內(nèi)燃機(jī)的氣缸吸入空氣量推定裝置及推定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種帶增壓器的內(nèi)燃機(jī)的氣缸吸入空氣量推定裝置及推定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 過(guò)去，以提高內(nèi)燃機(jī)（以下也稱(chēng)為"發(fā)動(dòng)機(jī)"）的輸出為目的，已知一種帶增壓器的 發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。此處，作為增壓器的示例，已知一種將壓縮機(jī)搭載于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的渦 輪增壓器（以下也稱(chēng)為"T/C"），所述壓縮機(jī)通過(guò)利用排氣所擁有的能量使渦輪機(jī)高速旋轉(zhuǎn) 而驅(qū)動(dòng)。
[0003] 此外，作為其他增壓器的示例，已知一種將壓縮機(jī)搭載于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的機(jī)械 增壓器（以下也稱(chēng)為"S/C"），所述壓縮機(jī)由曲柄軸通過(guò)傳動(dòng)帶等驅(qū)動(dòng)。此外，近年來(lái)還已 知將多個(gè)T/C串聯(lián)或并聯(lián)的增壓器、具備T/C及S/C兩者的增壓器、以及用電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng) 壓縮機(jī)的電動(dòng)增壓器等。
[0004] 此外，作為在發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中求出吸入空氣量的方法，已知利用空氣流量傳感 器（以下稱(chēng)為"AFS"）檢測(cè)的方法（以下稱(chēng)為"AFS方式"）、以及根據(jù)進(jìn)氣歧管內(nèi)的壓力 (以下稱(chēng)為"進(jìn)氣歧管壓"）推定的方法即速度密度方式（以下稱(chēng)為"S/D方式"）。另外，在 上述帶增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，還可使用AFS方式及S/D方式雙方。
[0005] 此處，利用S/D方式的吸入空氣量推定方法基于預(yù)先適應(yīng)的進(jìn)氣歧管壓與吸入空 氣量的相關(guān)關(guān)系，根據(jù)進(jìn)氣歧管壓推定實(shí)際進(jìn)入氣缸的吸入空氣量（以下稱(chēng)為"氣缸吸入 空氣量"），所以無(wú)論是在帶增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，還是在無(wú)增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系 統(tǒng)（以下稱(chēng)為"N/A系統(tǒng)"）中，均可利用基本相同的方法推定氣缸吸入空氣量。
[0006] 此外，該方法中，進(jìn)氣歧管壓的變化直接反映在氣缸吸入空氣量的推定值上，所以 在過(guò)渡運(yùn)行時(shí)可得到良好的響應(yīng)特性。另一方面，存在如下問(wèn)題：與用于適應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè) 備差異所造成的誤差、以及與適應(yīng)時(shí)的環(huán)境差異所造成的誤差等，可能導(dǎo)致包含穩(wěn)定運(yùn)行 時(shí)在內(nèi)的氣缸吸入空氣量的推定誤差較大。
[0007] 相對(duì)于此，利用AFS方式的吸入空氣量檢測(cè)方法中，直接測(cè)量通過(guò)AFS安裝部（以 下稱(chēng)為"AFS部"）的空氣流量（以下稱(chēng)為"AFS吸入空氣量"）。此外，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的氣缸吸 入空氣量與AFS吸入空氣量基本相等，因此可認(rèn)為穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的氣缸吸入空氣量的算出誤 差較小。
