发动机控制系统.pdf

一种发动机控制系统，构造用于提高流入燃烧室的新鲜进气量和总进气量的估计精度。该发动机控制系统构造成使用用于目标EGR比率的基本延迟过程来估计EGR比率估计值Regr，根据EGR比率估计值Regr来计算容积效率等效值，根据EGR比率估计值Regr和容积效率等效值Kin的容积效率等效值变化率Kin/Kinn－1来估计流入燃烧室的新鲜进气估计值Qac，以及根据估计的新鲜进气值Qac和估计的EGR比率值Regr来估计包括EGR气体的总进气量估计值Qsco2。

1.  一种发动机控制系统，包括：
新鲜进气量检测部分，构造用于输出穿过进气通道的新鲜进气量的检测值。
效率计算部分，构造用于计算容积效率等效值；以及
新鲜进气量估计部分，构造用于根据新鲜进气量的检测值和容积效率等效值的变化估计流入燃烧室的新鲜进气量的预测值。

2.  如权利要求1所述的发动机控制系统，进一步包括：
空气调节部分，构造用于在不改变穿过进气通道的新鲜进气量的检测值的情况下，确定吸入燃烧室的新鲜进气量的偏差，以及
新鲜进气量估计部分还构造用于根据由空气调节部分所确定的操作状态来调节计算容积效率等效值。

3.  如权利要求1所述的发动机控制系统，进一步包括：
EGR控制部分，构造用于控制EGR趋向目标EGR比率和目标EGR量中的至少一个，以及
EGR估计部分，构造用于根据目标EGR比率和目标EGR量中的至少一个来估计实际EGR比率和实际EGR量中的至少一个的预测的EGR值，
效率计算部分构造用于根据预测的EGR值计算容积效率等效值。

4.  如权利要求3所述的发动机控制系统，进一步包括：
总进气量等效值估计部分，构造用于根据预测的EGR值和新鲜进气量的预测值估计流入燃烧室的预测的总进气量等效值。

5.  如权利要求4所述的发动机控制系统，进一步包括：
设置在新鲜进气量检测装置和燃烧室之间的进气通道中的增压压缩机和中间冷却器中的至少一个。

6.  如权利要求3所述的发动机控制系统，进一步包括：
设置在新鲜进气量检测装置和燃烧室之间的进气通道中的增压压缩机和中间冷却器中的至少一个。

7.  如权利要求1所述的发动机控制系统，其中
效率计算部分构造用于按下式计算容积效率等效值：
Kin = f ( Ne ) × G ( Regr ) × Pcol Pa ]]>
其中：
Kin是容积效率等效值，
Ne是发动机转动速度(RPM)，
Regr是预测的EGR比率值，
Pcol是增压压力，以及
Pa是大气压力。

8.  如权利要求1所述的发动机控制系统，其中
新鲜进气量估计部分构造用于按下式估计新鲜进气量的预测值：
Qac = Qa c n - 1 Kin n - 1 × Kkvol + Qacb 1 + Kkvol Kin ]]>以及 Kkvol = 120 × Vcol Ve × Ne × dT ]]>
其中：
Qac是吸入燃烧室的新鲜进气量的预测值，
Kin是容积效率等效值，
Qacb是检测到的进气量值，
Qac_n-1是Qac的上次计算值，
Kin_n-1是Kin的上次计算值，
Ne是发动机转动速度(RPM)，
Vcol是收集器容量，
Ve是排气量，
dT是计算间隔。

9.  如权利要求1所述的发动机控制系统，进一步包括：
进气阀控制部分，构造用于控制调节可变进气阀机构，以及
进气阀操作状态预测部分，构造用于预测可变进气阀机构的操作状态，
效率计算部分，构造用于根据预测的可变进气阀机构的操作值来计算容积效率等效值。

