有效开口面积(CAt)之间的关系进行学习，在从过渡变化时到排气歧管内的温度收敛为止的期间内，基于已学习完的关系来计算吸入空气量(Qa)。基于与AFS方式相同的、将进气系统响应延迟模型化后得到的物理模型(25)来计算气缸吸入空气量(Qc)。
【专利说明】内燃机的气缸吸入空气量推定装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种设有VVT(可变阀门)机构的内燃机的控制装置，具体而言，涉及一种用于对气缸吸入空气量进行高精度计算的内燃机的气缸吸入空气量推定装置。
【背景技术】
[0002]通常，为了对发动机进行适当的控制，对被吸入到气缸内的空气量进行高精度的计算、并进行与吸入到气缸内的空气量相对应的燃料控制及点火时期控制是非常重要的。
[0003]为了求得气缸吸入空气量，通常应用以下两种方式:即，利用设在进气管的节流器上游部的气流传感器(AFS:Air Flow Sensor)来进行测量的AFS方式；以及利用设在进气管的节流器下游部的进气歧管(气室及进气歧管)的压力传感器(以下称为“进气歧管压传感器”)和发动机旋转传感器、来根据进气歧管压及发动机转速进行推定运算的S/D方式(Speed Density方式:速度密度方式)。
[0004]此外，也已知有兼用上述传感器、并根据运转状态来切换各方式的技术，还已知有在AFS方式下也测量进气歧管压的技术。
[0005]近年来，为了进一步实现低燃费化和高输出化，通常采用使进气阀的阀门开关定时可变的VVT (可变气门正时:Variable Valve Timing)机构(以下称为“进气VVT”)。此夕卜，不仅是进气阀，排气阀中大多也采用VVT机构(以下称为“进排气VVT”)。
[0006]然而，在具备进排气VVT的发动机中，从进气歧管吸入到气缸中的空气量会根据气门正时而产生较大变化，因此，若不考虑气门正时带来的影响，在正常及过渡的整个运转区域中，气缸吸入空气量的计算精度会大幅下降，尤其是在S/D方式中。
[0007]此外，在使气门正时变化时会产生响应延迟，因此过渡运转时会与正常运转时所设定的气门正时不一致，导致空气量的计算精度大幅下降。
[0008]以往，作为S/D方式下的气缸吸入空气量的推定方法，已知有以气门正时等发动机参数不会变化为前提、并根据进气歧管压、体积效率、气缸体积及温度来进行计算的方法(例如，参照专利文献I)。
[0009]对于专利文献I的方法，若假设在S/D方式中应用可动阀门，则可以考虑将气门正时与气门正时的控制映射相一致的正常状态下的体积效率设定为映射值。然而，在该情况下，虽然正常运转时不会产生问题，但在过渡运转时，空气量的计算精度会大幅下降。
[0010]因此，为了抑制过渡运转时空气量计算精度的下降，考虑预先根据气门正时来设定多个体积效率的映射，但在应用进排气VVT时，需要根据进气VVT和排气VVT各自的气门正时来设定体积效率的映射，因此在进行适应以及数据设定时会花费很多工时，而且ECU内的微机所需要的存储器容量也会变得庞大。
[0011]例如，根据专利文献I的方法，对于体积效率相当值(表示从进气歧管进入气缸的空气量的指标)的映射数，当利用6个代表点来表示VVT机构的动作范围、并在各代表点之间进行插补来使用时，如果是只有进气VVT的系统结构，则需要6个体积效率相当值映射，而如果是进排气VVT系统，则需要6X6 (=36)个体积效率相当值映射。[0012]也就是说，当在具有VVT的发动机中应用根据进气歧管压和发动机转速来推定气缸吸入空气量的S/D方式时，需要使体积效率相当值根据VVT的实际气门正时来适应，因此存储映射数会变得庞大。
[0013]现有技术文献
[0014]专利文献
[0015]专利文献1:日本专利特开平08-303293号公报
【发明内容】