[0008] 此處，從AFS部到氣缸的距離長(zhǎng)，需要在模擬該期間的響應(yīng)延遲后算出氣缸吸入 空氣量，所以可認(rèn)為過(guò)渡運(yùn)行時(shí)的氣缸吸入空氣量的算出精度依存于模擬該響應(yīng)延遲的進(jìn) 氣系統(tǒng)物理模型的精度。因此，已提出一種物理模型，所述物理模型將通過(guò)節(jié)流閥的空氣進(jìn) 入氣缸內(nèi)的進(jìn)氣系統(tǒng)的響應(yīng)延遲模型化（例如參考專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0009] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1 :日本專(zhuān)利特許第5328967號(hào)公報(bào) 專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :日本專(zhuān)利特開(kāi)2013-224596號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】
發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0010] 然而，過(guò)去技術(shù)存在以下問(wèn)題。 雖然專(zhuān)利文獻(xiàn)1對(duì)N/A系統(tǒng)的進(jìn)氣系統(tǒng)物理模型詳細(xì)地進(jìn)行了說(shuō)明，但是絲毫未提及 帶增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。
[0011] 假設(shè)即使將專(zhuān)利文獻(xiàn)1所記載的物理模型直接運(yùn)用于例如帶渦輪增壓器的發(fā)動(dòng) 機(jī)控制系統(tǒng)上，也只能模擬節(jié)流閥下游部的響應(yīng)延遲，對(duì)從AFS部起包含壓縮機(jī)在內(nèi)的節(jié) 流閥上游部未作絲毫考慮，所以存在過(guò)渡運(yùn)行時(shí)的響應(yīng)特性產(chǎn)生巨大誤差的問(wèn)題。
[0012] 本發(fā)明為解決上述問(wèn)題開(kāi)發(fā)而成，其目的在于得到一種內(nèi)燃機(jī)的氣缸吸入空氣量 推定裝置及推定方法，在使用AFS方式算出氣缸吸入空氣量的帶增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng) 中，可利用模擬從AFS部到氣缸的響應(yīng)延遲的進(jìn)氣系統(tǒng)物理模型，由AFS吸入空氣量高精度 地算出氣缸吸入空氣量。 解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案
[0013] 本發(fā)明所涉及內(nèi)燃機(jī)的氣缸吸入空氣量推定裝置，在從內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣管的進(jìn)氣口 到內(nèi)燃機(jī)的氣缸為止的路徑被劃分為空氣密度互不相同的多個(gè)區(qū)域的內(nèi)燃機(jī)中，根據(jù)由進(jìn) 氣口吸入內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣口吸入空氣量，算出進(jìn)入氣缸的氣缸吸入空氣量，其中，所述內(nèi)燃機(jī) 的氣缸吸入空氣量推定裝置具備：吸入空氣量檢測(cè)部，所述吸入空氣量檢測(cè)部設(shè)置在進(jìn)氣 口附近，檢測(cè)進(jìn)氣口吸入空氣量；各區(qū)域密度算出部，所述各區(qū)域密度算出部對(duì)多個(gè)區(qū)域算 出各區(qū)域的密度；全區(qū)域平均密度算出部，所述全區(qū)域平均密度算出部根據(jù)多個(gè)區(qū)域的各 進(jìn)氣管容積與所算出的各密度，算出存在于全區(qū)域的空氣質(zhì)量與全區(qū)域的平均密度；虛擬 進(jìn)氣歧管容積算出部，所述虛擬進(jìn)氣歧管容積算出部根據(jù)存在于全區(qū)域的空氣質(zhì)量與進(jìn)氣 管的總?cè)莘e，算出假設(shè)全區(qū)域的空氣密度為距氣缸最近的進(jìn)氣歧管的密度時(shí)所估測(cè)的虛擬 進(jìn)氣歧管容積；以及，氣缸吸入空氣量算出部，所述氣缸吸入空氣量算出部使用進(jìn)氣系統(tǒng)物 理模型，由進(jìn)氣口吸入空氣量算出氣缸吸入空氣量，所述進(jìn)氣系統(tǒng)物理模型與帶增壓器的 發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)應(yīng)，并根據(jù)由進(jìn)氣歧管進(jìn)入氣缸的空氣體積效率即進(jìn)氣歧管基準(zhǔn)體積效 率、虛擬進(jìn)氣歧管容積、以及各氣缸的行程容積導(dǎo)出。 發(fā)明效果
