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内燃机控制设备.pdf

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内燃机 控制 设备
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摘要
申请专利号:

CN200680027867.X

申请日:

2006.07.26

公开号:

CN101233308A

公开日:

2008.07.30

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法?#19978;?#24773;: 授权|||实质审查的生效|||公开
IPC分类号: F02D35/02; F02D41/14 主分类号: F02D35/02
申请人: 丰田自动车株式会社
发明人: 守?#28909;?#35760;
地址: 日本爱知县
优?#28909;ǎ?/td> 2005.7.29 JP 221160/2005
专利代理机构: ?#26412;?#38598;佳知识产权代理有限公司 代理人: 段 斌;魏金霞
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法律状态
申请(专利)号:

CN200680027867.X

授权公告号:

100588828||||||

法律状态公告日:

2010.02.10|||2008.09.24|||2008.07.30

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

公开了一种内燃机控制设备,其包括用于检测缸内压力Pc的缸内压力传感器。燃烧开始时刻θ0和燃烧结束时刻θf是用作内燃机的控制指标的参数,根据点火正时SA来判定燃烧开始时刻θ0和燃烧结束时刻θf(步骤102)。根据由缸内传感器在两个点测量的缸内压力Pc获取关于放热量PVκ的信息(步骤104)。根据方程3估算缸内压力Pθ,方程3定义了放热量信息、控制指标参数和缸内压力Pθ之间的关系(步骤106)。

权利要求书

权利要求书
1.  一种内燃机控制设备,其包括:
放热量信息获取装置,用于获取关于内燃机的放热量信息;
关系信息获取装置,用于获取关系信息,所述关系信息定义所述放热量信息、用作内燃机的控制指标的预定参数、以及缸内压力之间的关系;以及
压力估算装置,用于根据所述关系信息估算所述缸内压力。

2.  如权利要求1所述的内燃机控制设备,其中,用作控制指标的所述预定参数是燃烧开始时刻、燃烧结束时刻和燃烧速度的至少其中之一。

3.  一种内燃机控制设备,其包括:
放热量信息获取装置,用于获取关于内燃机的放热量信息;
燃烧比信息获取装置,用于获取关于所述内燃机的缸内燃烧比信息;
关系信息获取装置,用于获取关系信息,所述关系信息定义所述放热量信息、所述燃烧比信息和缸内压力之间的关系;以及
压力估算装置,用于根据所述关系信息估算所述缸内压力。

4.  如权利要求3所述的内燃机控制设备,其中,所述燃烧比信息获取装置根据包含燃烧开始时刻、燃烧结束时刻和燃烧速度的韦伯函数获取所述燃烧比信息。

5.  如权利要求4所述的内燃机控制设备,还包括:
用于检测缸内压力的缸内压力检测装置,
其中,所述放热量信息获取装置根据在至少两个曲柄角处测量的缸内压力获取所述放热量信息;
其中,所述关系信息根据所述放热量信息和所述韦伯函数之间的关系定义;并且
其中,所述压力估算装置估算除所述至少两个曲柄角之外的曲柄角处的缸内压力。

6.  如权利要求3所述的内燃机控制设备,还包括:
离子检测装置,用于检测燃烧过程中在气缸内产生的离子,
其中,所述燃烧比获取装置根据所检测到的离子的值获取所述燃烧比信息。

7.  如权利要求6所述的内燃机控制设备,其中,所述放热量信息获取装置根据关于缸内填充空气量的信息获取放热量信息;并且,所述关系信息根据所检测到的离子的值和所述放热量信息定义。

8.  如权利要求1或3所述的内燃机控制设备,还包括用于根据由所述压力估算装置估算的缸内压力值来估算放热率和/或指示扭矩的燃烧信息估算装置。

9.  如权利要求1、3和8中任一项所述的内燃机控制设备,其中,所述内燃机根据由所述压力估算装置估算的缸内压力、由所述燃烧信息估算装置估算的放热率和由所述燃烧信息估算装置估算的指示扭矩中的至少一个而被控制。

10.  如权利要求9所述的内燃机控制设备,其中,点火正时控制、燃料喷射控制、气门开启特性控制和扭矩控制中的至少一个包括在所述内燃机的控制中。

11.  如权利要求1、3和8中任一项所述的内燃机控制设备,还包括:
用于检测缸内压力的缸内压力检测装置;以及
爆燃信息获取装置,用于比较由所述压力估算装置估算的缸内压力值和由所述缸内压力检测装置测量的缸内压力值,并?#19968;?#21462;关于爆燃的信息。

12.  如权利要求1、3和8中任一项所述的内燃机控制设备,还包括:
估算放热率获取装置,用于根据所估算的缸内压力值获取估算放热率值;
实际放热率获取装置,用于根据所测量的缸内压力值获取测量放热率值;以及
爆燃信息获取装置,用于比较所述估算放热率值和所述测量放热率值并?#19968;?#21462;关于爆燃的信息。

13.  如权利要求11或12所述的内燃机控制设备,其中,所述爆燃信息获取装置获取在所述内燃机的负荷系数相对较高时所述关于爆燃的信息。

14.  如权利要求1或3所述的内燃机控制设备,还包括:
压力记录获取装置,用于获取在同一燃烧循?#20998;?#30001;所述压力估算装置估算的缸内压力的记录;
最大压力值产生时刻获取装置,用于从所估算的缸内压力的记录获取产生最大缸内压力值的时刻;以及
点火正时控制装置,用于控制点火正时,使得所述产生最大值的时刻与在所述点火正时针对MBT调节的情况下产生所述最大缸内压力的时刻吻合。

15.  如权利要求1或3所述的内燃机控制设备,还包括:
压力记录获取装置,用于获取在同一燃烧循?#20998;?#30001;所述压力估算装置估算的缸内压力的记录;
最大压力值信息获取装置,用于从所估算的缸内压力的记录获取关于最大缸内压力的信息;以及
空燃比控制装置,用于实施控制以便根据关于所述最大缸内压力的信息提供稀或浓的空燃?#21462;?BR>
16.  如权利要求1或3所述的内燃机控制设备,还包括:
压力记录获取装置,用于获取在同一燃烧循?#20998;?#30001;所述压力估算装置估算的缸内压力的记录;
用于检测缸内压力的缸内压力传感器;
失真检测装置,用于比较所估算的缸内压力的记录和由所述缸内压力检测装置测量的缸内压力的记录,并且从所测量的缸内压力的记录获取失真;以及
传感器输出校正装置,用于根据所述失真校正所述缸内压力传感器的输出。

17.  如权利要求1或3所述的内燃机控制设备,还包括:
压力记录获取装置,用于获取在同一燃烧循?#20998;?#30001;所述压力估算装置估算的缸内压力的记录;
用于检测缸内压力的缸内压力传感器;
失真检测装置,用于比较所估算的缸内压力的记录和由所述缸内压力检测装置测量的缸内压力的记录,并且从所测量的缸内压力的记录获取失真;以及
传感器劣化判断装置,用于根据所述失真判定所述缸内压力传感器是否劣化。

18.  如权利要求1或3所述的内燃机控制设备,还包括:
控制基本数据选择装置,用于将所述压力估算装置所估算的缸内压力选择为缸内压力值,用作当所述发动机的转速相对较高时内燃机控制的基础。

19.  一种内燃机控制设备,其包括:
所需扭矩获取装置,用于获取内燃机所需的扭矩;
放热量信息获取装置,用于获取关于所述内燃机的放热量信息;
关系信息获取装置,用于获取关系信息,所述关系信息定义所述放热量信息、用作所述内燃机的控制指标的预定参数、以及缸内压力之间的关系;以及
控制指标判定装置,用于根据所述所需扭矩和所述关系信息定义用作控制指标的所述预定参数。

