内燃机的控制装置.pdf

本发明提供一种内燃机的控制装置，能更准确地计算体积效率修正系数，从而能更准确地推算流入气缸的空气量及外部排气回流量。在具备由排气回流阀以及排气回流通路构成的排气回流装置的内燃机中，基于气缸流量、排气回流量、进气管内密度、以及进气管内密度变化量来计算作为体积效率等效值的体积效率修正系数，并利用该计算出的体积效率修正系数来计算气缸吸入空气量以及吸入气缸的排气回流量。

权利要求书
1.  一种内燃机的控制装置，其特征在于，包括：
吸入空气量检测单元，该吸入空气量检测单元对通过设置于内燃机进气管的节流阀而被吸入所述内燃机的吸入空气量进行检测；
体积效率等效值计算单元，该体积效率等效值计算单元计算表示从所述节流阀下游的进气管进入到所述内燃机的气缸内的空气量的指标、即体积效率等效值；
物理模型，该物理模型对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建模；
排气回流路，该排气回流路使所述节流阀下游的进气管与排气管相连；
排气回流阀，该排气回流阀使所述排气回流路打开、关闭从而控制排气回流量；
排气回流量计算单元，该排气回流量计算单元对通过所述排气回流路而被吸入到进气管的所述排气回流量进行计算；以及
进气管内密度检测单元，该进气管内密度检测单元能检测所述节流阀下游的进气管内的密度及密度变化，以作为进气管内密度与进气管内密度变化量，
所述体积效率等效值基于所述吸入空气量、所述排气回流量、所述进气管内密度、以及所述进气管内密度变化量而算出，
基于所述吸入空气量、所述体积效率等效值、以及所述物理模型来推算实际吸入到所述气缸内的空气量、以及实际吸入到所述气缸内的排气回流量。

2.  如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述进气管内密度检测单元基于设置在所述节流阀下游的进气管内的压力检测单元以及温度检测单元所检测到的进气管内压力和进气管内温度来计算进气管内密度和进气管内密度变化量。

3.  如权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述体积效率等效值利用下式(15)而算出：
【数学式15】
Kv=Qa+Qae-Δρb·Vsρb·Vc---(15)]]>
式中，Kv：体积效率等效值[]
Qa：内燃机的一个行程内的吸入空气量[g]
Qae：内燃机的一个行程内的EGR流量[g]
ρb：进气管内密度[g/cm3]
Δρb：进气管内密度变化量[g/cm3]
Vs：从节流阀的下游到所述气缸的入口为止的容积[cm3]
Vc：内燃机的每个气缸的气缸行程容积[cm3]。

4.  如权利要求3所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
将对通过所述式(15)计算出的所述体积效率等效值进一步实施滤波处得到的滤波后体积效率等效值用作为体积效率等效值。

5.  如权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
吸入到所述气缸内的空气量利用下式(16)算出：
【数学式16】


式中，n：内燃机的行程数
Kv(n)：体积效率等效值[]
Qa：内燃机的一个行程内的吸入空气量[g/s]
Qc：内燃机的一个行程内的气缸吸入空气量[g/s]
T(n)：内燃机的一个行程的时间[s]
Vs：从节流阀的下游到气缸入口为止的容积[cm3]
Vc：内燃机的每个气缸的气缸行程容积[cm3]。

6.  如权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
吸入到所述气缸的排气回流量利用下式(17)算出：
【数学式17】


式中，n：内燃机的行程数
Kv(n)：体积效率等效值[]
Qae：内燃机的一个行程内的排气回流量[g/s]
Qce：内燃机的一个行程内吸入气缸的排气回流量[g/s]