[0016]发明所要解决的技术问题
[0017]现有的内燃机的气缸吸入空气量推定装置存在如下问题:若在将可变阀门应用到S/D方式中时设定正常状态下的体积效率映射，则过渡运转时的计算精度会大幅下降。
[0018]此外，还存在如下问题:假设在为了抑制过渡运转时计算精度的下降而设定了多个体积效率映射的情况下，需要根据气门正时设定庞大的映射，因而需要庞大的存储器容量。
[0019]因此，如本发明以及同一 申请人:所提出的专利申请(日本专利申请特愿平2012-61824)中所记载的那样，为了在具备进排气VVT的发动机中也用较少的映射数来对气缸吸入空气量进行高精度的计算，考虑在AFS方式下，将通过节流阀的空气直到进入气缸内为止的进气系统响应延迟模型化，并利用得到的物理模型来进行推定，而在S/D方式下，将从进气歧管进入到气缸内的空气的运动模型化，并利用得到的物理模型来进行推定。
[0020]在该情况下，使用了表示从进气歧管进入气缸内的空气量的指标、即体积效率相当值，而体积效率相当值(体积效率修正系数)可以利用两个内部变量(进气效率及排气效率)来计算得到。此外，也可以使用排气效率来推定内部EGR率(残留在气缸内的废气的比例)。
[0021]通过利用上述物理模型来对内部变量进行近似运算，相比于专利文献I的情况，即与进气VVT系统中体积效率相当值的映射数必须为6个、而在进排气VVT系统中体积效率相当值的映射数必须为36个的情况相比，能大幅减少所需的映射数。
[0022]然而，若使用一次近似式来计算内部变量，则虽然能大幅减少所需的映射数，但在为了进一步提高精度而例如使用二次近似式或三次近似式的情况下，所需的映射数还是会变多，因此降低映射数的效果会下降。
[0023]此外，为了求得内部变量计算用的近似式，其结果，如果是进排气VVT系统，则还是需要与6X6 (=36)个体积效率修正系数映射相应的数据测量，因此存在无法获得减少适应工时的效果的问题。另外，体积效率修正系数还存在容易因环境条件或个体差异而产生误差、且无法吸收该误差的问题。
[0024]此外，对于S/D方式的情况，还存在无法在过渡运转时以及过渡运转后的规定时间内推定出正确的气缸吸入空气量的问题。
[0025]通常，在对体积效率修正系数的映射进行适应时，利用在正常运转(或者以正常运转为准的程度的缓慢变速)状态下对节流器进行扫描时的进气歧管压及进气歧管温度与气缸吸入空气量(例如根据AFS、燃料喷射量计算得出)之间的关系来计算映射值。
[0026]此外，认为体积效率修正系数是在气缸吸入空气量、进气歧管内的压力及温度与排气阀到催化剂之间的排气管(以下称为“排气歧管”)内的压力及温度之间的关系处于相互平衡的状态下、将进气歧管压及进气歧管温度与气缸吸入空气量之间的关系作为无量纲数而导出后得到的。
[0027]另外，根据经验已知在暂时变为其它工作点、并再次返回到相同工作点的情况下，也大致维持了上述平衡的状态。
[0028]因此，考虑在S/D方式中，利用该性质，以进气歧管压、进气歧管温度及气缸吸入空气量与体积效率修正系数之间的关系始终保持一定为前提，根据进气歧管压及进气歧管温度、以及体积效率修正系数，来推定气缸吸入空气量。
[0029]然而，在从低负载运转过渡变化为高负载运转、或者在其逆向变化的情况下，特别是排气歧管内的温度变化会很大(例如400° C?800° C左右)，而且在温度收敛之前需要一定程度的时间(例如几秒?30秒左右)。对于该情况，在从过渡变化时到排气歧管内的温度收敛为止的期间内，进气歧管压及进气歧管温度与气缸吸入空气量之间的关系会产生偏差。
[0030]S卩，可知即使使用物理模型，对于S/D方式的情况，在排气歧管内的温度收敛之前，也无法高精度地计算气缸吸入空气量。