20.  如权利要求19所述的内燃机控制设备,还包括:
所需缸内压力获取装置,用于获取对应于所述所需扭矩的所需缸内压力,
其中,所述控制指标判定装置根据所述所需缸内压力和所述关系信息定义用作控制指标的所述预定参数。

21.  如权利要求19或20所述的内燃机控制设备,其中,用作控制指标的所述预定参数是燃烧开始时刻、燃烧结束时刻和燃烧速度中的至少一个。

22.  如权利要求21所述的内燃机控制设备,还包括:
控制装置,用于根据由所述控制指标判定装置定义且用作控制指标的所述预定参数至少控制气门重叠量或者点火正时。

说明书

说明书内燃机控制设备
?#38469;?#39046;域
本发明涉及一种内燃机控制设备,更具体涉及一种使用缸内压力值来实?#25351;?#31181;控制功能的适于与内燃机一起使用的控制装置。
背景?#38469;?
例如由专利文献1公开的传统内燃机控制设备根据控制参数P(θ)×Vκ(θ)来校正燃料喷射量。所获得的此控制参数是缸内压力P(θ)和值Vκ(θ)的乘积,而值Vκ(θ)通过对缸内容积V(θ)取?#28909;?#27604;κ的幂而获得。更具体地,所述设备针对两个预定曲柄角中的每一个计算控制参数P(θ)×Vκ(θ),并且根据两个计算出的控制参数之间的差来判定用于燃料喷射量的校正值。所公开的传统?#38469;?#20551;定在控制参数P(θ)×Vκ(θ)和内燃机气缸中的放热量Q的改变模式之间存在关联性。传统?#38469;?#20351;得能够容易地实施具有高精确度和高响应性的?#20174;?#27668;缸内的放热量Q的发动机控制。
包括上述文献,申请人知晓作用本发明相关?#38469;?#30340;下列文献。
【专利文献1】日本专利公开2005-30332号。
发明内容
关于内燃机缸内压力P(θ)的信息(例如,记录)是用于获取燃烧信息的有效参数。然而,用于判定该参数的计算公式复杂。因此,不能由当前的车载计算机(ECU)容易地计算出该参数。进一步地,为了高精度地计算缸内压力,必须进行高速取样。然而,实际上,因为计算负荷很高,这种计算非常困?#36873;?
根据上述传统?#38469;酰?#19982;放热量Q的模式相关的燃烧信息可如上所述地根据针对两个预定曲柄角的控制参数P(θ)×Vκ(θ)来获取。如果能够通过使用仅仅两个数据点容易地估算关于内燃机缸内压力P(θ)的信息,则该传统?#38469;?#23558;是有利的。如果能够以高精度估算关于内压力P(θ)的信息(例如,记录),则得到的值可以用来执行各种燃烧分析计算或者实施复杂的发动机控制。然而,上述传统?#38469;?#19981;能估算缸内压力P(θ)并且需要进一步改进。
为了解决上述问题,做出本发明。本发明的一个目的是提供能够以高精?#28909;?#26131;地估算关于内燃机的缸内压力信息并且以理想方式控制内燃机的控制设备。
上述目的通过一种内燃机控制设备实现,所述内燃机控制设备包括放热量信息获取装置,用于获取关于内燃机的放热量信息。设置有关系信息获取装置,用于获取定义所述放热量信息、用作内燃机的控制指标的预定参数、以及缸内压力之间的关系的关系信息。还设置有压力估算装置,用于根据所述关系信息估算所述缸内压力。
在本发明的第二方面中,用作控制指标的所述预定参数是燃烧开始时刻、燃烧结束时刻和燃烧速度的至少其中之一。
上述目的通过一种内燃机控制设备实现,所述内燃机控制设备包括放热量信息获取装置,用于获取关于内燃机的放热量信息。设置有燃烧比信息获取装置,用于获取关于所述内燃机的缸内燃烧比信息。还设置有关系信息获取装置,用于获取定义所述放热量信息、所述燃烧比信息和缸内压力之间的关系的关系信息。还设置有压力估算装置,用于根据所述关系信息估算所述缸内压力。
在本发明的第四方面中,所述燃烧比信息获取装置可根据包含燃烧开始时刻、燃烧结束时刻和燃烧速度的韦伯函数获取所述燃烧比信息。
本发明第五方面可包括用于检测缸内压力的缸内压力检测装置。所述放热量信息获取装置可根据在至少两个曲柄角处测量的缸内压力获取所述放热量信息。所述关系信息可根据所述放热量信息和所述韦伯函数之间的关系定义。所述压力估算装置可估算除所述至少两个曲柄角之外的曲柄角处的缸内压力。
本发明第六方面可包括离子检测装置,用于检测燃烧过程中在气缸内产生的离子。所述燃烧比获取装置可根据所检测到的离子的值获取所述燃烧比信息。
在本发明第七方面中,所述放热量信息获取装置可根据关于缸内填充空气量的信息获取放热量信息;并且,所述关系信息根据所检测到的离子的值和所述放热量信息定义。
本发明第八方面可包括用于根据由所述压力估算装置估算的缸内压力值来估算放热率和/或指示扭矩的燃烧信息估算装置。
在本发明第九方面中,所述内燃机可根据由所述压力估算装置估算的缸内压力、由所述燃烧信息估算装置估算的放热率和由所述燃烧信息估算装置估算的指示扭矩中的至少一个而被控制。
在本发明第十方面中,点火正时控制、燃料喷射控制、气门开启特性控制和扭矩控制中的至少一个可包括在所述内燃机的控制中。
本发明第十一方面可包括用于检测缸内压力的缸内压力检测装置。还可设置有爆燃信息获取装置,用于比较由所述压力估算装置估算的缸内压力值和由所述缸内压力检测装置测量的缸内压力值,并?#19968;?#21462;关于爆燃的信息。
本发明第十二方面可包括估算放热率获取装置,用于根据所估算的缸内压力值获取估算放热率值。还可设置有实际放热率获取装置,用于根据所测量的缸内压力值获取测量放热率值。还可设置有爆燃信息获取装置,用于比较所述估算放热率值和所述测量放热率值并?#19968;?#21462;关于爆燃的信息。
在本发明的十三方面中,所述爆燃信息获取装置可获取在所述内燃机的负荷系数相对较高时所述关于爆燃的信息。
本发明第十四方面可包括压力记录获取装置,用于获取在同一燃烧循?#20998;?#30001;所述压力估算装置估算的缸内压力的记录。还可设置有最大压力值产生时刻获取装置,用于从所估算的缸内压力的记录获取产生最大缸内压力值的时刻。还可设置有点火正时控制装置,用于控制点火正时,使得所述产生最大值的时刻与在所述点火正时针对MBT调节的情况下产生所述最大缸内压力的时刻吻合。
本发明第十五方面可包括压力记录获取装置,用于获取在同一燃烧循?#20998;?#30001;所述压力估算装置估算的缸内压力的记录。还可设置有最大压力值信息获取装置,用于从所估算的缸内压力的记录获取关于最大缸内压力的信息。还可设置有空燃比控制装置,用于实施控制以便根据关于所述最大缸内压力的信息提供稀或浓的空燃?#21462;?
本发明第十六方面可包括压力记录获取装置,用于获取在同一燃烧循?#20998;?#30001;所述压力估算装置估算的缸内压力的记录。还可设置有用于检测缸内压力的缸内压力传感器。还可设置有失真检测装置,用于比较所估算的缸内压力的记录和由所述缸内压力检测装置测量的缸内压力的记录,并且从所测量的缸内压力的记录获取失真。还可设置有传感器输出校正装置,用于根据所述失真校正所述缸内压力传感器的输出。
本发明第十七方面可包括压力记录获取装置,用于获取在同一燃烧循?#20998;?#30001;所述压力估算装置估算的缸内压力的记录。还可设置有用于检测缸内压力的缸内压力传感器。还可设置有失真检测装置,用于比较所估算的缸内压力的记录和由所述缸内压力检测装置测量的缸内压力的记录,并且从所测量的缸内压力的记录获取失真。还可设置有传感器劣化判断装置,用于根据所述失真判定所述缸内压力传感器是否劣化。