T(n)：内燃机的一个行程的时间[s]
Vegr：从排气回流阀的下游到气缸入口为止的容积[cm3]
Vc：内燃机的每个气缸的气缸行程容积[cm3]。

7.  如权利要求6所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
将所述式(17)所使用的从所述排气回流阀的下游到所述气缸入口为止的容积Vegr作为所述节流阀下游到所述气缸入口为止的容积Vs。

说明书内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及内燃机的控制装置，更详细而言，涉及用于精确计算气缸吸入空气量以及气缸吸入排气回流量的内燃机控制装置。
背景技术
为了对内燃机(也称为发动机，但在以下说明中称为内燃机)进行适当的控制，对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较为重要的。关于燃料控制，只要能进行反馈控制以喷射出相对于气缸吸入空气量达到目标空燃比的燃料量，就能获得大体良好的控制特性，而关于点火时期控制，不仅需要根据内燃机转速和气缸吸入空气量进行控制，还需要根据其它因素、例如内燃机温度、爆震产生状况、燃料性状、以及EGR(Exhaust Gas Recirculation：废气再循环)流量与吸入空气量的比即EGR率等，通过内燃机的输出达到最大的点火提前角(以下称为MBT。MBT：Minimum Spark Advance for Best Torque：最佳转矩时的最小点火提前角)来进行控制。在对MBT产生影响的上述因素中，例如内燃机温度能由内燃机冷却水温度传感器检测，爆震产生状况能由爆震传感器检测，燃料性状即普通汽油或是高辛烷值汽油能根据爆震产生状况来判断。
关于EGR率，存在以下两种方法：在连结排气管和进气管的EGR通路中设置EGR阀，并基于其阀开度对EGR量进行控制的方法(以下称为外部EGR)；以及设置进气阀和排气阀的阀开关正时可变的可变阀正时机构(以下称为VVT。VVT：Variable Valve Timing：可变阀正时)，并利用该阀开关正 时来改变进气阀和排气阀同时打开的状态即重叠期间，以对因废气残留于气缸内而产生的EGR流量进行控制的方法(以下称为内部EGR)，或者，有时会同时使用上述两种方法。关于外部EGR率，能够根据EGR阀的开度、排气压力、以及进气管内压力来计算大概的EGR流量。
此外，关于上述具有能使进气阀及排气阀的阀开关正时可变的进排气VVT的内燃机，由于从进气歧管吸入到气缸内的空气量会随阀门正时而产生较大变化，因此若不考虑阀门正时带来的影响，吸入到气缸内的空气量的计算精度可能会下降。而且，近年来，一般以内燃机的输出转矩为指标来进行内燃机控制，在对该输出转矩进行推算的情况下，热效率也会根据气缸吸入空气量和EGR率而发生变化。因此，无论是为了计算出上述MBT，还是为了推算出转矩、热效率，都需要高精度地计算出气缸吸入空气量和EGR率。
因此，专利文献1公开了一种即使在具有上述进排气VVT的内燃机中也能高精度地计算气缸吸入空气量的技术。专利文献1公开了如下方法：基于表示从进气歧管进入到气缸内的空气量的指标即体积效率等效值、以及将通过节流阀的空气进入到上述气缸内为止的进气系统的响应延迟进行建模而得到的物理模型、从而推算气缸吸入空气量，在该方法中，基于被称为进气效率和排气效率的这两个内部变量来计算体积效率等效值。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2013-194587号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在专利文献1、专利文献2所记载的方法中，未考虑EGR流量， 在外部EGR被导入到进气歧管内时，实际的体积效率系数会产生变化，从而存在计算出的气缸吸入空气量与实际吸入的空气量产生差异的问题。同样地，由于也没有考虑EGR流量的体积效率变化，因而还存在与实际吸入到气缸中的外部EGR流量存在差异的问题。