[0014] 本發(fā)明所述內(nèi)燃機(jī)的氣缸吸入空氣量推定裝置中，氣缸吸入空氣量算出部使用進(jìn) 氣系統(tǒng)物理模型，由進(jìn)氣口吸入空氣量算出氣缸吸入空氣量，所述進(jìn)氣系統(tǒng)物理模型與帶 增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)應(yīng)，并根據(jù)由進(jìn)氣歧管進(jìn)入氣缸的空氣體積效率即進(jìn)氣歧管基 準(zhǔn)體積效率、虛擬進(jìn)氣歧管容積、以及各氣缸的行程容積導(dǎo)出。 因此，在使用AFS方式算出氣缸吸入空氣量的帶增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，可利用 模擬從AFS部到氣缸的響應(yīng)延遲的進(jìn)氣系統(tǒng)物理模型，由AFS吸入空氣量高精度地算出氣 缸吸入空氣量。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式1涉及的內(nèi)燃機(jī)的氣缸吸入空氣量推定裝置所運(yùn)用的 帶渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。 圖2是表示本發(fā)明實(shí)施方式1涉及的內(nèi)燃機(jī)的氣缸吸入空氣量推定裝置的方框結(jié)構(gòu) 圖。 圖3是表示本發(fā)明實(shí)施方式1涉及的內(nèi)燃機(jī)的氣缸吸入空氣量推定裝置所運(yùn)用的帶渦 輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的各區(qū)域的空氣狀態(tài)變化與檢測(cè)該狀態(tài)變化的傳感器類(lèi)的說(shuō) 明圖。 圖4是表示本發(fā)明實(shí)施方式1涉及的內(nèi)燃機(jī)的氣缸吸入空氣量推定裝置中算出虛擬進(jìn) 氣歧管容積的處理的控制方框圖。 圖5是表示本發(fā)明實(shí)施方式1涉及的內(nèi)燃機(jī)的氣缸吸入空氣量推定裝置中算出氣缸吸 入空氣量的處理的控制方框圖。 圖6是表示本發(fā)明實(shí)施方式1涉及的內(nèi)燃機(jī)的氣缸吸入空氣量推定裝置中算出節(jié)流閥 吸入空氣量的處理的控制方框圖。 圖7是表示本發(fā)明實(shí)施方式2涉及的內(nèi)燃機(jī)的氣缸吸入空氣量推定裝置所運(yùn)用的帶機(jī) 械增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的各區(qū)域的空氣狀態(tài)變化與檢測(cè)該狀態(tài)變化的傳感器類(lèi)的說(shuō) 明圖。 圖8是表示本發(fā)明實(shí)施方式2涉及的內(nèi)燃機(jī)的氣缸吸入空氣量推定裝置中算出虛擬進(jìn) 氣歧管容積的處理的控制方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 以下使用附圖對(duì)本發(fā)明所涉及內(nèi)燃機(jī)的氣缸吸入空氣量推定裝置及推定方法的 優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明，對(duì)各圖中相同或相當(dāng)?shù)牟糠仲x予相同標(biāo)號(hào)進(jìn)行說(shuō)明。另外，本發(fā)明 所涉及內(nèi)燃機(jī)的氣缸吸入空氣量推定裝置及推定方法利用簡(jiǎn)單的運(yùn)算，根據(jù)在進(jìn)氣系統(tǒng)的 上游部檢測(cè)到吸入空氣量，高精度地計(jì)算出通過(guò)壓縮機(jī)、中間冷卻器、節(jié)流閥等后進(jìn)入氣缸 的吸入空氣量。
[0017] 實(shí)施方式1. 圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式1涉及的內(nèi)燃機(jī)的氣缸吸入空氣量推定裝置所運(yùn)用的帶渦 輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖1中，發(fā)動(dòng)機(jī)1的曲柄軸設(shè)置有曲柄轉(zhuǎn)角傳感器 11，所述曲柄轉(zhuǎn)角傳感器11生成與該旋轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)1的氣缸8分 別連接形成進(jìn)氣通路的進(jìn)氣管2、以及形成排氣通路的排氣管7。