本发明第十八方面可包括控制基本数据选择装置,用于将所述压力估算装置所估算的缸内压力选择为缸内压力值,用作当所述发动机的转速相对较高时内燃机控制的基础。
上述目的通过一种内燃机控制设备实现,所述内燃机控制设备包括所需扭矩获取装置,用于获取内燃机所需的扭矩。设置有放热量信息获取装置,用于获取关于所述内燃机的放热量信息。还设置有关系信息获取装置,用于获取定义所述放热量信息、用作所述内燃机的控制指标的预定参数、以及缸内压力之间的关系的关系信息。还设置有控制指标判定装置,用于根据所述所需扭矩和所述关系信息定义用作控制指标的所述预定参数。
本发明第二十方面可包括所需缸内压力获取装置,用于获取对应于所述所需扭矩的所需缸内压力。所述控制指标判定装置可根据所述所需缸内压力和所述关系信息定义用作控制指标的所述预定参数。
在本发明第二十一方面中,用作控制指标的所述预定参数是燃烧开始时刻、燃烧结束时刻和燃烧速度中的至少一个。
本发明第二十二方面可包括控制装置,用于根据由所述控制指标判定装置定义且用作控制指标的所述预定参数至少控制气门重叠量或者点火正时。
根据本发明第一方面,可根据定义放热量信息、用作内燃机的控制指标的预定参数、以及缸内压力之间的关系的关系信息容易地并且高精度地估算关于内燃机的缸内压力信息。
根据本发明第二方面,能够适当地定义缸内压力估算所需的燃烧信息。
根据本发明第三方面,可根据定义放热量信息、燃烧比信息、以及缸内压力之间的关系的关系信息容易地并且高精度地估算关于内燃机的缸内压力信息。
根据本发明第四方面,可根据包括燃烧开始时刻、燃烧结束时刻和燃烧速度的韦伯函数获取精确的燃烧?#21462;?
根据本发明第五方面,可通过在至少两点测量缸内压力来估算燃烧期间的缸内压力。
根据本发明第六方面,可根据燃烧过程中在气缸内产生的离子来获取燃烧比信息而不必测量缸内压力。
根据本发明第七方面,可根据所检测的离子的值和基于缸内填充空气量的放热量信息来获取用于估算缸内压力的关系信息。
根据本发明第八方面,由本发明第一和第三方面估算的缸内压力可用来容易地并且高精度地估算放热率或指示扭矩。
根据本发明第九方面,可根据缸内压力、放热率和指示扭矩中至少一个的估算值来控制内燃机而无需在ECU上施加过多的负荷。
根据本发明第十方面,点火正时、燃料喷射、气门开启特性和扭矩中至少一个可根据缸内压力、放热率和指示扭矩中至少一个的估算值来控制而无需在ECU上施加过多的负荷。
根据本发明第十一方面,可比较同一燃烧循环的所估算的缸内压力和实际缸内压力。因此,与使用根据前一燃烧循环过程中遇到的现象或根据统计来估算当前燃烧循环的正常缸内压力的传统方法相比,能够以更高的精度获取关于爆燃的信息。
根据本发明第十二方面,可比较同一燃烧循环的估算放热率和实际放热率。因此,与使用根据前一燃烧循环过程中遇到的现象或根据统计来估算当前燃烧循环的正常放热率的传统方法相比,能够以更高的精度获取关于爆燃的信息。
根据本发明第十三方面,可在易于发生爆燃的高负荷区域获取精确的关于爆燃的信息而不需在ECU上施加过多的负荷。
根据本发明第十四方面,可实施控制以调节针对MBT的点火正时而不需要ECU具有高速取样能力。
根据本发明第十五方面,可实施控制以提供最稀的空燃比而不需要ECU具有高速取样能力。
根据本发明第十六或第十七方面,可比较同一燃烧循环的所估算的缸内压力和实际缸内压力。因此,与使用根据前一燃烧循环过程中遇到的现象或根据统计来估算当前燃烧循环的正常缸内压力的传统方法相比,能够以更高的精度判定传感器误差。
根据本发明第十八方面,在发动机转速NE高的区域中可减少施加在ECU上的负荷。
根据本发明第十九方面,可根据所需扭矩和关系信息实施控制,使得内燃机的扭矩与期望的所需扭矩相吻合。
根据本发明第二十方面,可根据关系信息和对应于所需扭矩的所需缸内压力来定义用作内燃机的控制指标的预定参数。
根据本发明第二十一方面,可以适当地定义根据所需扭矩控制内燃机所需的燃烧信息。
根据本发明第二十二方面,可使用关系信息来根据期望的所需扭矩实施扭矩(燃烧)控制。本发明的此方面使得能够例如控制气门重叠量和点火正时而无不会使进气量过量或不足并?#20063;?#20250;迟延点火正时。
附图说明
图1示出了本发明第一实施方式的构造。
图2是缸内燃烧比MFB相对于曲柄角θ的波形图。
图3是示出在本发明第一实施方式中执行以获取所估算的缸内压力Pθ的程序的流程图。
图4是图3中示出的程序中所指的燃烧开始时刻θ0和燃烧结束时刻θf的?#25104;?#30340;示例。
图5是示出缸内压力P和曲柄角θ之间的关系的P-θ图。
图6是示出在本发明第一实施方式中执行以利用所估算的缸内压力Pθ的记录计算指示扭矩的程序。
图7是示出在本发明第二实施方式中执行的程序的流程图。
图8A和8B示出离子流Ic的波形。
图9是示出在本发明第三实施方式中执行的程序的流程图。
图10A至10D示出在本发明第三实施方式中的爆燃判断的过程。
图11是示出在本发明第三实施方式的改进实施方式中执行的程序的流程图。
图12A至12D示出在本发明第三实施方式的改进实施方式中的爆燃判断的过程。
图13是示出在本发明第四实施方式中执行的程序的流程图。
图14是示出在本发明第五实施方式中执行的程序的流程图。
图15是示出在本发明第六实施方式中执行的程序的流程图。
图16是示出在本发明第七实施方式中执行的程序的流程图。
图17是示出在本发明第八实施方式中执行的程序的流程图。
图18是示出与图17中示出的程序同时执行的子程序的流程图。
图19是示出在本发明第九实施方式中执行的程序的流程图。
图20是示出与图19中示出的程序同时执行的子程序的流程图。
图21是示出在本发明第十实施方式中执行的程序的流程图。
具体实施方式
第一实施方式
【系统构造描述】
图1示出本发明第一实施方式的构造。如图1所示,根据本实施方式的系统包括内燃机10。内燃机10中的气缸设置有在气缸内往复运动的活塞12。内燃机10还包括气缸盖14。燃烧室16形成在活塞12和气缸盖14之间。燃烧室16与进气路径18和排气路径20相连通。进气路径18和排气路径20分别设置有进气门22和排气门24。进气路径18还设置有节气门26。节气门26是能够独立于加速器开度地控制节气门开度的电子控制式节气门。
气缸盖14设置有火花塞28,火花塞28从燃烧室16的顶点突出到燃烧室16中。气缸盖14还设置有将燃料喷射到气缸内的燃料喷射阀30。气缸盖14结合有检测缸内压力P的缸内压力传感器32。此外,内燃机10具有曲柄角传感器34,曲柄角传感器34位于曲轴附近以检测发动机转速NE。
在内燃机10中,进气门22和排气门24分别由进气可变气门机构(未示出)和排气可变气门机构(未示出)驱动。这两个可变气门机构都包括可变气门正时(VVT)机构,其能够在预定?#27573;?#20869;改变进气门22或排气门24的相位。
图1中示出的系统包括ECU(电子控制单元)40。ECU40连接到上述传感器和致动器。ECU40能够根据此类传感器的输出来控制内燃机10的运转状态。
现在将参照图2和3描述本实施方式所用的用于估算关于缸内压力Pc的信息(记录)的方法。
图2绘出了缸内燃烧比MFB相对于曲柄角θ的波形。在此图中,燃烧比MFB定义为表示燃烧进程的指标。更具体地,燃烧比MFB在?#27573;?到1内变化。MFB为0表示燃烧开始时刻,而MFB为1表示燃烧结束时刻。