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控制装置，能更准确地计算体积效率修正系数，从而能更准确地推算流入气缸的空气量以及外部EGR流量。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明所涉及的内燃机的控制装置的特征在于，包括：
吸入空气量检测单元，该吸入空气量检测单元对通过设置于内燃机进气管的节流阀而被吸入所述内燃机的吸入空气量进行检测；
体积效率等效值计算单元，该体积效率等效值计算单元计算表示从所述节流阀下游的进气管进入到所述内燃机的气缸内的空气量的指标、即体积效率等效值；
物理模型，该物理模型对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建模；
排气回流路，该排气回流路使所述节流阀下游的进气管与排气管相连；
排气回流阀，该排气回流阀使所述排气回流路打开、关闭从而控制排气回流量；
排气回流量计算单元，该排气回流量计算单元对通过所述排气回流路而被吸入到进气管的所述排气回流量进行计算；以及
进气管内密度检测单元，该进气管内密度检测单元能检测所述节流阀下游的进气管内的密度及密度变化，作为进气管内密度与进气管内密度变化量，
所述体积效率等效值基于所述吸入空气量、所述排气回流量、所述进气管内密度、以及所述进气管内密度变化量而算出，
基于所述吸入空气量、所述体积效率等效值、以及所述物理模型来推 算实际吸入到所述气缸内的空气量、以及实际吸入到所述气缸内的排气回流量。
发明效果
根据本发明所涉及的内燃机的控制装置，由于在将进气系统的响应延迟进行建模后得到的物理模型中考虑外部排气回流量，因此能高精度地计算吸入气缸的空气量，并且进一步基于吸入空气量、进气管内密度、以及进气管内密度变化量来计算该物理模型所使用的体积效率等效值，从而能实时且高精度地进行计算，能推算实际吸入到所述气缸内的空气量以及实际吸入到所述气缸内的排气回流量。
附图说明
图1是简要表示应用本发明的实施方式1所涉及的内燃机控制装置的内燃机的结构图。
图2是表示本发明实施方式1所涉及的内燃机的控制装置的模块结构图。
图3是示出本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的气缸吸入空气量的计算处理的流程图。
图4是示出本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的气缸EGR流量的计算处理的流程图。
图5是示出本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的EGR流量的计算处理的流程图。
图6是表示本发明实施方式1所涉及的内燃机的控制装置所使用的EGR阀开度-开口面积特性的映射图。
图7是示出本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的体积效率修正系数的计算处理的流程图。
具体实施方式
实施方式1
下面，参照附图，详细说明本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置。图1是简要表示应用本发明的实施方式1所涉及的内燃机控制装置的内燃机的结构图。在图1中，在内燃机1的进气系统上游设置有测定吸入空气量的气流传感器(以下称为AFS。AFS：Air Flow Sensor：气流传感器)2。在AFS2下游设置有能进行电气控制的电子控制节流器4，以对吸入空气量进行调整。另外，为了对电子控制节流器4的开度进行测定，设置有节流开度传感器3。此外，也可以使用例如基于节流开度来推算吸入空气量等其它测定吸入空气量的单元来代替AFS2。