10.  如权利要求9所述的发动机控制系统，其中效率计算部分构造用于按下式计算容积效率等效值：
Kin = f ( Ne ) × G ( Rvlv ) × Pcol Pa ]]>
其中：
Kin是容积效率等效值，
Ne是发动机转动速度(RPM)，
Rvlv是可调节的进气阀实际操作等效值，
Pcol是增压压力，以及
Pa是大气压力。

11.  如权利要求1所述的发动机控制系统，其中
效率计算部分构造用于按下式计算容积效率等效值：
f ( Ne ) × G ( Rvlv ) × Pcol Pa ]]>
其中
Kin是容积效率等效值，
Ne是发动机转动速度(RPM)，
Rvlv是可调节的进气阀实际操作等效值，
Pcol是增压压力，以及
Pa是大气压力。

12.  如权利要求2所述的发动机控制系统，其中效率计算部分构造用于按下式计算容积效率等效值：
Kin = f ( Ne ) × G ( Rvlv ) × Pcol Pa ]]>
其中：
Kin是容积效率等效值，
Ne是发动机转动速度(RPM)，
Rvlv是可调节的进气阀实际操作等效值，
Pcol是增压压力，以及
Pa是大气压力。

13.  如权利要求2所述的发动机控制系统，进一步包括：
EGR控制部分，构造用于控制EGR趋向目标EGR比率和目标EGR量中的至少一个，以及
EGR估计部分，构造用于根据目标EGR比率和目标EGR量中的至少一个来估计实际EGR比率和实际EGR量中的至少一个的预测的EGR值，
效率计算部分，构造用于根据预测的EGR值计算容积效率等效值。

14.  如权利要求13所述的发动机控制系统，进一步包括：
总进气量等效值估计部分，构造用于根据预测的EGR值和新鲜进气量的预测值估计流入燃烧室的预测的总进气量等效值。

15.  如权利要求14所述的发动机控制系统，进一步包括：
设置在新鲜进气量检测装置和燃烧室之间的进气通道中的增压压缩机和中间冷却器中的至少一个。

16.  如权利要求13所述的发动机控制系统，进一步包括：
设置在新鲜进气量检测装置和燃烧室之间的进气通道中的增压压缩机和中间冷却器中的至少一个。

17.  一种发动机控制系统，包括：
新鲜进气量检测装置，用于输出穿过进气通道的新鲜进气量的检测值。
效率计算装置，用于计算容积效率等效值；以及
新鲜进气量估计装置，用于根据新鲜进气量的检测值和容积效率等效值的变化估计流入燃烧室的新鲜进气量的预测值。

18.  一种发动机控制系统，包括：
EGR控制部分，构造用于控制EGR趋向目标EGR比率和目标EGR量中的至少一个，以及
EGR估计部分，构造用于根据目标EGR比率和目标EGR量中的至少一个来估计实际EGR比率和实际EGR量中的至少一个的预测的EGR值，
新鲜进气量检测部分，构造用于输出穿过进气通道的新鲜进气量的检测值。
新鲜进气量估计部分，构造用于根据新鲜进气量的检测值和预测的EGR值来估计流入燃烧室的新鲜进气量的预测值。
总进气量等效值估计部分，构造用于根据新鲜进气量的预测值和EGR的预测EGR值来估计流入气缸的预测的总进气量等效值。

19.  一种控制发动机的方法，包括：
检测和输出穿过进气通道的新鲜进气量的检测值；
计算容积效率等效值；以及
根据新鲜进气量的检测值和容积效率等效值的变化，估计流入燃烧室的新鲜进气量的预测值，以用于控制发动机的操作。