[0018] 進(jìn)氣管2的最上游部安裝有空氣濾清器3,所述空氣濾清器3凈化所進(jìn)入的外界 氣體?？諝鉃V清器3的下游側(cè)一體或相互獨(dú)立地設(shè)置有：AFS(吸入空氣量檢測(cè)部）12,所述 AFS12生成與吸入空氣流量相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)；以及，吸入空氣溫度傳感器（以下稱(chēng)為"進(jìn)氣 溫度傳感器")13,所述吸入空氣溫度傳感器13生成與進(jìn)氣通路內(nèi)的吸入空氣溫度相對(duì)應(yīng)的 電信號(hào)。另外，圖1中表示兩傳感器12, 13構(gòu)成為一體的示例。
[0019] 排氣管7的最下游部安裝有排氣凈化催化劑22,所述排氣凈化催化劑22凈化排 氣。排氣凈化催化劑22的上游側(cè)設(shè)置有空燃比傳感器23,所述空燃比傳感器23生成與所 燃燒的燃料與空氣的比例相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。
[0020] 此外，由進(jìn)氣管2及排氣管7構(gòu)成的吸排氣系統(tǒng)設(shè)置有增壓器即渦輪增壓器（T/ C) 36,所述渦輪增壓器36包括：壓縮機(jī)31 ;以及，渦輪機(jī)32,所述渦輪機(jī)32與該壓縮機(jī)31 形成為一體并旋轉(zhuǎn)。
[0021] 渦輪機(jī)32設(shè)置在排氣管7的排氣凈化催化劑22的上游側(cè)，利用在排氣管7內(nèi)流 動(dòng)的排氣而旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。此外，壓縮機(jī)（空壓機(jī)）31設(shè)置在進(jìn)氣管2的AFS12的下游側(cè)，伴隨 渦輪機(jī)32的旋轉(zhuǎn)而被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，從而壓縮進(jìn)氣通路內(nèi)的空氣。
[0022] 主要為防止增壓壓力在油門(mén)松開(kāi)時(shí)變得過(guò)高而導(dǎo)致壓縮空氣逆流使渦輪機(jī)32破 損，壓縮機(jī)31的下游側(cè)設(shè)置有空氣旁通閥（以下稱(chēng)為"ABV"）33,所述空氣旁通閥33使進(jìn) 氣管2中的壓縮空氣被分流。ABV33的下游側(cè)設(shè)置有中間冷卻器（以下稱(chēng)為"I/C"）30,所 述中間冷卻器30將利用壓縮機(jī)31絕熱壓縮后變成高溫的空氣冷卻。
[0023]I/C30的下游側(cè)設(shè)置有電子控制式的節(jié)流閥4,所述電子控制式的節(jié)流閥4調(diào)整送 到發(fā)動(dòng)機(jī)1的空氣量。節(jié)流閥4連接有節(jié)流閥位置傳感器14,所述節(jié)流閥位置傳感器14生 成與其開(kāi)度相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。此外，節(jié)流閥4的上游側(cè)設(shè)置有節(jié)流閥上游壓力傳感器35,所 述節(jié)流閥上游壓力傳感器35生成和I/C30與節(jié)流閥4之間的空氣壓力相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。
[0024]另外，進(jìn)氣管2的節(jié)流閥4的下游側(cè)設(shè)置有進(jìn)氣歧管5,所述進(jìn)氣歧管5包含抑制 進(jìn)氣脈動(dòng)的緩沖罐。進(jìn)氣歧管5設(shè)置有進(jìn)氣歧管壓力傳感器15及進(jìn)氣歧管溫度傳感器16， 所述進(jìn)氣歧管壓力傳感器15及所述進(jìn)氣歧管溫度傳感器16分別生成與從緩沖罐到進(jìn)氣歧 管5的空間內(nèi)的空氣壓力及溫度相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。
[0025] 此外，進(jìn)氣管2的進(jìn)氣歧管5的下游側(cè)設(shè)置有噴射器17,所述噴射器17噴射燃料。 另外，噴射器17可設(shè)置成直接向氣缸8內(nèi)噴射燃料。
[0026] 氣缸8的頂部設(shè)置有：點(diǎn)火塞18,所述點(diǎn)火塞18對(duì)吸入發(fā)動(dòng)機(jī)1的空氣與由噴射 器17噴射的燃料混合生成的可燃混合氣點(diǎn)火；以及，點(diǎn)火線(xiàn)圈19,所述點(diǎn)火線(xiàn)圈19供應(yīng)用 于在點(diǎn)火塞18產(chǎn)生火花的電流。此外，氣缸8設(shè)置有：進(jìn)氣閥20,所述進(jìn)氣閥20調(diào)節(jié)由進(jìn) 氣通路向氣缸8內(nèi)導(dǎo)入的空氣量；以及，排氣閥21，所述排氣閥21調(diào)節(jié)由氣缸8內(nèi)向發(fā)動(dòng) 機(jī)1的排氣通路排出的空氣量。
[0027] 另外，進(jìn)氣閥