另外，还设有用于对包含设置在节流器4下游的气室5以及进气歧管6内部在内的空间(以下称为进气歧管)的压力(以下称为进气歧管压)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，也可以使用近似地对外部气体进行测量的温度传感器、例如内置于AFS2的温度传感器，根据严格来讲是不同温度的外部气温来对进气歧管温度进行推算，以代替设置测量进气歧管温度的进气温度传感器8。
在包含进气歧管6及内燃机1的缸内部在内的进气阀附近设有用于喷射燃料的喷射器9，进气阀及排气阀分别设有用于使阀门正时可变的进气VVT(VVT：Variable Valve Timing：可变气门正时)10和排气VVT11，气缸盖上设有用于对火花塞进行驱动的点火线圈12，该火花塞用于在气缸内产生火花。在排气歧管13中设置有未图示的氧气传感器、催化剂。
排气歧管13和气室5通过排气回流路(以下称为EGR流路)14进行连接。EGR流路14中设有用于对排气回流量(以下称为EGR流量)进行控制的排气回流阀(以下称为EGR阀)16，并设有EGR阀开度传感器15来测定EGR阀16的开度。
图2是表示本发明实施方式1所涉及的内燃机的控制装置的模块结构图。在图2中，将AFS2所测得的吸入空气量Qa、节流开度传感器3所测得的电子控制节流器4的开度θ、进气歧管压传感器7所测得的进气歧管压Pb、进气温度传感器8所测得的进气歧管温度Tb、EGR阀开度传感器15所测得的EGR阀16的开度Est、以及大气压传感器17所测得的大气压Pa输入电子控制单元(以下称为ECU。ECU：Electric Control Unit、电子控制单元)20。
此外，可以使用对大气压进行推算的单元，也可以使用内置于ECU20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17。另外，将来自上述以外的各种传感器(包含未图示的油门开度传感器、曲柄角度传感器)18的测定值也都输入ECU20。
ECU20包括EGR流量计算单元21、作为体积效率等效值计算单元的体积效率修正系数计算单元22、进气歧管密度计算单元23、气缸吸入空气量计算单元24、气缸吸入EGR流量计算单元25、以及控制量计算单元26。EGR流量计算单元21根据EGR阀开度Est来计算EGR流量Qae。接着，体积修正系数计算单元22根据由AFS2测定到的吸入空气量Qa、EGR流量Qae、以及由进气歧管密度计算单元23计算出的进气歧管密度ρb来计算体积效率修正系数Kv。气缸吸入空气量计算单元24根据上述计算出的体积效率修正系数Kv和吸入空气量Qa来计算气缸吸入空气量Qc。
气缸吸入EGR流量计算单元25根据体积效率修正系数Kv和EGR流量Qae来计算气缸吸入EGR流量Qce。控制量计算单元26基于气缸吸入空气量Qc和气缸吸入EGR流量Qce来计算对喷射器9、点火线圈12等进行驱动的控制量，并驱动喷射器9、点火线圈12等。此外，ECU20根据油门开度等所输入的各种数据来计算内燃机1的目标转矩，并计算出要达到所算出的目标转矩的目标气缸吸入空气量，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，来达到目标气缸吸入空气量，并将这些算出的值作 为目标值，来对电子控制节流器4的开度、进气VVT10以及排气VVT11的相位角进行控制。此外，根据需要也对其它各种致动器进行控制。
接着，对图1中的气缸吸入空气量计算单元24、即用于在EGR阀16打开使得排气歧管13与气室5通过EGR流路14相连时，根据由AFS2测量到的吸入空气量计算气缸吸入空气量的进气系统物理模型进行详细说明。
这里，进行如下定义((n)：行程数)。
Qa(n)：由AFS2计算出的吸入空气量[g/s]在一个行程内的平均值
Qae(n)：根据EGR阀开口面积计算出的EGR流量[g/s]在一个行程内的平均值
Qc(n)：气缸吸入空气流量[g/s]在一个行程内的平均值
Qce(n)：气缸吸入EGR流量[g/s]在一个行程内的平均值