发动机控制系统
发明领域
本发明一般涉及一种发动机控制系统。具体地，本发明一般涉及一种目的在于提高流入燃烧室的新鲜进气量和总进气量的估计精度的技术。
发明背景
在内燃机如柴油发动机中，广泛地使用了废气再循环系统(EGR系统)，其中一部分废气再循环以降低燃烧温度，从而减少氮氧化物(NO_x)的排放。在一些传统的发动机控制系统中，一些柴油发动机采用了空气流量计来检测新鲜进气量的值，并向用于最大烟气限度控制和EGR控制的发动机控制系统输出检测的新鲜进气量的值。
公开号为2001-123873的日本公开专利披露了一个这种发动机控制系统的例子。类似地，在一些汽油发动机中也使用了空气流量计来检测新鲜进气量的值，以用于汽油发动机的各种控制。
基于上面所述，本领域普通技术人员显然可从在此公开的内容中发现存在一种对改进的发动机控制系统的需要。本发明正是针对本领域的这种需要以及其他需要，根据在此公开的内容，这对于本领域普通技术人员来说也将变得清楚明白。
发明内容
然而，人们已经发现，在由空气流量计输出的、检测到的新鲜进气量值与实际流入燃烧室的新鲜进气量值之间存在着不可避免的延迟与滞后，这是由于进气通道中，从空气流量计向上到达燃烧室之间的容量所导致的。更具体地，空气流量计一般安装在发动机增压器的压缩机和中间冷却器的上游，该发动机装有增压器。这样，上面提到的容量就会较大，而响应延迟也就更大。这种类型响应延迟的产生是危险的，因为设定值的控制精度，例如燃料喷射量，会利用该测量到的新鲜进气量值。具体地，在变换期间，如加速和减速时，排气性能和动力性能会降低。
此外，如果EGR气体被引入装配有EGR系统的发动机空气流表下游侧的进气通道，则流入燃烧室的进气量(等同于进入氧气量)相对于由空气流量计检测到的新鲜进气量的检测值会更大一些。因此，估计的流入燃烧室的进气量值通常还需考虑到EGR量来进行估计。因为直到EGR气体出现引起进气量的变化，前述容积的影响也会产生响应延迟和滞后。然而，要使对流入燃烧室的新鲜进气量和总进气量的估计具有较高的精度是很困难的。
在发动机中，操作状态通过可调整进气阀而变化。更具体地，在瞬间操作中，由空气流量计检测到的新鲜进气量与实际抽到气缸中的总进气量之间有一个偏差。也可以这样理解，排放和可操作性根据决定进气量的最重要的参数以同样方式受到影响，例如，需要的喷射周期或点火周期难于设定，以及燃烧要求中气-油比率的不规律和差异性。
本发明考虑到了上述问题。本发明的一个目的就是要提供一种新的发动机控制系统，该系统可显著提高流入到燃烧室的新鲜进气量和进气量的估计精度。
因此，根据本发明的一个方面，提供了一种发动机控制系统，它基本上包括新鲜进气量检测部分、效率计算部分、以及新鲜进气量估计部分。新鲜进气量检测部分构造用于输出通过进气通道的新鲜进气量的检测值。效率计算部分构造用于计算容积效率等效值。新鲜进气量估计部分构造用于根据检测到的新鲜进气量和容积效率等效值的变化来估计预测的流入燃烧室的新鲜进气量值。
本发明这些和其他的目的、特征、内容和优点将通过以下的具体描述而对本领域普通技术人员来说变得清楚明白，该具体描述与附图相结合，披露了本发明的优选实施例。
下面参照附图，这些附图构成了原始公开内容的一部分：
图1是根据本发明一个实施例的、装有发动机控制系统的柴油发动机地示意图；
图2是表示根据本发明、发动机控制系统进行运算处理的运算流程图，该运算处理用于获得估计的新鲜进气值和估计的总进气量；
图3是表示接近加速转换期时估计的和试验的燃烧比特性的一组时间图；
图4是表示接近加速转换期时EGR比率、新鲜进气量、总进气量、燃料喷射量的一组时间图；