[0031]可以认为其原因在于排气歧管内的温度差异导致内部EGR量产生了变化。因此，在过渡运转时及其之后的规定时间内，排气歧管内的温度不同，因此内部EGR量会产生变化，因而无法推定正确的气缸吸入空气量。
[0032]另外，对于AFS方式的情况，在从过渡变化时到排气歧管内的温度收敛为止的期间内，也会产生S/D方式中那样的气缸吸入空气量的推定误差。
[0033]因此，也考虑对使用上述物理模型的推定技术作进一步改进，来提高排气温度的推定精度，从而对内部EGR量进行修正，但由于会进一步增加所需的映射数，因此无法实现原先的目的、即减少映射数的效果，而且由于需要变更排气温度来进行适应，因此会产生适应工时变庞大的问题。
[0034]本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于获得一种内燃机的气缸吸入空气量推定装置，该内燃机的气缸吸入空气量推定装置即使在使用S/D方式的情况下，也无需庞大的存储器容量，而能以较少的适应常数和较少的运算负荷，在正常运转时以及过渡运转时都以足够对发动机进行适当控制的精度，来推定气缸吸入空气量。
[0035]解决技术问题所采用的技术方案
[0036]为了对在节流阀下游侧的进气管上设置的内燃机的气缸内所吸入的气缸吸入空气量进行推定，本发明所涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置包括:各种传感器，该各种传感器对与内燃机的各种致动器相关联的运转状态进行检测；以及物理模型，该物理模型将各种传感器的检测值作为输入信息，来对通过节流阀的空气直到进入气缸内为止的进气系统的响应延迟进行模型化，其中，各种致动器包括节流开度控制单元，该节流开度控制单元对节流阀的节流开度进行控制来改变有效开口面积，从而对通过节流阀的空气量进行调整，各种传感器包括:大气温度传感器，该大气温度传感器检测节流阀的大气侧的大气温度；大气压传感器，该大气压传感器检测节流阀的大气侧的大气压；以及进气歧管压传感器，该进气歧管压传感器将节流阀下游侧的进气管内的压力作为进气歧管压来进行检测，物理模型包括:体积效率相当值计算单元，该体积效率相当值计算单元对表示气缸吸入空气量的指标、即体积效率相当值进行计算；节流开度学习单元，该节流开度学习单元通过对节流开度与有效开口面积之间的关系进行学习，来计算用于达到目标吸入空气量的学习修正后目标节流开度；以及气缸吸入空气量计算单元，该气缸吸入空气量计算单元计算实际气缸吸入空气量，在正常运转时，由气缸吸入空气量计算单元利用进气歧管压及体积效率相当值来推定实际气缸吸入空气量，并且由节流开度学习单元基于实际气缸吸入空气量来进行开度学习，在过渡运转时，在停止由节流开度学习单元进行开度学习后，将根据节流开度以及开度学习的结果而计算出的实际有效开口面积、进气歧管压、大气压及大气温度应用到节流式流量计的流量计算式中，从而对通过节流阀的吸入空气量进行推定，并且，由气缸吸入空气量计算单元基于吸入空气量来计算实际气缸吸入空气量。
[0037]发明效果
[0038]根据本发明，对于利用S/D方式来计算气缸吸入空气量的情况，在正常运转时，根据在正常运转时的气门正时下进行适应后得到的体积效率修正系数映射来计算气缸吸入空气量，并预先对节流开度与有效开口面积之间的关系进行学习，在从过渡变化时到排气歧管内的温度收敛为止的期间内，基于学习到的节流开度与有效开口面积之间的关系来计算通过节流器的吸入空气量，并利用与AFS方式相同的物理模型(将通过节流阀的空气直到进入气缸内为止的进气系统的响应延迟模型化后得到的运算系统)来计算气缸吸入空气量，由此，无需庞大的存储器容量，而能以较少的适应常数和较少的运算负荷，而在正常运转时和过渡运转时，都以足够对发动机进行适当控制的精度，对气缸吸入空气量进行推定。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1是表示本发明实施方式I所涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置以及发动机的方框结构图。