T(n)：一个行程(四气缸内燃机为180[degCA]，三气缸内燃机为240[degCA])的时间[s]
Vs：从节流器下游到各气缸入口为止的进气管容积[cm3]
Vegr：从EGR阀下游到各气缸入口为止的进气管容积[cm3]
Vc：每个气缸的气缸行程容积[cm3]
ρb(n)：进气歧管内的新鲜气体密度[g/cm3]在一个行程内的平均值
Kv(n)：作为从进气歧管进入气缸的空气的体积效率等效值的体积效率修正系数
Kvegr(n)：从进气歧管进入气缸的EGR的体积效率修正系数
若在从节流器下游到各气缸入口为止的进气管容积Vs[cm3]所示的区域中，仅关注经由节流器进入进气歧管(下面称为新鲜气体)，并对内燃机的一个行程应用质量守恒定律，则成立下式(1)。
【数学式1】
Qa(n)T(n)-Qc(n)T(n)={ρb(n)-ρb(n-1)}·Vs…(1)
接着，若使用从进气歧管进入气缸的EGR的体积效率修正系数Kv(n)，则一个行程内的气缸进气量由下式来表示。
【数学式2】
Qc(n)T(n)=Kv(n)·ρb(n)·Vc       …(2)
另外，由于在正常运行时Qa(n)T(n)与Qc(n)T(n)相等，因此可以通过将式(2)的左边替换为Qa(n)T(n)，从而能在内燃机控制常数适配时计算出体积效率修正系数Kv。
接着，将式(2)代入式(1)，消去ρb(n)，并对Qc(n)T(n)进行求解，则得到下式(3)。
【数3】


式中，K为滤波常数。
利用式(3)，理论上能根据由AFS2测量到的吸入空气量Qa(n)T(n)来高精度地计算气缸吸入空气量Qc(n)T(n)，从而能根据气缸吸入空气量Qc(n)T(n)计算填充效率并用于各种内燃机控制。
这里，若对式(3)进一步变形，则得到下式。
【数学式4】
Qc(n)T(n)Kv(n)=K·Qc(n-1)T(n-1)Kv(n-1)·+(1-K)·Qa(n)T(n)Kv(n)···(4)]]>
式(4)在与内燃机的旋转同步的、例如每隔规定曲柄角度进行中断的处理中意味着数字低通滤波，由此可知内燃机的进气系统为一阶滞后单元。
此外，若在上述关系式中，将节流阀换成EGR阀，将Qa(n)换成Qae(n)，将Qc(n)换成Qc(n)，将Vs换成Vegr，并进行同样的计算，则得到下式。
【数学式5】


利用式(5)，理论上能根据利用EGR开口面积计算出的EGR流量Qae(n)T(n)来高精度地计算气缸吸入EGR流量Qce(n)T(n)，从而能根据气缸吸入EGR流量Qce(n)T(n)和气缸吸入空气量Qc(n)T(n)计算EGR率并用于各种内燃机控制。这里，为方便起见，可以将从EGR阀下游到各气缸入口为止的进气管容积Vegr[cm3]与从节流器下游到各气缸入口为止的进气管容积Vs[cm3]视为相同来处理。通过将从EGR阀下游到各气缸入口为止的进气管容积Vegr与从节流器下游到各气缸入口为止的进气管容积Vs视为相同来处理，从而能将计算气缸吸入空气量Qc时的滤波常数K与计算气缸吸入EGR流量Qce时的Kegr视为相同来处理。
下式(6)由气缸吸入EGR流量计算单元25来进行运算。
【数学式6】


接着，对在ECU20内实现上式(3)的方法、即在每隔规定曲柄角度进行中断的处理(例如，每隔BTDC05[degCA]就中断的处理(B05处理))内由气缸吸入空气量计算单元24来计算气缸吸入空气量的处理内容进行详细说明。图3是示出本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的气缸吸入空气量的计算处理的流程图。图3中，在步骤301中计算内燃机的一个行程内 的实际吸入空气量a(n)T(n)[g]。为了实现该步骤，例如在AFS2是质量流量计的情况下，每隔例如1.25[ms]对AFS2的输出电压进行采样并累计，从而能够根据从前一次中断处理到本次中断处理之间的累计值来计算一个行程内的实际吸入空气量Qa(n)T(n)[g]。另外，在AFS2是体积流量计的情况下，能够基于标准大气密度、大气压及进气温度将体积转换为质量，由此来进行计算。