图2中称为“PVκMFB”的波形表示由基于PVκ方法的公式计算出的燃烧比MFB,该公式即为如下方程(方程1):
MFB=(PθVθκ-Pθ0Vθ0κ)/(PθfVθfκ-Pθ0Vθ0κ)---(方程1)
在上述方程1中,Pθ0和Vθ0是当曲柄角θ与预定燃烧开始时刻θ0相吻合时的缸内压力Pc和缸内容积V,而Pθf和Vθf是当曲柄角θ与预定燃烧结束时刻θf相吻合时的缸内压力Pc和缸内容积V。Pθ和Vθ是当曲柄角?#20219;我?#20540;时的缸内压力Pc和缸内容积V。?#26102;?#31034;?#28909;缺取?#26681;据上述方程1,燃烧比MFB的记录可根据在上述三点测量的缸内压力值Pc和计算的缸内容积值V来计算。
同时,图2中称为“WeibeMFB”的波形表示由基于韦伯(Weibe)函数的公式计算的燃烧比MFB,该公式即为如下方程(方程2):
MFB=1-exp[-a{(θ-θ0)/(θf-θ0)}m+1]---(方程2)
在上述方程2中,a是燃烧速度,而m是预定常数。
如图2所示,根据方程1计算的燃烧比的波形PVκMFB与根据方程2计算的燃烧比的波形WeibeMFB高度相关。因此,本实施方式假定上述两个方式彼?#35828;燃郟?#24182;且?#30001;?#36848;两个方程导出下列方程(方程3):
Pθ=(1/Vθκ)×<{1-exp[-a{(θ-θ0)/(θf-θ0)}m+1]}×(Pθfvθfκ-Pθ0Vθ0κ)+Pθ0Vθ0κ>
---(方程3)
根据本实施方式的系统假定使用方程3来估算内燃机10的缸内压力Pc。现在将参照图3示出的方程描述用于计算所估算的缸内压力Pθ的方法。
图3是示出了由ECU40执行以获取所估算的缸内压力Pθ的程序的流程图。在图3示出的程序中,首先执行步骤100以获取内燃机10的运转条件,更具体地,获取点火正时SA?#21462;?
接下来,执行步骤102以判定燃烧开始时刻θ0和燃烧结束时刻θf。ECU40存储如图4所示的定义了燃烧开始时刻θ0、燃烧结束时刻θf和点火正时SA之间的关系的?#25104;洹?#22270;4中的零点表示压缩上止点。制定图4所示的?#25104;洌?#20351;得当点火正时SA前进时,燃烧开始时刻θ0朝相对于压缩上止点的前进侧移动,并?#19994;?#28857;火正时SA从预定点火正时SA前进时(在所采用的示例中为30°BTDC),燃烧开始时刻θ0实际上是固定的。对于燃烧结束时刻θf,以实际上相同的方式制定?#25104;洹?
在执行步骤102以根据图4所示的?#25104;?#22522;于当前点火正时SA判定燃烧开始时刻θ0和燃烧结束时刻θf之后,执行步骤104以计算在-60°ATDC和90° ATDC处的参数(放热量)PV?#30465;?#26356;具体地,执行步骤104以根据缸内压力传感器32的输出来获取在-60°ATDC和90°ATDC处的缸内压力P,并且计算对应于-60°ATDC和90°ATDC处的缸内容积V。根据所获得的值计算参数PV?#30465;?
接下来,执行步骤106以根据方程3计算缸内压力P?#21462;?#26356;具体地,在步骤102中判定的燃烧开始时刻θ0和燃烧结束时刻θf被代入方程3。此外,在步骤104计算的-60°ATDC的参数PVκ作为参数Pθ0Vθ0κ代入,并且在步骤104计算的90°ATDC的参数PVκ作为参数PθfVθfκ代入。至于燃烧速度a和常数m,使用了预定值。由此,当相关的?#25105;?#26354;柄角θ和对应于曲柄角θ的缸内容积Vθ代入方程3后,可计算出在?#25105;?#26354;柄角θ处的缸内压力P?#21462;?#27492;外,当针对每个单位曲柄角θ代入相关的曲柄角θ和对应于曲柄角θ的缸内容积Vθ时,可计算出估算的缸内压力Pθ的记录。
图5是示出缸内压力P和曲柄角θ之间的关系的P-θ图。在图5中称为“CPS”的波形表示基于缸内压力传感器32的输出的所测量的缸内压力Pc。同时,图5所称的“建议的”波形表示由图3所示的程序估算的缸内压力Pθ的记录。图5所示为使用根据本实施方式的缸内压力估算方法使得能够获得大致等于所测量的缸内压力Pc的估算缸内压力P?#21462;?#22914;上所述,使用根据本实施方式的方法使得简单地使用仅仅两个测量数据(在图4所示的程序中在-60°ATDC和90°ATDC处测量的两个数据)就能够获得在?#25105;?#26354;柄角θ处的关于缸内压力Pθ的数据。
参照图6,将使用通过执行图4所示的程序获得的估算缸内压力Pθ的记录来描述计算在获取记录的循?#20998;?#30340;指示扭矩的方法。
图6是流程图,示出了由ECU40执行以利用估算缸内压力P?#29123;?#31639;指示扭矩的程序。在图6所示的程序中,首先通过针对每个单位曲柄角θ执行图3所示的步骤106来计算估算缸内压力Pθ的记录(步骤200)。
接下来,通过将在步骤200中获取的估算缸内压力Pθ的记录乘以dV/dθ来计算指示扭矩P?#21462;羋V/dθ(步骤202),其中dV/dθ是缸内容积V的变化率。
在具有缸内压力传感器的内燃机中,当前ECU的性能不足以将缸内压力传感器的模拟输出高速地转换为允许精确判定指示扭矩的数字信号。其间,在ECU内的CPU的计算能力是足够的。当执行图6所示的程序时,缸内压力Pθ的记录可简单地通过在两点处测量缸内压力Pθ来估算。此外,指示扭矩P?#21462;羋V/dθ可由所估算的记录计算出。因此,指示扭矩P?#21462;羋V/dθ可实时地精确判定而不受ECU40的性能的限制。
在如上所述的第一实施方式中,当ECU40执行步骤104时实?#25351;?#25454;本发明第一或第三方面的“放热量信息获取装置?#20445;?#20197;及当随后在步骤106中通过使用方程3执行预定过程时实?#25351;?#25454;本发明第一或第三方面的“关系信息获取装置”和“压力估算装置?#34180;?#26041;程3对应于根据本发明第一或第三方面的“关系信息?#34180;?
进一步,当ECU40执行步骤106以计算与方程3中的韦伯函数相关的项时实?#25351;?#25454;本发明第三方面的“燃烧比信息获取装置?#34180;?
缸内压力传感器32对应于根据本发明第五方面的“缸内压力检测装置?#34180;?
第二实施方式
现在将参照图7和8描述根据本发明的第二实施方式。
通过采用图1所示的硬件构造并且使ECU40执行图7所示的程序而非图3所示的程序来实施根据第二实施方式的系统。更具体地,根据本实施方式的系统与根据第一实施方式的系统的区别在于,后者使用火花塞28作为离子探针(离子流传感器),该离子探针检测在燃烧期间在气缸内产生的离子作为离子流IC。根据本实施方式的系统使用这样的离子流IC来获取估算缸内压力Pθ的记录。
图7是示出由ECU40执行以实施根据第二实施方式的上述功能的程序。在图7所示的程序中,首先执行步骤300以检测在预定时期内的离子流IC。更具体地,在火花塞28完成点火之后,使预定的电压施加到火花塞28的电极,以检测离子流IC。离子流IC检测为流过电极之间电流。