[0040]图2是表示本发明实施方式I所涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置的功能结构以及各种传感器的框图。
[0041]图3是表示本发明实施方式I所涉及的气缸吸入空气量的计算处理的流程图。
[0042]图4是表示图2中的节流开度学习单元的功能结构的框图。
[0043]图5是具体表示本发明实施方式I所涉及的节流开度学习处理的说明图。
[0044]图6是表示CAt- Θ表相对于实际的CAt- Θ关系可能产生的状态的说明图。
[0045]图7是表示图4中的节流开度学习值计算部的功能结构的框图。
[0046]图8是表示图7中的长时间学习值计算部及长时间学习值存储部所进行的处理动作的说明图。
[0047]图9是表示图7中的长时间学习值单调增加处理部所进行的处理动作的说明图。
【具体实施方式】
[0048]实施方式I
[0049]下面，参照附图对本发明的实施方式I进行详细说明。
[0050]图1是表示本发明实施方式I所涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置以及发动机I的方框结构图。此外，图2是表示本发明实施方式I所涉及的内燃机的气缸吸入空气量推定装置的功能结构以及各种传感器和各种致动器的框图。
[0051]图1中，内燃机的气缸吸入空气量推定装置包括与发动机I相关联的各种传感器及各种致动器、以及与各种传感器相连接的电子控制单元20。下面，将电子控制单元20简称为 ECU20 (Electric Control Unit:电子控制单兀)。
[0052]ECU20与各种传感器及各种致动器一起构成发动机控制装置，并根据来自表示发动机I的运转状态的各种传感器的检测信息，来控制各种致动器。
[0053]发动机I的进气系统的上游侧设有用于测定大气温度Ta的大气温度传感器2，下游侧(发动机I侧)设有电子控制节流器4(以下简称为“节流器4”)。
[0054]节流器4包括调整吸入空气量Qa的节流阀4a、以及用于对节流阀4a的开度Θ (节流开度)进行电子控制的节流致动器。此外，节流器4上设有用于对节流开度Θ进行测定的节流开度传感器3。
[0055]节流器4的下游侧设置有气室5及进气歧管6来作为用于将空气导入发动机I内的进气管(进气歧管部)。
[0056]构成进气管的进气歧管6经由进气阀与发动机I的气缸内的燃烧室连通。
[0057]另一方面，发动机I的下游侧设置有排气歧管13来作为用于将气缸内燃烧所产生的废气排出的排气管。
[0058]排气歧管13经由排气阀与发动机I的气缸内的燃烧室连通。此外，虽然图中没有示出，但排气歧管13上设置有空燃比控制用的氧气传感器和废气净化用的催化剂。
[0059]节流器4下游侧的进气管上设置有对包含气室5及进气歧管6内的进气歧管空间的压力(进气歧管压Pb)进行测定的进气歧管压传感器7、以及对进气歧管空间内的温度(进气歧管温度Tb)进行测定的进气温度传感器8。
[0060]此外，虽然这里未作具体图示，但E⑶20和大气压传感器14及油门开度传感器APS相连，除了上述各种传感器信息外，还向ECU20输入来自大气压传感器14的大气压PA以及来自油门开度传感器APS的油门开度Ap。
[0061]另外，也可以设置根据发动机I的运转状态及大气压等来推定进气歧管压的单元，以取代测定进气歧管压Pb的进气歧管压传感器7。