接着，在步骤302中计算EGR流量Qae(n)T(n)，该步骤302相当于图2的EGR流量计算单元21，该部分将在后文阐述。
接着，在步骤303中计算体积效率修正系数Kv(n)，该步骤303相当于图2的体积效率修正系数计算单元22，该体积效率修正系数Kv(n)的计算部将在后文详细阐述。在接下来的步骤304中，根据式(3)内的滤波常数K的计算式来计算滤波常数K。在接下来的步骤305中，根据式(3)内的滤波运算式来计算实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)[g]，这里参照的一个行程前的体积效率修正系数Kv(n-1)使用在步骤306中存储的一个行程前的体积效率修正系数Kv(n-1)来实现。
在接下来的步骤307中，对步骤305中计算出的实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)[g]进行存储。另外，步骤308意味着对步骤305中使用的一个行程前的实际气缸吸入空气量Qc(n-1)T(n-1)[g]进行存储。通过上述那样使用了体积效率修正系数Kv(n)的简单运算，能够高精度地对实际气缸吸入空气量Qc(n)T(n)[g]进行计算。
接着，对在ECU20内实现式(6)的方法、即在每隔规定曲柄角度进行中断的处理(例如，每隔BTDC05[degCA]就中断的处理(B05处理))内由气缸吸入EGR流量计算单元25计算气缸EGR流量的处理内容进行详细说明。图4是示出本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的气缸EGR流量的计算处理的流程图。图4所示的流程图的步骤401～步骤404的处理与上述步 骤301～304相同，因此这里省略说明。
在接下来的步骤405中，根据式(6)内的滤波运算式来计算实际气缸吸入EGR流量Qce(n)T(n)[g]，这里参照的一个行程前的体积效率修正系数Kv(n-1)通过使用在步骤406中存储的一个行程前的体积效率修正系数Kv(n-1)来实现。在接下来的步骤407中，对步骤405中计算出的实际气缸吸入EGR流量Qce(n)T(n)[g]进行存储。另外，步骤408意味着对步骤405中使用的一个行程前的实际气缸吸入量Qc(n-1)T(n-1)[g]进行存储。通过上述那样使用了体积效率修正系数Kv(n)的简单运算，能够高精度地对实际气缸吸入EGR流量Qce(n)T(n)[g]进行计算。
接着，对图2的EGR流量计算单元21的EGR流量的计算处理进行说明。图5是示出本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的EGR流量的计算处理的流程图。图5中，首先在步骤501中，基于EGR阀开度Est来求出EGR阀开口面积Segr。例如，预先准备EGR阀开度-开口面积特性。图6是表示本发明实施方式1所涉及的内燃机的控制装置所使用的EGR阀开度-开口面积特性的映射图。例如，预先准备该图6所示的映射。由于开口面积与流量成正比，因此也可以是EGR阀开度-流量特性。在该实施方式1中，根据图6所示的映射来计算与EGR阀开度Est相对应的EGR阀开口面积Segr。
接着，在步骤502中，计算排气音速αe。排气音速αe由下式(7)定义。
【数学式7】
αe=κ·R·Tex···(7)]]>
这里，κ：比热比(若为空气则为1.4)、R：气体常数[kJ/(kg·K)]、Tex：排气管内的温度[K]。
Tex可以通过在排气管内设置温度传感器来测量，也可以根据内燃机转速Ne与内燃机填充效率Ec(根据吸入空气量计算出)的映射等来计算。排气管内的音速αe是排气温度的函数，因此，也可以将预先计算出的结果作为 温度的映射，而不在ECU20内对上式(3)进行计算。