接下来,执行步骤302以获取燃烧开始时刻θ0和燃烧结束时刻θf。图8A示出了当火花塞28用作离子探针时检测出的离子流IC的波形。当基于点火而开始燃烧时离子流IC出现,并?#19994;彼?#21518;燃烧结束时离子流IC消失。因此,燃烧开始时刻θ0和燃烧结束时刻θf可根据如图8A所示的所测量的离子流的波形获取。
接下来,执行步骤304以计算离子流IC相对于在步骤302中获取的燃烧开始时刻θ0与燃烧结束时刻θf之间的期间的积?#31181;怠艻C。图8B示出了离子流IC的积?#31181;怠艻C的波形。离子流IC与燃烧期间的放热率dQ/dθ高度相关。如图8所示的通过对离子流Ic相对于燃烧开始时刻θ0和燃烧结束时刻θf之间的期间求积分而获得的值∑IC与燃烧比MFB(放热量)高度相关。
接下来,执行步骤306以根据负荷系数KL估算放热量PV?#30465;?#22797;合系数KL和内燃机10的放热量PV?#31034;?#26377;线性特性。这里,根据定义了负荷系数KL和放热量PVκ之间的关系的?#25104;?#20174;负荷系数KL估算放热量PV?#30465;?#21487;选地,可根据定义了放热量PVκ和替代负荷系数KL的基于进气压力和进气温度的缸内DJ值(指示缸内填充空气量的值)之间的?#25104;?#26469;估算放热量PV?#30465;?
接下来,执行步骤308以将上述积?#31181;怠艻C转换为燃烧比MFB。更具体地,?#22791;?#25454;例如缸内空气量校正积?#31181;怠艻C时,积?#31181;怠艻C转换为对应于当前燃烧循环的燃烧比MFB的值。接下来,执行步骤310以计算估算缸内压力P?#21462;?#26356;具体地,将在步骤308获取的基于离子流IC的燃烧比MFB代入对应于方程3中的燃烧比MFB的韦伯函数的项中。当在步骤306中获取的基于放热量PVκ的值代入方程3的其余项时计算出估算缸内压力P?#21462;?
即使当使用根据图7所示的程序描述的涉及离子流IC的方法时,也可以由方程3计算出估算缸内压力P?#21462;?#27492;外,当使用此方法时,火花塞28可用作离子探针。因此,该方法在传感器于内燃机10上的安装性方面比使用缸内压力传感器32的方法更有利。
在如上所述的第二实施方式中,当ECU40执行步骤306时实?#25351;?#25454;本发明第一或第三方面的“放热量信息获取装置?#20445;?#24182;?#19994;盓CU40执行步骤300、302和308时实?#25351;?#25454;本发明第一或第三方面的“燃烧比信息获取装置?#34180;?
火花塞28对应于根据本发明第六方面的“离子检测装置?#34180;?
第三实施方式
【根据估算缸内压力Pθ的爆燃判?#31232;?
现在将参照图9至12描述本发明第三实施方式。
根据第三实施方式的系统也使用图1所示的硬件构造。第三实施方式的特征在于使用通过图3所示的程序获取的缸内压力Pθ的估算值来检查爆燃。
图9是示出了由ECU40执行以实施根据第三实施方式的上述功能的程序的流程图。当参照图9描述第三实施方式时,与参照图6针对第一实施方式描述的步骤相同的步骤由与其对应物相同的参考标号表示并且省略了对其描述或者仅进行简要描述。在图9示出的程序中,首先执行步骤200以计算估算缸内压力Pθ的记录。图10A示出了在步骤200中计算出的缸内压力Pθ的典型波形。
接下来,执行步骤400以获取根据来自缸内压力传感器32的输出的实际缸内压力Pc的记录。图10B示出了在爆燃情况下的实际缸内压力Pc的典型波形,其在步骤400中获取。如图10B所示,高频压力分量叠加在爆燃情况下的实际缸内压力Pc的波形上。另一方面,图10A示出的估算缸内压力Pθ的波形通过一?#23383;?#21518;函数(方程3)计算出。因此,没有叠加高频压力分量时,该波形是?#20132;?#30340;。
在图9示出的程序中,接下来执行步骤402以计算在步骤200中计算出的估算缸内压力Pθ和在步骤400中获取的实际缸内压力Pc的波形之间的差。当执行步骤402时,从图10C所示的实际缸内压力的波形仅能获取爆燃引起的高频压力分量(关于爆燃的信息)。
接下来,执行步骤404以将在步骤402中计算出的差的绝对?#21040;?#34892;?#38686;啤?#22270;10D示出了当执行步骤404时获得的波形。接下来,执行步骤406以判断爆燃强?#21462;?#26356;具体地,当所获得的总差超过预定的阈值时,就得出发生爆燃的结论。这里,假定对差的绝对?#21040;?#34892;?#38686;啤?#28982;而,可使用差的峰值代替总值来判断爆燃强?#21462;?
当如上所述地执行图9所示的程序时,可通过使用根据本发明的估算缸内压力Pθ的记录进行爆燃判?#31232;?#20351;用此方法使得能够比较在同一燃烧循环内的估算缸内压力Pθ和实际缸内压力Pc。因此,与使用根据前一燃烧循环期间遇到的现象或根据统计来估算当前燃烧循环的正常缸内压力的传统方法相比,能够以更高的精度实现爆燃检测。此外,使用上述方法还使得能够在不必为ECU40提供内部高通滤波电路来在爆燃情况下取出高频压力分量的情况下进行爆燃判?#31232;?#36825;使得能够消除高通滤波电路的成本并且?#26723;?#22122;声控制所需的成本。
如上所述的第三实施方式通过直接比较缸内压力的实际值Pc和估算值来进行爆燃判?#31232;?#28982;而,本发明不限于使用这种爆燃判断方法。例如,可替代地使用参照图11和12描述的方法。图11是示出了由ECU40执行以比较放热率dQ/dθ的估算值和实际值并且进行爆燃判断的程序的流程图。在图11所示的程序中,首先执行步骤500以计算估算放热率dQ/dθ的记录。更具体地,以与步骤200相同的方式执行处理以计算估算缸内压力Pθ的记录并且通过使用预定的计算公式从计算出的估算缸内压力Pc的记录计算放热率dQ/dθ的记录。图12A示出了在步骤500中计算出的估算放热率dQ/dθ的典型波形。
接下来,根据预定的计算公式执行步骤502?#28304;?#26681;据缸内压力传感器32的输出所获取的实际缸内压力Pc的记录计算实际放热率dQ/dθ的记录。图12B示出了当爆燃实际发生时在步骤302中计算的实际放热率dQ/dθ的典型波形。如果发生爆燃,则发生快速燃烧。因此,在图12B示出的实际放热率dQ/dθ的波形指示燃烧峰值大并且燃烧结束早。另一方面,在图12A示出的估算放热率dQ/dθ的波形中没有?#20174;?#20986;爆燃。
在图11示出的程序中,随后执行步骤504以计算在步骤500中计算出的估算放热率dQ/dθ的波形和在步骤502中获取的实际放热率dQ/dθ的波形之间的差。在步骤504中执行的处理使得能够仅仅从实际放热率dQ/dθ的波形取出关于爆燃的信息(指示爆燃特性的信息),如图12C所示。
接下来,执行步骤506以?#38686;?#22312;步骤504中计算出的差的绝对值。图12D示出了当执行步骤506时获得的波形。接下来,执行步骤508以判断爆燃强?#21462;?#22240;为与使用缸内压力Pc的方法相同,将不再对在步骤508中使用的判断方法进行详?#35813;?#36848;。如上所述地使用放热率dQ/dθ的方法也使得能够检查爆燃。当为了实际使用此方法而要判定估算缸内压力Pθ时,可以参照图3示出的程序所描述的方式利用缸内压力传感器32来检测缸内状态。可选的是在使用火花塞28作为离子探针的同时以参照图7中示出的程序所描述的方式来检测缸内状态。然而,使用离子探针的方法更合?#21097;?#22240;为这种方法不产生?#39759;?#39640;频分量。