[0062]此外，虽然严格来说不同于进气歧管温度Tb，但也可以根据大气温度传感器2的测定值来推定进气歧管温度Tb，以取代测量进气歧管温度Tb的进气温度传感器8。反过来，也可以根据进气温度传感器8的测定值来推定大气温度Ta，以取代大气温度传感器2。
[0063]另外，还可以使用其它大气压推定单元或使用内置在E⑶20中的大气压传感器，来取代对大气压PA进行测定的大气压传感器14。
[0064]在进气歧管6的进气阀附近设置有用于喷射燃料的喷射器9，且在进气阀及排气阀上分别设置有用于使气门正时可变的进气VVTlO及排气VVT11。
[0065]此外，在气缸盖上设置有用于对在气缸内产生火花的火花塞进行驱动的点火线圈12。
[0066]图2中，E⑶20包括:对实际的气缸吸入空气量Qc及学习修正后目标节流开度Θ LN*进行计算的进气系统的物理模型25、以及根据气缸吸入空气量Qc及学习修正后目标节流开度Θ LN*来对各种致动器进行驱动的控制量运算单元26。
[0067]物理模型25包括对实际的气缸吸入空气量Qc进行计算的气缸吸入空气量计算单元21、对体积效率修正系数Kv进行计算的体积效率修正系数计算单元22、生成吸入空气量Qa及学习修正后目标节流开度Θ LN*的节流开度学习单元23、以及对进气歧管密度Pb进行计算的进气歧管密度计算单元24。
[0068]E⑶20上输入有来自上述各种传感器2、3、7、8、14、APS的测量信息(大气温度Ta、节流开度Θ、进气歧管压Pb、进气歧管温度Tb、大气压PA及油门开度Ap)。
[0069]另外，虽然没有图示，但将来自其它传感器的各种测定值以及来自曲柄角度传感器的发动机旋转信息输入E⑶20。
[0070]此外，在E⑶20内的物理模型25中，节流开度学习单元23至少利用气缸吸入空气量Qc、大气温度Ta、进气歧管压Pb、大气压PA及油门开度Ap来计算出用于最终对节流器4进行驱动的学习修正后目标节流开度Θ LN*，详细内容将在后文中阐述。
[0071]此外，节流开度学习单元23对气缸吸入空气量计算单元21及体积效率修正系数计算单元22的运算中所用的吸入空气量Qa进行计算。
[0072]另外，图2中虽然示出了由节流开度学习单元23来计算吸入空气量Qa时的结构例，但吸入空气量Qa也可以由E⑶20内的任意单元计算得到。
[0073]进气歧管密度计算单元24利用由进气歧管压传感器7测量到的进气歧管压Pb和由进气温度传感器8测量到的进气歧管温度Tb，来计算进气歧管密度P b (进气歧管内的新鲜空气密度)。
[0074]另外，体积效率修正系数计算单元22利用由节流开度学习单元23计算出的吸入空气量Qa和由进气歧管密度计算单元24计算出的进气歧管密度P b，来计算体积效率修正系数Kv。
[0075]气缸吸入空气量计算单元21利用由节流开度学习单元23计算出的吸入空气量Qa和由体积效率修正系数计算单元22计算出的体积效率修正系数Kv，来计算发动机I的实际气缸吸入空气量Qc。
[0076]另外，气缸吸入空气量计算单元21在正常运转时，利用通常的S/D方式来计算气缸吸入空气量Qc，而在过渡运转时，则利用由节流开度学习单元23计算出的吸入空气量Qa (对正常运转时通过节流器4的空气量的学习结果)、和体积效率修正系数Kv，来计算气缸吸入空气量Qc。
[0077]E⑶20内的控制量运算单元26根据由气缸吸入空气量计算单元21计算出的气缸吸入空气量Qc和由节流开度学习单元23进行积分处理后得到的学习修正后目标节流开度Θ LN*，驱动喷射器9、点火线圈12及节流器4，来进行燃料控制、点火时期控制及吸入空气量控制。
[0078]另外，关于吸入空气量控制，节流开度学习单元23根据包含油门开度Ap在内的各种传感器信息来计算发动机I的目标转矩，从而计算用于达到目标转矩的目标气缸吸入空气量，并基于目标气缸吸入空气量来计算通过节流器4的目标吸入空气量Qa*，详细内容将在后文中阐述。