图5是表示接近加速转换期时车辆加速特性的一时间图；
图6是用于表示根据本发明的发动机控制系统所获得的优点的一组特性图；
图7是表示根据本发明另一实施例、发动机控制系统进行运算处理的运算流程图，该运算处理用于获得估计的新鲜进气值和估计的总进气量。
下面将参考附图解释本发明所选择的实施例。根据此公开内容，本领域普通技术人员将会明白本发明，以下对于本发明实施例的描述只是用于举例说明，而不是起限制本发明的目的，本发明的保护范围由随附的权利要求及其同等内容所限定。
首先参考图1，表示了根据本发明第一实施例、用于内燃机，如增压柴油发动机1的发动机控制系统。根据本发明的发动机控制系统还可应用到汽车所用的其他内燃机及类似物中。发动机1最好具有一相对较大的废气再循环(EGR)量。使用本发明的发动机控制系统，显而易见地能够提高流入燃烧室的估计新鲜进气量的估计精度，包括在如加速和减速的转换期。因此，利用检测到的新鲜进气量值，不但调整燃料喷射量的控制精度可以提高，排气性能和动力性能也可得到提高。
发动机1具有一排气通道2和带有收集器3a的进气通道3。一EGR通道4连接排气通道2和进气通道3的收集器3a。发动机1的运行由发动机控制单元5所控制。更具体地，该控制单元5最好包括一具有控制程序的微型计算机，该控制程序如下所述控制发动机1。控制单元5还包括其他常规部件，如输入接口电路、输出接口电路和存储设备如ROM(只读存储器)设备和RAM(随机存取存储器)设备。控制单元5的微型计算机编程以控制发动机1的各部件。存储电路存储处理结果和由处理器电路运行的控制程序。控制单元5以常规方式可操作地连接到发动机1的各部件。控制单元5的内部RAM存储运行标志和各种控制数据的状态。控制单元5能够根据控制程序选择性地控制该控制系统的任一部件。根据本公开内容，对于本领域普通技术人员来说很显然，控制单元5的精密结构和算法可以是执行本发明功能的硬件和软件的任意组合。换句话说，在说明书和权利要求书中所使用的“装置加功能”的条款应当包括任何用于实现该“装置加功能”条款功能的结构或硬件和/或算法或软件。
基本上，本发明的控制单元5设计成采用了一种新鲜进气量检测方法，以输出通过进气通道3的新鲜进气量的检测值；一种有效的计算方法，以计算容积效率等效值；以及一种新鲜进气量估计方法，根据新鲜进气量的检测值和容积效率等效值的变化来估计流入燃烧室的新鲜进气量的估计值。
一EGR阀6设置在EGR通道4中，并可操作地连接到发动机控制单元5。更好地，EGR阀6的阀门开度可由一个步进式电机或任何其他可连续可变控制EGR阀6的阀门开度的设备来连续可变地控制。EGR阀6的阀门开度由发动机控制单元5来控制，响应由发动机控制单元5从各操作状态传感器所接收的操作状态，来获得预定的EGR比率。换句话说，EGR阀6的阀门开度可变化地受控(EGR控制方法)，从而可变化地控制EGR比率达到由发动机控制单元5所设定的一目标EGR比率。例如，当发动机1操作在一低速、低负载区时，EGR比率设定到一较大的EGR比率，随着发动机速度和负载变得越大，EGR比率变得越低。
在进气通道3中邻近发动机1进气口处设置了一涡流控制阀9。该涡流控制阀9设计并设置成根据发动机1的操作状态在燃烧室19内部产生一涡流。涡流控制阀9由一执行器(未示出)所驱动，并响应来自控制单元5的控制信号打开或关闭。例如，在低负载和低速状态下，涡流控制阀9最好关闭，以便在燃烧室内部产生一涡流。涡流控制阀9是由控制单元5的空气调节部分所控制的一调节装置，用于改变抽入到燃烧室的新鲜进气量。在本发明的一个实施例中，控制单元5的新鲜进气量估计部分设计成根据涡流控制阀9的操作状态来调整容积效率等效值，如以下所述，涡流控制阀的操作状态由控制单元5的空气调节部分所确定。