如上所述的第三实施方式通过比较在步骤404中获取的总值与预定阈值来检查爆燃。然而,本发明不限于使用这种爆燃检查方法。可选地,可根据总值的大小来判断所遇到的爆燃的水平。对于负荷系数KL高从而爆燃易于发生的区域,可执行图9示出的程序以进行爆燃判?#31232;?
在如上所述的第三实施方式及其改进实施方式中,当ECU40执行步骤402至406时实?#25351;?#25454;本发明第十一方面的“爆燃信息获取装置?#20445;?#24403;ECU40执行步骤500时实?#25351;?#25454;本发明第十二方面的“估算放热率获取装置?#20445;?#24403;ECU40执行步骤502时实?#25351;?#25454;本发明第十二方面的“实际放热率获取装置?#20445;?#20197;及当ECU40执行步骤504至508时实?#25351;?#25454;本发明第十二方面的“爆燃信息获取装置?#34180;?
第四实施方式
【利用估算缸内压力Pθ的MBT控制】
现在将参照图13描述本发明第四实施方式。
根据第四实施方式的系统也使用图1所示的硬件构造。第四实施方式的特征在于通过使用由图3示出的程序获得的估算缸内压力Pθ实施MBT(最佳点火正时)控制。
图13是示出根据第四实施方式的由ECU40执行以实施上述功能的程序的流程图。当参照图13描述第四实施方式时,与参照图6针对第一实施方式的描述相同的步骤由与其对应物相同的参考标号表示并且省略了对其描述或者仅对其进行简要描述。在图13示出的程序中,首先执行步骤200以计算估算缸内压力Pθ的记录。
接下来,执行步骤600?#28304;?#22312;步骤200中计算出的估算缸内压力Pθ的记录获取出现缸内压力Pc的最大值Pmax的位置(正时(曲柄角θPmax))。然后,执行步骤602以判断在步骤600获取的Pmax位置θPmax是否与预定位置θA吻合。ECU40存储预定位置θA。当最大压力值Pmax的位置θPmax与预定位置θA吻合时,ECU40得出点火正时SA是MBT的结论。
如果在步骤602获得的判断结果表明最大压力值Pmax的位置θPmax与预定位置θA吻合,则可以得出当前所控制的点火正时SA是MBT的结论。因此,在此情况下,当前处理循?#20998;?#27490;而不再进一步控制点火正时SA。另一方面,如果在步骤602获得的判断结果表明最大压力值Pmax的位置θPmax与预定位置θA不吻合,则执行步骤604以控制点火正时SA。更具体地,如果发现所计算出的最大压力值Pmax的位置θPmax相对预定位置θA提前,则根据位置偏差将点火正时SA?#26144;?#39044;定量,使点火正时SA是MBT。另一方面,如果发现位置θPmax相对预定位置θA?#26144;伲?#21017;将点火正时SA提前预定量。
当使用以缸内压力传感器测量缸内压力Pc并?#20918;3制?#23792;值(最大值Pmax)的方法时,不能检测出最大值Pmax的位置(正时)。当使用使ECU获取实时测量的缸内压力Pc的方法来检测上述峰值正时时,需要ECU执行高速取样。然而,实际上,当前ECU的性能不足以执行这种高速取样。同时,当图13示出的程序使用关于上述根据本发明的估算缸内压力Pθ的信息(记录)并且实施控制以使得出现缸内压力Pc的最大值Pmax的位置θPmax与预定位置θA吻合时,?#28903;?#23545;MBT调节点火正时SA。
在如上所述的第四实施方式中,当ECU40执行步骤200时实?#25351;?#25454;本发明第十四方面的“压力记录获取装置?#20445;?#24403;ECU40执行步骤600时实?#25351;?#25454;本发明第十四方面的“最大压力值产生时刻获取装置?#20445;?#32780;当ECU40执行步骤602和604时实?#25351;?#25454;本发明第十四方面的“点火正时控制装置?#34180;?
第五实施方式
【利用估算缸内压力Pθ的稀薄极限控制】
现在将参照图14描述本发明的第五实施方式。
根据第五实施方式的系统也使用图1所示的硬件构造。第五实施方式的特征在于实施稀薄极限控制以针对通过使用由图3中示出的程序所获得的估算缸内压力Pθ提供稀薄燃烧的极限空燃比来调节空燃?#21462;?
图14是示出根据第五实施方式由ECU40执行以实施上述功能的程序的流程图。当参照图14描述第五实施方式时,与参照图6针对第一实施方式的描述相同的步骤由与其对应物相同的参考标号表示并且省略了对其描述或者仅对其进行简要描述。在图14示出的程序中,首先执行步骤200以计算估算缸内压力Pθ的记录。接下来,执行步骤600?#28304;?#22312;步骤200中计算出的估算缸内压力Pθ的记录获取出现最大压力值Pmax的位置(正时(曲柄角θPmax))。
接下来,执行步骤700以判断在步骤600获取的最大压力值Pmax的位置θPmax是否处于曲柄角θ的预定?#27573;?#20869;。当由于空燃比朝向稀侧变化而在内燃机10中发生燃烧劣化或者失火时,最大压力值Pmax下降并?#39029;?#29616;最大压力值Pmax的正时(曲柄角θPmax)相对于正常燃烧过程中的正时偏离。ECU40存储指示上述曲柄角θ的预定?#27573;?#30340;信息,以掌握由为了使空燃比更稀薄而进行的控制操作所引起的这种在正时θPmax中的偏离。
如果在步骤700中获得的判断结果表明最大压力值Pmax的位置θPmax处于曲柄角θ的预定?#27573;?#20869;,则可得出还没有达到稀薄极限(可实现正常燃烧时的稀侧极限空燃比)的结论。在此情况下,执行步骤702以控制燃料喷射量,从而提供更稀的空燃?#21462;?#21478;一方面,如果在步骤700中获得的判断结果没有表明最大压力值Pmax的位置θPmax处于预定?#27573;?#20869;,则得出已经超过稀薄极限而引起燃烧劣化或其它类似问题的结论。在此情况下,执行步骤704以控制燃料喷射量,从而提供更浓的空燃?#21462;?
因为使用了关于上述根据本发明的估算缸内压力Pθ的信息(记录),即使当安装在车辆上的ECU的性能如上所述受到限制,如上所述在图14中所示的程序也可实施控制以提供最稀的空燃比并同时将最大压力值Pmax的位置θPmax维持在预定?#27573;?#20869;。
如上所述的第五实施方式根据最大压力值Pmax的位置θPmax控制空燃?#21462;?#28982;而根据本发明的最大压力值信息不限于最大压力值Pmax的位置θPmax。例如,可在考虑Pmax的大小以及最大压力值Pmax的位置θPmax的同时控制空燃?#21462;?
在如上所述的第五实施方式中,当ECU40执行步骤600时实?#25351;?#25454;本发明第十五方面的“最大压力值信息获取装置?#20445;?#32780;当ECU40执行步骤700至704时实?#25351;?#25454;本发明第十五方面的“空燃比控制装置?#34180;?
第六实施方式
【利用估算缸内压力Pθ的传感器输出偏差校正和传感器劣化检测】
现在将参照图15描述本发明的第六实施方式。