[0079]此外，节流开度学习单元23计算目标节流开度Θ*及学习修正后目标节流开度Θ LN*，以作为用于达到目标吸入空气量Qa*的控制目标值，而且还计算目标进气VVT相位角及目标排气VVT相位角。
[0080]由此，控制量运算单元26对节流器4的节流开度Θ、进气VVTlO及排气VVTll的相位角进行控制，以达到各控制目标值。
[0081]另外，控制量运算单元26也根据需要对未图示的其它各种致动器(EGR阀等)进行控制。
[0082]另外，关于节流开度学习单元23所进行的开度学习(基于有效开口面积CAt与节流开度Θ之间的关系)，由于已记载在公知文献(例如，日本专利特开2008-57339号公报)中，因此这里省略详细说明。
[0083]接着，参照图1及图2，对物理模型25内的气缸吸入空气量计算单元21所进行的气缸吸入空气量Qc的运算处理进行详细说明。 [0084]首先，对从节流器4的下游侧到发动机I的各气缸入口为止的进气管容积Vs [cm3]、和每个气缸的气缸冲程容积Vc [cm3]进行定义。
[0085]此外，对于发动机I的冲程数n，分别对通过节流器4的吸入空气量Qa[g/s]在一个冲程内的平均值Qa (η)、气缸吸入空气量Qc[g/s]在一个冲程内的平均值Qc (η)、一个冲程(四缸发动机中为180[degCA]，三缸发动机中为240[degCA])的时间T(n) [s]、进气歧管密度Pb[g/cm3]在一个冲程内的平均值P b (η)、以及从进气歧管进入气缸内的空气的体积效率修正系数Kv (η)进行定义。
[0086]另外，分别对发动机I的每个冲程(循环)的实际吸入空气量Qa(n)T(n)[g/stroke]以及实际气缸吸入空气量Qc (n) T (n) [g/stroke]进行定义。
[0087]此外，实际吸入空气量Qa (η) T (η)及实际气缸吸入空气量Qc (η) T (η)与吸入空气量Qa及气缸吸入空气量Qc相对应，以下也分别简称为吸入空气量Qa (η) T (η)、和气缸吸入空气量 Qc (η) T (η)。
[0088]这里，若在进气管容积Vs所表示的区域中仅关注新鲜空气(经由节流器4进入进气歧管的空气)，来表示实际吸入空气量Qa (η) T (η)和实际气缸吸入空气量Qc (η) T (η)的差分、与进气歧管密度Pb (η)(平均值)的变化量之间的关系，则应用一个冲程间的质量守恒定律，从而以下式⑴成立。
[0089][数学式I]
[0090]Qa (η) T (n) -Qc (η) T (η) = { P b (η) - P b (η-1)}.Vs...(I)
[0091]式⑴中，Pb(n-l)是冲程η的前一个冲程的进气歧管密度，P b (η) - P b (η_1)相当于进气歧管密度变化量△ Pb。
[0092]另一方面，对于一个冲程内的实际气缸吸入空气量Qc (η) T (η)，利用进气歧管密度P Mn)、气缸冲程容积Vc及体积效率修正系数Kv (η)将其表示为下式(2)。
[0093][数学式2]
[0094]Qc (η) T (n) =Kv (η).Pb (η).Vc...⑵
[0095]另外，在正常运转时，实际吸入空气量Qa(n)T(n)与实际气缸吸入空气量Qc (η)T (η)相等，因此可以将式(2)的左边替换为实际吸入空气量Qa (η) T (η)，并根据由此获得的公式，在对发动机控制常数进行适应时计算体积效率修正系数Kv。
[0096]接着，将式(2)代入式(I)来消去进气歧管密度P b (η)，对实际气缸吸入空气量Qc (η) T (η)进行求解，之后利用滤波常数K，将实际气缸吸入空气量Qc (η) T (η)表示为下式⑶。
[0097][数学式3][0098]
【权利要求】