发动机1最好还装配有一通用轨道燃料喷射设备10。在该通用轨道燃料喷射设备10中，当燃料由高压燃料泵11加压后，该燃料将通过高压染料供应通道12来输送，这样燃料就在一累积器(通用轨道)中累积。燃料接着从该累积器13分配到每个发动机气缸的多个燃料喷嘴14。控制单元5设计成控制每个燃料喷嘴14的喷嘴的开闭，来向发动机气缸喷射燃料。累积器13内的燃料压力由压力调节器(未示出)可变化地调节，在累积器13中设置了一燃料压力传感器15，用于检测燃料压力。燃料压力传感器15设计并设置成向控制单元5输出一燃料压力信号，该压力信号表示累积器13中燃料的压力。
在燃料泵11的上游设置了一燃料温度传感器16。燃料温度传感器16设计并设置用于检测燃料温度，并向控制单元5输出一表示燃料温度的信号。此外，在每个发动机气缸的燃烧室19中还设置了一常规点火塞，用于点燃各燃烧室19的燃料。
在排气涡轮22的上游侧设置有一大范围空气燃料比率传感器17。该空气-燃料比率传感器17设计并设置用于检测废气中的空气燃料的比率。因此，空气-燃料比率传感器17进一步设计和设置用于向控制单元5输出表示废气的空气-燃料比率的信号。
发动机1具有一可变容量涡轮增压器21，该增压器装配有一同轴排列的排气涡轮22和一压缩机23。压缩机23用作发动机控制系统的空气调节装置，它构造用于改变抽入燃烧室的新鲜进气量。换句话说，该压缩机是一个空气调节装置，它由控制单元5的空气调节部分所控制，用于改变或以别的方式影响抽入到燃烧室的新鲜进气量。在本发明的一个实施例中，控制单元5的新鲜进气量估计部分构造用于根据压缩机23操作状态调整容积效率等效值，压缩机操作状态由控制单元5的空气调节部分所决定。
排气涡轮22设置在排气通道2中EGR通道4与排气通道2连接部分的下游位置。为了改变涡轮增压器21的性能，涡轮增压器21设置了一可变喷嘴24或一设置在排气涡轮22的螺线形入口处的性能调节装置。换句话说，涡轮增压器21的能量可根据发动机操作状态而变化。例如，当排出气体流速相对较低时(如低速区)，通过减小可变喷嘴24的开度，就可以较好地获得涡轮增压器21的相对小的能量。另一方面，当排出气体流相对大(如高速区)，通过增大可变喷嘴24的开度，就可以较好地获得相对大的能量。可变喷嘴24最好由一设计成响应一控制压力(负控制压力)的薄膜执行器25来驱动，该控制压力由常规控制压力控制阀26产生。
发动机1的排气系统包括一设置在排气通道2中排气涡轮22下游侧的氧化催化转化器27。该氧化催化转化器27具有一氧化催化剂，用于氧化废气中包含的例如CO和HC。发动机1的排气系统还包括一NO_x截留催化转化器28，构造用于处理排气通道2中氧化催化转化器28下游侧的NO_x。这样，氧化催化转化器27和NO_x截留催化转化器28就顺序设置在排气通道2中排气涡轮22的下游侧。该NO_x截留催化转化器28设计并设置成在流入NO_x截留催化转化器28的废气中排放空气-燃料比率发生偏差时，吸收NO_x。这样，流入NO_x截留催化转化器28的废气中氧密度就下降。当废气中氧的浓度降低时，NO_x截留催化转化器28释放吸收的NO_x，并通过催化作用清洁废气，以执行净化的过程。
发动机1的排气系统还包括一废气后处理系统，如颗粒过滤器29(柴油颗粒过滤器：DPF)，该颗粒过滤器装配有收集并除去废气颗粒物质的催化剂(颗粒物质或“PM”)。颗粒过滤器29设置在NO_x截留催化转化器28的下游侧。颗粒过滤器29构造成例如具有一壁流蜂窝结构(另一通道端部阻塞型)，该结构具有一固体柱形过滤材料，如具有多个蜂窝状、其中形成有细小通道、且通道另一端封闭的堇青石。
