内燃机的缸内压力推定装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及内燃机的缸内压力推定装置，具体而言，涉及能实时当前模拟缸内压 力的内燃机的缸内压力推定装置。
【背景技术】
[0002] 在近几年的环境问题、能源问题的背景下，要求进一步提高内燃机控制装置的燃 耗效率。针对该要求，以往对点火时期进行优化，以使其接近MBT(MinimumAdvancefor BestTorque:最佳转矩时的最小点火提前角），并利用VVT(VariableValveTiming:可变 气门正时）机构来优化泵气损失、内部EGR量，并且还利用该VVT结构来进行利用进气阀延 迟关闭的阿特金森循环，而且还利用EGR(ExhaustGasRecirculation:废气再循环）结构 来优化泵气损失、外部EGR量。
[0003] 为了如上述那样将大量的控制参数控制在最佳，对缸内压力进行测量并调查最佳 的运转状态，从而实现了燃耗效率的提高，然而为了进行优化，原本所必须的数据量也会变 得庞大，因此使用DoE(DesignofExperiments:实验设计）等来减少测量点，而且还利用 MBC(Model_BasedCalibration:基于模型的校准）来进行统计建模、数值优化等，以减少 控制所需的映射数。
[0004] 上述方法利用统计模型来优化控制参数，但也考虑利用物理模型而非统计模型来 优化点火时期等。即，根据VVT、EGR的控制量以及各种传感器输出值，并利用物理模型来计 算缸内的进气量、EGR量，进一步基于计算出的进气量、EGR量、点火时期来实施基于物理模 型的燃烧模拟从而推定缸内压力，由此，在不测量缸内压力的运转条件下，也能计算燃耗达 到最佳的VVT、EGR、点火时期的控制量，从而优化各控制参数。
[0005] 进一步地，随着内燃机控制装置中所使用的微机的性能的提高，也考虑在执行内 燃机控制的同时，实时地进行燃烧模拟，从而实施该缸内压力的推定、各种控制量的优化。
[0006] 作为物理模型中、特别是燃烧模拟中所使用的燃烧模型的例子，例如日本专利特 开2004-293541号公报（专利文献1)所公开的方法利用由湍流燃烧引起的火焰的生长和 由层流燃烧引起的火焰的生长来预测火焰传播，从而构建燃烧的物理模型。此外，例如日本 专利特开2004-332658号公报（专利文献2)所公开的方法基于层流燃烧速度来计算主燃 烧期间，并进一步基于主燃烧期间来计算MBT点火时期。作为与上述那样忠实于燃烧物理 模型的燃烧模拟不同的方式，例如日本专利特开2008-215204号公报（专利文献3)所记载 的方法利用近似燃料比率的Wiebe函数来实施热释放率的模拟。 现有技术文献 专利文献
[0007] 专利文献1 :日本专利特开2004-293541号公报 专利文献2 :日本专利特开2004-332658号公报 专利文献3 :日本专利特开2008-215204号公报
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0008] 然而，上述专利文献1和2所公开的方法虽然进行了在一定程度上忠实于现有已 知的燃烧物理模型的燃烧模拟，但实际缸内的燃烧现象非常复杂，因而认为以安装于内燃 机控制装置并实时地对燃烧进行模拟的水平的运算量来进行高精度的推定较为困难。
[0009] 此外，专利文献3所公开的方法中，由于是对燃烧的进行状况进行近似，因此，虽 然运算量较少，但也需要根据缸内形状、运转条件来改变Wiebe函数的常数，若因缸内形状 而导致热释放率的形状较为复杂（例如以热释放率的峰值为中心、左右不对称的情况等）， 则需要使用复杂的Wiebe函数来进行拟合等，存在为了高精度地进行模拟而需要大量的常 数及其适应的问题。
[0010] 本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种内燃机的缸内压力推 定装置，能利用常数较少的燃烧模型来高精度地推定缸内压力的行为。 解决技术问题所采用的技术方案
[0011] 本发明的内燃机的缸内压力推定装置包括：对内燃机的运转状态进行检测的运转 状态检测单元；基于所述运转状态检测单元所检测到的运转状态来计算点火后因燃烧而开 始产生热量为止的期间、即着火延迟的着火延迟计算单元；以及基于所述运转状态来计算 燃烧速度的燃烧速度计算单元， 在经过点火后的着火焰期间之后，对火花塞的间隙部所产生的火焰面呈以所述火花塞 的间隙部为中心的椭圆体状并以所述燃烧速度扩大到缸内壁面的情况进行模拟，将所述火 焰面的内侧设为既燃部，将外侧设为未燃部，从而分别计算所述既燃部与所述未燃部的缸 内压力，并基于所述既燃部与所述未燃部的缸内压力来推定整个缸内的缸内压力。 发明效果
[0012] 若采用本发明的内燃机的缸内压力推定装置，则能利用较少的控制常数来以更高 的精度对缸内压力的行为进行推定。
【附图说明】
[0013] 图1是简要地表示搭载了本发明实施方式1所涉及的缸内压力推定装置的内燃机 的结构图。 图2是简要地表示搭载了本发明实施方式1所涉及的缸内压力推定装置的内燃机的控 制装置的结构图。 图3是表示燃烧参数近似单元的框图。 图4是表示初期缸内压力的缸内压力-缸内容积线图。 图5是表示着火延迟与燃烧速度的图。 图6是表示燃烧模拟的运算内容的流程图。 图7是示意性地表示缸内的火焰生长的图。 图8是示意性地表示计算火焰表面积的方法的图。 图9是示意性地表示计算火焰体积的方法的图。 图10是示意性地表示计算既燃部的缸内温度的方法的图。 图11是表示根据缸内压力计算燃烧速度的方法的框图。