1.一种内燃机的气缸吸入空气量推定装置，该内燃机的气缸吸入空气量推定装置对在节流阀下游侧的进气管上设置的内燃机的气缸内所吸入的气缸吸入空气量进行推定，该内燃机的气缸吸入空气量推定装置包括: 各种传感器，该各种传感器对与所述内燃机的各种致动器相关联的运转状态进行检测；以及 物理模型，该物理模型将所述各种传感器的检测值作为输入信息，来对直到通过所述节流阀的空气进入所述气缸内为止的进气系统的响应延迟进行模型化， 所述内燃机的气缸吸入空气量推定装置的特征在于， 所述各种致动器包括节流开度控制单元，该节流开度控制单元对所述节流阀的节流开度进行控制来改变有效开口面积，从而对通过所述所述节流阀的空气量进行调整， 所述各种传感器包括: 大气温度传感器，该大气温度传感器检测所述节流阀的大气侧的大气温度； 大气压传感器，该大气压传感器检测所述节流阀的大气侧的大气压；以及进气歧管压传感器，该进气歧管压传感器将所述节流阀下游侧的进气管内的压力作为进气歧管压来进行检测， 所述物理模型包括: 体积效率相当值计算单元，该体积效率相当值计算单元对表示所述气缸吸入空气量的指标、即体积效率相当值进行计算； 节流开度学习单元，该节流开度学习单元通过对所述节流开度与所述有效开口面积之间的关系进行学习，来计算用于达到目标吸入空气量的学习修正后目标节流开度；以及气缸吸入空气量计算单元，该气缸吸入空气量计算单元计算所述实际气缸吸入空气量， 在正常运转时， 由所述气缸吸入空气量计算单元利用所述进气歧管压及所述体积效率相当值来推定所述实际气缸吸入空气量，并且 由所述节流开度学习单元基于所述实际气缸吸入空气量来进行开度学习， 在过渡运转时， 在停止由所述节流开度学习单元进行所述开度学习后， 将根据所述节流开度以及所述开度学习的结果而计算出的实际有效开口面积、所述进气歧管压、所述大气压及所述大气温度应用到节流式流量计的流量计算式中，从而对通过所述节流阀的吸入空气量进行推定， 并且，由所述气缸吸入空气量计算单元基于所述吸入空气量来计算所述实际气缸吸入空气量。
2.如权利要求1所述的内燃机的气缸吸入空气量推定装置，其特征在于， 所述节流开度学习单元包括: 目标吸入空气量计算单元，该目标吸入空气量计算单元基于所述内燃机的运转状态来计算所述目标吸入空气量； 目标有效开口面积计算单元，该目标有效开口面积计算单元将所述目标吸入空气量、所述进气歧管压、所述大气压及所述大气温度应用到节流式流量计的流量计算式中，来计算由所述节流开度控制单元进行调整的目标有效开口面积； 学习用有效开口面积计算单元，该学习用有效开口面积计算单元将用于对所述内燃机进行控制的实际气缸吸入空气量、所述进气歧管压、所述大气压及所述大气温度应用到所述节流式流量计的流量计算式中，来计算所述节流开度控制单元的学习用有效开口面积；以及 节流开度学习值计算单元，该节流开度学习值计算单元对所述节流开度与所述有效开口面积之间的关系进行学习，使得所述学习用有效开口面积与所述目标有效开口面积相一致，由此来对用于计算所述学习修正后目标节流开度的节流开度学习值进行计算。
3.如权利要求2所述的内燃机的气缸吸入空气量推定装置，其特征在于， 所述节流开度学习值计算单元包括: 节流开度学习基本值计算单元，该节流开度学习基本值计算单元计算用于使所述学习用有效开口面积与所述目标有效开口面积相一致的节流开度学习基本值； 实时学习值计算单 元，该实时学习值计算单元根据所述节流开度学习基本值来计算实时学习值； 长时间学习值计算单元，该长时间学习值计算单元根据所述节流开度学习基本值来计算长时间学习值； 长时间学习值存储单元，该长时间学习值存储单元储存所述长时间学习值；以及加法单元，该加法单元对储存在所述长时间学习值存储单元中的长时间学习值与所述实时学习值进行求和，从而计算所述节流开度学习值。