根据第六实施方式的系统也使用图1所示的硬件构造。第六实施方式的特征在于,使用通过图3所示的程序获得的估算缸内压力Pθ来校正缸内压力传感器32的输出偏差并且检测该传感器32的劣化。
图15是示出根据第六实施方式由ECU40执行以实施上述功能的程序的流程图。当参照图15描述第六实施方式时,与参照图6针对第一实施方式的描述相同的步骤以与其对应物相同的参考标号表示并且省略了对其描述或者仅对其进行简要描述。在图15示出的程序中,首先执行步骤200以计算估算缸内压力Pθ的记录。接下来,执行步骤800以根据缸内压力传感器32的输出获取实际缸内压力Pc的记录。
接下来,执行步骤802以通过比较在步骤200中计算出的估算缸内压力Pθ的记录和在步骤800中获取的实际缸内压力Pc的记录来检测压力记录中的失真(滞后现象)——其由于缸内压力传感器32的输出中的偏差产生。上述失真将不叠加在由根据本发明的上述方法计算出的估算缸内压力Pθ的记录上。因此,压力记录中的失真,即缸内压力传感器32的输出偏差,可通过比较上述缸内压力Pc的估算值和测量值来检测。
接下来,执行步骤804以根据在步骤802中检测到的失真来校正缸内压力传感器32的输出偏差。然后,执行步骤806以判断在步骤802中检测到的失真是否大于预定值。如果所获得的判断结果表明失真大于预定值,则执行步骤808以得出缸内压力传感器32劣化的结论。当在步骤806中进行劣化判断时,将失真与预定?#21040;?#34892;比较。然而,本发明不限于使用这种劣化判断方法。另一选择是判断在步骤804中使用的失真校正是否大于预定值。
根据如上所述的在图15中所示的程序,可比较在同一燃烧循?#20998;?#30340;估算缸内压力Pθ和实际缸内压力Pc。因此,与使用根据前一燃烧循环期间遇到的现象或根据统计来估算当前燃烧循环的正常缸内压力的传统?#38469;?#30456;比,可以更高的精度实现传感器误差检测。
在如上所述的第六实施方式中,使用利用缸内压力传感器32估算的缸内压力Pθ的记录来与实际缸内压力Pc比较。通过使用根据本发明的估算缸内压力Pθ来校正缸内压力传感器32的输出偏差并检测传感器32的劣化的方法不限于上述比较方法。例如,传感器输出偏差检测和传感器劣化检测可通过将利用离子探针按照图7所示程序估算的缸内压力Pθ与通过缸内压力传感器32测得到的缸内压力进行比较来执行。当使用此方法时,可实现对离子探针和缸内压力传感器32的劣化检测。
在如上所述的第六实施方式中,当ECU40执行步骤802时实?#25351;?#25454;本发明第十六方面的“失真检测装置?#20445;?#24403;ECU40执行步骤804时实?#25351;?#25454;本发明第十六方面的“传感器输出校正装置?#20445;?#32780;当ECU40执行步骤806和808时实?#25351;?#25454;本发明第十六方面的“传感器劣化判断装置?#34180;?
第七实施方式
【根据发动机转速NE改变对实际缸内压力Pc的取样频率】
现在将参照图16描述本发明的第七实施方式。
根据第七实施方式的系统也使用图1所示的硬件构造。当发动机转速增加时,曲柄角θ的角速度增加。这减少了预定曲柄角θ的间隔(时间)。因此,当发动机转速NE增加时,将使ECU40难以根据缸内压力传感器32的输出测量(取样)实际缸内压力Pc。在这种情况下,本实施方式根据发动机转速NE改变对实际缸内压力Pc的取样频率。
图16是示出了根据第七实施方式由ECU40执行以实施上述功能的程序的流程图。在图16示出的程序中,首先执行步骤900以获取发动机转速NE。接下来,执行步骤902以判?#31995;?#21069;发动机转速NE是否大于预定值。
如果在步骤902中获得的判断结果表明发动机转速NE没有大于预定值,则执行步骤904以使用由缸内压力传感器32测量出的缸内压力Pc来作为用于各种发动机控制功能的基础。另一方面,如果所获得的判断结果表明发动机转速NE大于预定值,则执行步骤906以使用由方程3计算出的估算缸内压力Pθ来作为用于各种发动机控制功能的基础。更具体地,例如通过执行图3示出的程序的步骤106针对每个单位曲柄角?#29123;?#31639;估算缸内压力Pθ的记录。
如前所述,当使用通过使用方程3估算缸内压力Pc的方法时,在?#25105;?#26354;柄角θ处的缸内压力Pc可通过使用仅仅两个测量数据容易地且高精度地估算出。因此,图16中示出的程序使得能够通过在发动机转速NE高的区域内减少ECU40的取样频率来?#26723;虴CU40上的负荷。此外,当例如在使用根据第三实施方式的估算缸内压力Pθ的爆燃判断系?#25345;?#20197;并行方式执行上述程序时,在发动机转速NE高的区域中可?#26723;?#22312;爆燃判断序列期间施加在ECU40上的负荷。
在如上所述第七实施方式中,当ECU40执行步骤902和906时实?#25351;?#25454;本发明第十八方面的“控制基本数据选择装置?#34180;?
第八实施方式
【基于估算缸内压力Pθ的扭矩需求控制的第一示例】
现在将参考照17和18描述本发明的第八实施方式。
根据第八实施方式的系统也使用图1所示的硬件构造。第八实施方式使用由方程3计算的估算缸内压力Pθ,并且实施控制使得内燃机10的实际指示扭矩与基于车辆行驶状态的所需扭矩相吻合。
图17是示出了根据第八实施方式由ECU40执行以实施上述功能的程序的流程图。假定在燃烧开始前以预定的正时对内燃机10的每个燃烧循?#20998;?#34892;该程序。在图17示出的程序中,首先执行步骤1000以通过利用各种传感器输出来检测车辆的当前行驶状态。更具体地,遵循该步骤以获取关于加速器踏板下压量、加速器踏板下压量的改变率、发动机转速NE、车速等的信息。接下来,执行步骤1002以根据车辆行驶状态计算为了符?#38686;?#39542;?#24065;?#27714;内燃机10所应当产生的所需扭矩。
接下来,执行步骤1004以计算前一燃烧循环的指示扭矩。更具体地,以与图6所示的程序相同的方式计算前一循环的指示扭矩。接下来,执行步骤1006以估算点火正时SA,使得上述指示扭矩与上述所需扭矩相吻合。
更具体地,执行步骤1006以执行图18所示的程序。在图18所示的程序中,首先执行步骤1100以设定点火正时SA的初始值。接下来执行步骤1102以根据在步骤1100或1112中设定的点火正时SA以及图4所示的?#25104;?#26469;估算燃烧开始时刻θ0和燃烧结束时刻θf。然后执行步骤1104以通过将放热量PVκ代入方程3估算缸内压力Pc,放热量PVκ基于在前一燃烧循环期间在两个预定点测量的缸内压力Pc。接下来,执行步骤1106以通过使用估算缸内压力Pc来计算指示扭矩。
接下来,执行步骤1108以判断在步骤1106中计算出的指示扭矩是否与在步骤1002中计算出的所需扭矩相吻合。如果获得的判断结果表明指示扭矩与所需扭矩不吻合,则执行步骤1110以提前或?#26144;?#28857;火正时SA。此外,使用以这种方式改变的点火正时SA来再次执行步骤1102至1108。另一方面,如果获得的判断结果表明指示扭矩与所需扭矩相吻合,则执行步骤1112以最终确定当前点火正时SA为估算值。
在图17所示的程序中,然后执行步骤1008以实施控制,使得当前燃烧循环的点火正时SA与在步骤1006计算出的点火正时SA吻合。接下来,在燃烧之后执行步骤1010以计算当前燃烧循环的实际指示扭矩。更具体地,通过将放热量PVκ代入方程3计算实际指示扭矩,放热量PVκ基于在当前燃烧循环期间在两个预定点测量的缸内压力Pc。