【具体实施方式】
[0014] 下面，利用附图，对本发明的内燃机的缸内压力推定装置的优选实施方式进行说 明。
[0015] 实施方式1 图1是简要地表示搭载了本发明实施方式1所涉及的缸内压力推定装置的内燃机（以 下也称为发动机）的结构图，图2是简要地表示其控制装置的结构图。
[0016] 图1中，在发动机1的进气系统的上游设有对吸入空气量进行检测的气流传感器 (以下称为AFS:AirFlowSensor) 2。在AFS2下游的发动机1 一侧，设置有能进行电气控 制的电子控制节流器3,以对吸入空气量进行调整。另外，为了对电子控制节流器3的开度 进行测定，设置有节流开度传感器4。另外，也可以基于后述的进气歧管压力来推定吸入空 气量等，使用其它对吸入空气量进行测定的单元，从而代替使用AFS2来检测吸入空气量。 [0017] 另外，还设有用于对包含设置在电子控制节流器3下游的气室5以及进气歧管6 内在内的空间（以下称为进气歧管）的压力（以下称为进气歧管压力）进行测定的进气歧 管压传感器7,以及对进气歧管内的温度（以下称为进气歧管温度）进行测定的进气温度传 感器8。此外，也可以使用对严格来讲是不同温度的外部气体进行近似测量的温度传感器、 例如内置于AFS2的温度传感器，根据外部气温来对进气歧管温进行推算，以代替设置有测 量进气歧管温的进气温传感器8。
[0018] 而且，气室5连接有从用于将来自排气系统的外部EGR导入的EGR阀9开始的路 径。在包含进气歧管6及缸内在内的进气阀附近设有用于喷射燃料的喷射器10,在进气阀 及排气阀中分别设有用于使阀正时可变来操作内部EGR的进气VVTll和排气VVT12,气缸盖 上设有用于对火花塞进行驱动的点火线圈13,该火花塞用于在气缸内产生火花。在排气歧 管14中设置有未图示的氧气传感器、催化剂、通向EGR阀9的路径。还设有曲柄角度传感 器16,该曲柄角度传感器16从安装在发动机1的曲柄轴上的旋转板15的边缘检测出发动 机转速、曲柄角度。
[0019] 此外，设有电子控制单元（以下称为EQJ:ElectricControlUnit) 17,如图2所 示，向ECU17输入：AFS2所测定的吸入空气量，节流开度传感器4所测定的电子控制节流器 3的开度，进气歧管压传感器7所测定的进气歧管压力，进气温度传感器8所测定的进气歧 管温度，曲柄角度传感器16所检测到的旋转板15的边缘，以及大气压传感器18所测定的 大气压。此外，也可以使用对大气压进行推算的单元，还可以使用内置于ECU17中的大气压 传感器，来代替对大气压进行测定的大气压传感器18。另外，来自上述以外的各种传感器 19 (包含未图不的油门开度传感器、氧气传感器）的测定值也都输入E⑶17。
[0020] 在ECU17内的运转状态检测单元20中，根据旋转板15的边缘周期来计算发动机 转速、曲柄角度，并进一步根据吸入空气量、进气歧管压力等来计算气缸吸入空气量、EGR 率。基于在这里计算出的气缸吸入空气量、EGR率来驱动喷射器10、点火线圈13等。此外， 利用油门开度等所输入的各种数据来计算目标转矩，并计算出达到所算出的目标转矩的目 标气缸吸入空气流量，并计算目标节流开度、目标进气VVT相位角、目标排气VVT相位角、目 标EGR开度，来达到目标气缸吸入空气流量及目标EGR率，并将它们作为目标值，来对电子 控制节流器3的开度、进气VVT11、排气VVT12的相位角、以及EGR阀9的开度进行控制。此 外，根据需要也对其它各种致动器21进行控制。
[0021] 在E⑶17内除了上述那样通常的发动机控制以外，也同时进行燃烧模拟。基于上 述运转状态检测单元20所求出的运转状态，由燃烧参数近似单元22计算燃烧模拟所需的 燃烧参数，并基于运转条件和燃烧参数，由燃烧模拟单元23来进行燃烧模拟。
[0022] 接着，参照图3,对燃烧参数近似单元22进行说明。图3是表示燃烧参数近似单 元22的框图。在运转状态检测单元20中，如上所述，计算通常的发动机控制所使用的运转 状态、即发动机转速（Ne),填充效率（Ec)，点火时期（IG)，空燃比（AFR)，EGR率（InEGR:内 部EGR率、ExEGR:外部EGR率、EGR:总EGR率（=InEGR+ExEGR))，VVT相位角（InVVT:进 气侧、ExVVT:排气侧），以及进气歧管压力（Pb)等。然而，为了实施燃烧模拟，仅靠这些参 数是不够的，还需要与缸内压力有关的参数、与燃烧有关的参数。为此，在燃烧参数近似单 元22中，由模块301计算初始缸内压力（Pin)，由模块302计算着火延迟（IgDly)，由模块 303计算燃烧速度（Vcomb)。另外，模块301为初始缸内压力计算单元，模块302为着火延 迟计算单元，模块303为燃烧速度计算单元。
[0023] 首先，对模块301中的初始缸内压力（Pin)的计算方法进行说明。初始缸内压力 (pin)是指压缩行程开始（下死点）时刻的缸内压力。通常在发动机的压缩行程中，已知在 进气阀关闭到点火时期为止