4.如权利要求3所述的内燃机的气缸吸入空气量推定装置，其特征在于， 所述节流开度学习值计算单元包括长时间学习值单调增加处理单元，该长时间学习值单调增加处理单元用于确保所述长时间学习值的单调增加状态。
5.如权利要求1所述的内燃机的气缸吸入空气量推定装置，其特征在于， 所述物理模型包括: 第一物理模型，该第一物理模型基于通过所述节流阀的吸入空气量来推定所述气缸吸入空气量；以及 第二物理模型，该第二物理模型包括所述第一物理模型的逆向模型，并基于所述气缸吸入空气量来对通过所述节流阀的吸入空气量进行推定， 在所述正常运转时， 利用所述实际气缸吸入空气量及所述第二物理模型来对通过所述节流阀的第一吸入空气量进行推定， 基于所述第一吸入空气量来进行所述开度学习， 并且，利用所述第一吸入空气量及所述第一物理模型来重新推定所述实际气缸吸入空气量， 在所述过渡运转时， 将所述实际有效开口面积、所述进气歧管压、所述大气压及所述大气温度应用到所述流量计算式中，来对通过所述节流阀的第二吸入空气量进行推定，并利用所述第二吸入空气量及所述第一物理模型来推定所述实际气缸吸入空气量。
6.如权利要求5所述的内燃机的气缸吸入空气量推定装置，其特征在于，所述第一物理模型 包括进气歧管密度计算单元，该进气歧管密度计算单元计算所述节流阀下游侧的进气管内的密度及一个冲程内的密度变化量，以作为进气歧管密度及进气歧管密度变化量， 利用所述体积效率相当值及通过所述节流阀的吸入空气量来计算所述气缸吸入空气量， 所述体积效率相当值计算单元利用通过所述节流阀的吸入空气量、所述进气歧管密度及所述进气歧管密度变化量，来计算所述第一物理模型所使用的所述体积效率相当值。
7.如权利要求6所述的内燃机的气缸吸入空气量推定装置，其特征在于， 所述各种传感器包括进气温度传感器，该进气温度传感器将所述节流阀下游侧的进气管内的温度作为进气歧管温度来进行检测， 所述进气歧管密度计算单元利用所述进气歧管压及所述进气歧管温度来计算所述进气歧管密度及进气歧管密度变化量。
8.如权利要求6所述的内燃机的气缸吸入空气量推定装置，其特征在于， 所述体积效率相当值计算单元根据使用了所述内燃机的一个冲程内的吸入空气量(Qa[g])、所述进气歧管密度(Pb[g/cm3])、所述进气歧管密度变化量(Λ pb{g/cm3])、从所述节流阀的下游侧到气缸入口为止的进气管容积(Vs[cm3])、以及所述内燃机的每个气缸的气缸冲程容积(Vc[cm3])的下式(I)、即[数学式I]
9.如权利要求8所述的内燃机的气缸吸入空气量推定装置，其特征在于， 所述体积效率相当值计算单元对根据所述式(I)而计算出的体积效率相当值进一步进行滤波处理，来计算滤波后的体积效率相当值，以作为所述第一物理模型所使用的体积效率相当值。
10.如权利要求1所述的内燃机的气缸吸入空气量推定装置，其特征在于， 所述物理模型 在所述正常运转时的所述开度学习结束之前， 即使在所述过渡运转时，也禁止对通过所述节流阀的吸入空气量进行推定， 而与所述正常运转时一样，利用所述进气歧管压及所述体积效率相当值来推定所述实际气缸吸入空气量。
11.如权利要求1至10的任一项所述的内燃机的气缸吸入空气量推定装置，其特征在于， 所述物理模型 包括进气歧管压峰值计算单元，该进气歧管压峰值计算单元检测规定曲柄角度间的进气歧管压峰值， 当所述进气歧管压峰值大于所述大气压时， 即使在过渡运转时，也禁止对通过所述节流阀的吸入空气量进行推定， 而与所述正常运转时一样，利用所述进气歧管压及所述体积效率相当值来推定所述实际气缸吸入空气量。
【文档编号】F02D41/18GK103775225SQ201310240173
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年6月17日 优先权日:2012年10月25日
【发明者】叶狩秀树 申请人:三菱电机株式会社