接着，在步骤503中计算EGR无量纲流量σe。EGR无量纲流量σe由下式(8)定义。
【数学式8】
σe=2κ-1[(PbPex)2κ-(PbPex)κ+1κ]···(8)]]>
这里，κ：比热比(若为空气则为1.4)、Pb：进气歧管压[kPa]、Pex：排气管内的压力[kPa]。
Pex可以通过在排气管内设置压力传感器来测量，也可以根据内燃机转速Ne与内燃机填充效率Ec(根据吸入空气量计算出)的映射等来计算。由于无量纲流量σe是排气管内的压力Pex与进气歧管压Pb之比的函数，因此也可以将预先计算出的结果来作为排气管内的压力Pex与进气歧管压Pb之比的映射，而不在ECU20内对上式(8)进行计算。
接着，在步骤504中计算排气密度ρe。排气密度ρe由下式(9)定义。
【数学式9】
ρe=PexR·Tex···(9)]]>
这里，Pex：排气管内的压力[kPa]、R：气体常数[kJ/(kg·K)]、Pex：排气管内的温度[K]。
Pex、Tex可以与上式(7)、式(8)同样地来求得。
接着，在步骤505中计算EGR流量Qae。EGR流量Qae由下式(10)定义。
【数学式10】
Qae=Segr·αe·σe·ρe            …(10)
这里，Segr：EGR阀开口面积[mm2]、Qae：EGR流量[g/s]、αe：排气管内的音速[m/s]、σe：无量纲流量[]、ρe：排气管内的密度。
由此，能计算EGR流量Qae。
接着，对图2所示的体积效率修正系数计算单元22的细节进行说明。利用上式(1)、式(2)求得的式(3)是用于根据由AFS2测量到的吸入空气量Qa(n)T(n)计算气缸吸入空气量Qc(n)T(n)的式子，若将式(2)代入式(1)，消去Qc(n)T(n)，并对Kv(n)进行求解，则算出下式。
【数学式11】
Kv(n)=Qa(n)T(n)-{ρb(n)-ρb(n-1)}·Vsρb(n)·Vc···(11)]]>
这里，进气歧管密度ρb(n)[g/cm3]可以利用进气歧管压传感器7测量到的进气歧管压Pb(n)[kPa]、进气温度传感器8测量到的进气歧管温度Tb(n)[K]、以及气体常数R[kJ/(kg·K)]，并利用下式(12)表示的状态方程来计算。
【数学式12】
ρb(n)=pb(n)RTb(n)···(12)]]>
进气歧管密度ρb(n)由进气歧管密度计算单元23计算出。通过使用式(12)从而能容易地根据进气管内压力和进气管内温度计算进气管内密度和进气管内密度变化量。
此外，在连接有外部EGR装置的情况下，对式(11)添加外部EGR流量Qae(n)，因此得到下式(13)。
【数学式13】
Kv(n)={Qa(n)+Qae(n)}T(n)-{ρb(n)-ρb(n-1)}·Vsρb(n)·Vc···(13)]]>
由此，利用式(13)，能根据AFS2、进气歧管压传感器7、进气温度传感器8的输出值、以及EGR流量Qae来实时地计算体积效率修正系数Kv(n)。由于空气与EGR的成分不同，因此严格来说气体成分不同，上式(13)并不能准 确地成立，但由于与严格区分气体成分的情况的计算精度差在2～3[%]，因此为方便起见，可以忽略气体成分。
然而，考虑这些传感器输出值大多会混入微小的测量噪声，即使利用式(13)计算出的体积效率修正系数Kv(n)来对式(3)进行运算，也可能会产生误差。该情况下，对利用式(13)计算出的体积效率修正系数Kv(n)进行滤波处理，使噪声分量衰减，并利用噪声分量衰减后的体积效率修正系数来进行式(3)的运算是有效的。
具体而言，若将作为滤波后体积效率等效值的滤波后的体积效率修正系数设为Kvf(n)，则能利用下式(14)来实施滤波处理(K1：滤波常数。例如使用0.9～0.99左右的值)。通过进行滤波处理，从而能抑制传感器输出值的微小测量噪声对体积效率修正系数的影响。
【数学式14】
Kvf(n)=K1·Kvf(n-1)+(1-K1)·Kv(n)       …(14)