发动机1的排气系统还包括分别设置在颗粒收集过滤器29入口侧和出口侧的过滤器入口温度传感器30和过滤器出口温度传感器31。温度传感器30和31设计和设置用于分别检测入口侧和出口侧的废气温度。这样，温度传感器30和31可进一步设计和设置用于向控制单元5输出分别表示入口侧和出口侧废气温度的信号。
由于颗粒过滤器29的压降随着废气颗粒物质的累积而变化，因而设置了一压差传感器32用于检测在颗粒收集过滤器29入口和出口之间的压差。当然，根据本发明内容，对于本领域普通技术人员来说很明显，也可不采用压差传感器32直接检测压差，而是在颗粒过滤器29的入口和出口设置独立的压力传感器，根据两个压力值来计算出压差。优选地，还可在颗粒收集过滤器29的下游侧设置一消声器(未示出)。
发动机1的进气系统最好包括一空气流量计35，该流量计设计和设置用于检测通过空气进气通道3的新鲜进气量。空气流量计35设置在进气通道3中压缩机23的上游侧。空气流量计35设计和设置用于向控制单元5输出一表示通过进气通道3的新鲜进气量的信号。
发动机1的进气系统最好还包括设置在空气流量计35上游侧的空气过滤器36和大气压力传感器37。大气压力传感器37设计和设置用于检测外界压力，即大气压。大气压力传感器37设置在空气过滤器36的入口处。大气压力设计和设置用于向控制单元5输出一表示进入进气通道3的外部空气压力。
发动机1的进气系统最好还包括一中间冷却器38，用于冷却高温增压空气。中间冷却器38设置在压缩机23和收集器3a之间的进气通道3中。
此外，发动机1的进气系统最好还包括一构造用于限制新鲜进气量的进气节流阀41。该进气节流阀41安装在进气通道3中进气通道3的收集器3a的入口侧。该进气节流阀41的开闭通过最好包括一步进式电机或类似物的执行器42、由发动机控制单元5的控制信号所驱动。进一步地，在收集器3a中设置了一检测增压压力的增压压力传感器44和检测进气温度的进气温度传感器45。
控制单元5设计和设置用于控制燃料喷射装置10的燃料喷射量和燃料喷射时间，EGR阀6的开度，可变喷嘴24的开度，以及发动机1的其他部件和功能。此外，除了上述安装在发动机1中的各种传感器外，控制单元5还设计和设置用于接收来自于检测加速踏板压下量的的加速位置传感器46、检测发动机旋转速度的发动机旋转速度传感器47，以及检测发动机冷却剂温度的温度传感器48的检测信号。
与本发明第一实施例相关，控制单元5执行新鲜进气量检测部分、效率计算部分、新鲜进气量估计部分、EGR控制部分、EGR估计部分以及总进气量等效值估计部分的功能。基本上，控制单元5的新鲜进气量检测部分构造用于根据空气流量计35的信号，输出通过进气通道的新鲜进气量的检测值。控制单元5的效率计算部分如下所述，构造用于计算容积效率等效值。控制单元5的新鲜进气量估计部分如下所述，构造用于根据新鲜进气量的检测值和容积效率等效值的变化，估计流入燃烧室的一新鲜进气量预测值。控制单元5的EGR控制部分构造用于通过控制EGR阀门6的开度，来控制EGR达到目标EGR比率和目标EGR量中的至少一个。控制单元5的EGR估计部分如下所述，构造用于根据目标EGR比率和目标EGR量中的至少一个，估计出目标EGR比率和目标EGR量中至少一个的EGR预测值。控制单元5的总进气量等效值估计部分如下所述，构造用于根据EGR预测值和新鲜进气量预测值，估计预测的流入燃烧室的总进气量等效值。