接下来,执行步骤1012以将在步骤1010中计算出的用于当前燃烧循环的实际指示扭矩与在步骤1002中计算出的所需扭矩进行比较,并且计算所比较的扭矩值之间的偏差。然后,执行步骤1014以根据在步骤1012中计算出的偏差校正下一燃烧循环的所需扭矩。例如,如果实际指示扭矩小于所需扭矩,为了校正目的,增加用于下一燃烧循环的所需扭矩。
根据如上所述图17所示的程序,由方程3获取的估算缸内压力Pc可用来获取前一燃烧循环的指示扭矩。此外,由方程3获取的估算缸内压力Pc可用来估算当前燃烧循环的实际指示扭矩与所需扭矩相吻合情况下的点火正时SA。此外,根据利用估算出的点火正时SA所产生的当前燃烧循环的实际指示扭矩来校正用于下一燃烧循环的所需扭矩。如上所述,根据本实施方式的系统可根据由方程3获取的估算缸内压力Pc实施控制,使得内燃机10的扭矩与所需扭矩相吻合。
在如上所述的第八实施方式中,当ECU40执行步骤1000和1002时实?#25351;?#25454;本发明第十九方面的“所需扭矩获取装置?#20445;?#32780;当ECU40执行步骤1004和1006时实?#25351;?#25454;本发明第十九方面的“控制指标判定装置?#34180;?
第九实施方式
【基于估算缸内压力Pθ的扭矩需求控制的第二示例】
现在将参照图19和20描述本发明的第九实施方式。
根据第九实施方式的系统也使用图1所示的硬件构造。如同第八实施方式的情况,第九实施方式使用由方程3计算的估算缸内压力Pθ,并且实施控制使得内燃机10的实际指示扭矩与基于车辆行驶状态的所需扭矩相吻合。第九实施方式与第八实施方式的不同之处在于,前者预先估算在当前燃烧循?#20998;?#20869;燃机10能够产生的扭矩,而不是前一燃烧循环的指示扭矩,并且估算当前燃烧循环的实际指示扭矩与所需扭矩相吻合情况下的点火正时SA。
图19是示出了根据第九实施方式由ECU40执行以实施上述功能的程序的流程图。当参照图19描述第九实施方式时,与参照图17针对第八实施方式的描述相同的步骤由与其对应物相同的参考标号表示并且省略了对其描述或者仅对其进行简要描述。在图19所示的程序中,在计算所需扭矩(步骤1002)之后计算当前燃烧循环的缸内填充空气量(步骤1200)。更具体地,缸内填充空气量可通过关系表达式(空气模型)来计算,该关系表达式定义了缸内DJ值或空气量与内燃机10的各种操作参数之间的关系。
接下来,根据在步骤1200中计算出的缸内填充空气量预测当前燃烧循环期间内燃机10能够产生的最大扭矩(步骤1202)。然后根据所预测的扭矩估算当前燃烧循环的实际指示扭矩与上述所需扭矩相吻合情况下的点火正时SA(步骤1204)。
更具体地,在步骤1204中执行图20所示的程序。图20所示的程序与图18所示的程序基本上相同。下面的说明主要针对两个程序之间的不同进行。在图20所示的程序中,在估算出燃烧开始时刻θ0和燃烧结束时刻θf(步骤1102)之后,通过根据在步骤1200中计算出的缸内填充空气量、参照?#25104;?未示出)来估算放热量PVκ(步骤1300)。接下来,将放热量PVκ代入方程3以估算缸内压力Pc(步骤1104)。
在通过图20示出的程序估算出点火正时SA之后,顺序执行图19示出的程序的步骤1008至1014。
根据如上所述的在图19示出的程序,可使用由方程3获取的估算缸内压力Pc、根据内燃机10在当前燃烧循环过程中能够产生的预测扭矩来估算当前燃烧循环的实际指示扭矩与所需扭矩相吻合情况下的点火正时SA。此外,根据在所估算出的点火正时SA?#28388;?#20135;生的当前燃烧循环的实际指示扭矩来校正用于下一燃烧循环的所需扭矩。如上所述,根据本实施方式的系统可根据由方程3获取的估算缸内压力Pc实施控制,使得内燃机10的扭矩与期望的所需扭矩相吻合。
在如上所述的第九实施方式中,当ECU40执行步骤1200至1204时实施根据本发明第十九方面的“控制指标判定装置?#34180;?
第十实施方式
【基于估算缸内压力Pθ的扭矩需求控制的第三示例】
现在将参照图21描述本发明的第十实施方式。
根据第十实施方式的系统也使用图1所示的硬件构造。第十施方式使用由方程3计算的估算缸内压力Pθ,并且以获得对应于所需扭矩的所需缸内压力的方式判定各种缸内压力判定参数。
图21是示出了根据第十实施方式由ECU40执行以实施上述功能的程序的流程图。在图21所示的程序中,首先执行步骤1400以根据加速器开?#21462;?#21457;动机转速NE以及其它车辆行驶条件计算内燃机10的所需扭矩。接下来,执行步骤1402,以为了提供所需扭矩而应当在各气缸中产生的所需缸内压力替代在步骤1400中计算的所需扭矩。
接下来,执行步骤1404以判定在方程3中的参数,以便由方程3计算出等于在步骤1402中计算出的所需缸内压力的估算缸内压力Pc。这些参数是燃烧开始时刻θ0、燃烧结束时刻θf、燃烧速度a、常数m和增益G。增益G取决于缸内空气量并?#39029;?#20197;与方程3中的韦伯函数相关的项(对应于方程2的右手侧的项)。
接下来,执行步骤1406以根据在步骤1404中判定的参数值判定每个致动器的控制量并且根据该控制量控制每个致动器。更具体地,通过参照与图4中示出的?#25104;?#30456;似?#25104;?#26681;据燃烧开始时刻θ0和燃烧结束时刻θf判定点火正时SA。此外,根据燃烧速度a判定由可变气门正时机?#22266;?#20379;的进气门22和排气门24的相位控制量VVT(气门重叠量)。此外,根据增益G判定节气门开度TA。这里,根据燃烧速度a判定控制量VVT。然而,本发明不限于使用这种方法。一个可选方式是根据燃烧速度a判定进气门22的提升量而不是控制量VVT或者是判定进气门提升量和控制量VVT两者。尽管根据增益G判定节气门开度TA,本发明不限于使用这种方法。一个可选方式是根据增益G判定进气门22的打开时段而不是节气门开度TA或者判定进气门打开时段和节气门开度TA两者。这里,假定常数m是固定值。然而,如果发生快速燃烧,该常数应当增加。
如上所述的在图21中示出的程序使用方程3来判定获取所需缸内压力(所需扭矩)所需要的参数(θ0、θf、a等),并且根据所判定的参数控制各种致动器(电子控制节气门、可变气门正时机构等),这些致动器控制内燃机10的扭矩(燃烧)。换言之,根据本实施方式的系统可利用方程3根据期望的所需扭矩(与其对应的所需缸内压力)实施扭矩(燃烧)控制。此外,根据本实施方式的系统可根据上述所判定的参数来控制气门重叠量、点火正时SA等而不会使得进气量过量或不足并?#20063;?#20250;?#26144;?#28857;火正时SA。
在如上所述的第十实施方式中,当ECU40执行步骤1404时实?#25351;?#25454;本发明第十九方面的“控制指标判定装置?#20445;?#24403;ECU40执行步骤1402时实?#25351;?#25454;本发明第二十方面的“所需缸内压力获取装置?#20445;?#32780;当ECU40执行步骤1406时实?#25351;?#25454;本发明第二十二方面的“控制装置?#34180;?/p>

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