另外，这里举了一次低通滤波处理作为使噪声分量衰减的方法的具体例，但除此以外，也可以对过去几个行程内的值进行单纯的移动平均处理，也可以进行对过去几个行程内的各个数据进行不同的权重来计算平均值的加权移动平均处理等。式(3)内的体积效率修正系数Kv(n)使用该滤波处理后的体积效率修正系数Kvf(n)。
接着，参照流程图，对在ECU20内实现上式(12)～(14)的方法、即在每隔规定曲柄角度进行中断的处理(例如，每隔BTDC05[degCA]就中断的处理(下文为B05处理))内由体积效率修正系数计算单元22计算体积效率修正系数的处理内容进行详细说明。图7是示出本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的体积效率修正系数的计算处理的流程图。图7中，在步骤701中由进气歧管压传感器7获取进气歧管压Pb(n)。而由于进气歧管压大多会与阀的开关同步地进行振动，因此也可以与上述步骤301中由AFS2计算一个行程内的实际吸入空气量Qa(n)T(n)[g]的方法同样地，每隔例如1.25[ms] 对进气歧管压传感器的输出电压进行采样并累计，通过将前一次中断处理到本次中断处理之间的累计值除以累计次数来计算一个行程内的进气歧管压平均值，并将其作为进气歧管压Pb(n)。
接着，在步骤702中，由进气温度传感器8获取进气歧管温度Tb(n)。对于进气歧管温度也可以与进气歧管压同样地使用一个行程内的平均值，但温度传感器的响应性通常比压力传感器差，因此也可以使用瞬时值。在接下来的步骤703中，利用上式(12)来计算进气歧管密度ρb(n)。然后，在步骤704中计算一个行程内的实际吸入空气量Qa(n)T(n)[g]，只要使用上述步骤301中计算出的Qa(n)T(n)[g]即可。在步骤705中计算一个行程内的EGR流量Qae(n)T(n)[g]，只要使用上述步骤505中计算出的Qae(n)T(n)[g]即可。步骤706中，通过对前一行程的步骤703中计算出的进气歧管密度进行存储，从而能在当前行程中作为进气歧管密度前次值ρb(n-1)来使用。
接着，在步骤707中，利用步骤703中计算出的进气歧管密度ρb(n)、步骤704中计算出的一个行程内的实际吸入空气量Qa(n)T(n)[g]、步骤705中计算出的一个行程内的EGR流量Qae(n)T(n)[g]、以及步骤706中存储的进气歧管密度前次值ρb(n-1)，并利用式(13)，从而能计算出体积效率修正系数Kv(n)。在接下来的步骤708中，实施用于使叠加在体积效率修正系数Kv(n)中的噪声分量衰减的滤波处理。滤波处理是式(14)所示的运算，但在该运算中需要使用滤波处理结果的前次值、即Kvf(n-1)。
因此，在步骤709中对滤波处理结果、即滤波后体积效率修正系数Kvf(n)进行储存，在步骤710中，对前一行程的步骤709中储存的滤波后体积效率修正系数进行存储，从而在当前行程中能作为滤波后体积效率修正系数前次值Kvf(n-1)进行使用。由此，能通过简单的运算，来根据AFS2、进气歧管压传感器7、进气温度传感器8的输出值、以及EGR流量Qae，从而高精度地计算体积效率修正系数Kv(n)以及滤波后体积效率修正系数Kvf(n)。
如上所述，根据本发明实施方式1的内燃机的控制装置，通过实时地计算将考虑了外部EGR的进气系统的响应延迟进行建模后的物理模型、以及该物理模型所使用的体积效率等效值，从而无需庞大的存储容量，就能利用较少的适配常数和较少的运算负荷来高精度地推算出气缸吸入空气量和气缸吸入EGR流量，由此恰当地控制内燃机。
另外，对于本发明，可以在本发明范围内，对实施方式进行适当的变形、省略。
标号说明
1  内燃机
2  AFS
3  节流开度传感器
4  电子控制节流器
5  气室
6  进气歧管
7  进气歧管压传感器
8  进气温度传感器
9  喷射器
10 进气VVT
11 排气VVT
12 点火线圈
13 排气歧管
14 EGR通路
15 EGR阀开度传感器
16 EGR阀
17 大气压传感器
20 ECU