下面将参考图2的功能方块图来描述由控制单元5所执行的控制操作。以下描述的许多功能可采用软件处理来执行。首先，执行确定或计算流入燃烧室19的新鲜进气量估计值Qac和计算总进气量估计值Qsco2(抽入燃烧室19的氧气量的估计值)的处理。总进气量估计值Qsco2是包括进入气缸的新鲜进气和再循环废气的总进气量等效值的估计值。该程序由发动机控制单元5在每个规定时期内(如在一规定的曲柄角或每10毫秒时)反复执行。
在步骤S1，根据一目标EGR比率或目标EGR量计算估计的EGR比率值Regr，这构成了控制单元5的EGR估计方法或部分。如前述公开号为2001-123873的日本公开专利所述，目标EGR比率或EGR量最好通过基于发动机速度(RPM)、目标燃料喷射量和发动机冷却剂温度的变换来计算。控制EGR阀6的阀门开度来产生该目标EGR比率或EGR量。然而，实际的EGR比率或EGR量在转换期间会延迟于目标EGR比率或EGR量，其中EGR比率或EGR量会由于EGR通道4和收集器3a的容量(容积)所导致的EGR气体的响应延迟，而突然改变。因此，EGR比率估计值Regr利用目标EGR比率、通过采用一已知的基本延迟过程和滞后过程来进行计算。
在步骤S2，采用以下的公式(1)来计算等效于发动机容积效率和填充效率的容积效率等效值Kin(效率计算方法)。
Kin = f ( Ne ) × G ( Regr ) × Pcol Pa - - - - ( 1 ) ]]>
在公式(1)中，Ne项是由发动机速度传感器47检测到的发动机速度或RPM，Pcol项是由增压压力传感器44检测到的增压压力，Pa项是由大气压力传感器检测到的大气压力。系数f(Ne)通过基于发动机速度Ne的变换来获得。系数G(Regr)通过基于EGR估计值Regr的变换来获得。系数G(Regr)随着EGR比率估计值Regr变大而设定成更小。换句话说，容积效率等效值Kin根据发动机速度Ne、增压压力Pcol和EGR比率估计值Regr来计算。基本上，步骤S2构成了控制单元5的效率计算部分。
在步骤S3，采用以下的公式(2)和(3)来计算或估计流入燃烧室19的新鲜进气估计值Qac，即不包括EGR气体的抽入的新鲜进气量的估计值(新鲜进气量估计方法)。
Qac = Qac n - 1 Kin n - 1 × Kkvol + Qacb 1 + Kkvol Kin - - - - ( 2 ) ]]>
Kkvol = 120 × Vcol Ve × Ne × dT - - - - ( 3 ) ]]>
在上面的公式2和3中，Qac_n-1项是新鲜进气量估计值Qac的上一次计算值，Kin_n-1项是容积效率等效值Kin的上一次计算值，Qacb项是由空气流量计35检测到的新鲜进气量的检测值，Ve项是排气量，dT项是计算间隔(如图2所示的程序运行间隔)。比率Kin/Kinn-1等效于容积效率等效值的变化(率)。基本上，步骤S3构成了控制单元5的新鲜进气量估计部分。
换句话说，新鲜进气估计值Qac是根据检测到的新鲜进气量值Qacb，以及Kin/Kin_n-1的比，即容积效率等效值比的变化来估计的。用另一种方式来描述，Qac项是利用上次计算值Qac_n-1和Kin_n-1通过基本延迟公式(2)来计算的。从公式(2)可以清楚看出，新鲜进气估计值Qac随着Kin/Kin_n-1比的变大而变大。新鲜进气估计值Qac还随着上次计算值Qac_n-1/Kin_n-1比的变大而变大。
在步骤S4，总进气量的估计值Qsco2，其包括流入燃烧室19的EGR气体，通过以下的公式(4)来计算和估计(总进气量等效值估计方法)。
Qcs 02 = Qac ( 1 + Regr λ 0 - 1 λ 0 ) - - - - ( 4 ) ]]>
换句话说，总进气量估计值Qsco2根据新鲜进气量估计值Qac、EGR比率估计值Regr和空气-燃料比λ₀来估计。用这种方式得出的新鲜进气估计值Qac和总进气量估计值Qsco2用于各种控制过程。例如，总进气量估计值Qsco2用于目标燃料喷射量和空气-燃料比率控制的设定过程。基本上，步骤S4构成了控制单元5的总进气量等效值估计部分。
现在参考图3、4和5，表示了接近加速转换期的时间图，在该时期，实际EGR比率(EGR比率估计值)突然下降。在图3、4和5中，时间点0.0等于加速开始期。特性线L1表示当EGR比率(EGR气体量/新鲜进气量×100％)为0％。换句话说，特性线L1表示没有引入EGR气体时的特性。该没有引入任何EGR气体的特性不具有由EGR气体产生的响应延迟。该特性还等同于在引入EGR气体时的目标特性。特性线L2表示采用普通控制过程而不是与本实施例相关的控制，如前所述，施加到Qac和Qsco2的设定过程时，新鲜进气估计值Qac和总进气量估计值Qsco2的常规特性。特性线L3表示了当如前所述的本实施例的控制施加到新鲜进气估计值Qac和总进气量估计值Qsco2的设定过程时的工作特性。特性线L4对应于实际引入燃烧室19的新鲜进气量和总进气量。换句话说，实际特性线L4对应于目标特性。由阶段M1所包围的区域等同于加速转换期，在该时期EGR比率主要由于加速而突然下降。
如图3所示，与未引入EGR气体的目标特性线L1相比，在EGR比率下降的加速转换期M1期间，常规特性线L2中空气-燃料比率暂时移向倾斜侧。换句话说，如图4所示，在加速转换期M1，新鲜进气估计值Qac相对于实际目标特性线L4降低，同时总进气量估计值Qsco2相对于未引入EGR气体的目标特性线L1而降低。因此，燃料喷射量也相对于未引入EGR气体的目标特性线L1而降低。如图5所示，加速度G相对于未引入EGR气体的目标特性线L1是不够的。即，在加速转换期M1，加速度出现了不足够。
与此相反，如图3所示，对于工作特性线L3，在加速转换期M1，空气-燃料比率没有象常规特性线L2那样暂时移向倾斜侧，其中包括在加速转换期M1，EGR比率下降，并几乎与未引入EGR气体的目标特性线L1相重合。换句话说，如图4所示，包括加速转换期M1，新鲜进气估计值Qac几乎与实际特性线L4相重合，同时总进气量估计值Qsco2具有一极其靠近未引入EGR气体的目标特性线L1的精度。通过这种方式，几乎消除了工作特性线L3中由于EGR比率的波动所引起的精度的下降。这使得新鲜进气估计值Qac和总进气量估计值Qsco2产生了显著的提高。因此，采用总进气量估计值Qsco2对燃料喷射量的设定几乎与未引入EGR气体的目标特性线L1完全重合。如图5所示，可获得较好的加速特性，其中工作特性线L3几乎与未引入EGR气体的目标特性线L1完全相同。
参考图6，虚特性线表示估计值，而实特性线表示实际值。对于EGR比率估计值Regr，实际EGR比率(实特性线)发生偏差，尤其是在转换期期间发生偏差是很危险的。在本实施例中，EGR比率估计值Regr用于计算新鲜进气估计值Qac。接着该新鲜进气估计值Qac和该EGR比率估计值Regr再次用于计算总进气量估计值Qsco2，从而消除或减小总进气量估计值Qsco2中EGR比率估计值Regr偏差的影响。因此，进气量估计值Qsco2和实际进气量之间的偏差，包括在转换期，都是足够小的，从而提高了总进气量估计值Qsco2的估计精度。采用该总进气量估计值Qsco2的最大喷射量设定以及λ控制的控制精度也得到了改进和提高。
                       可选择实施例
基本上，根据本发明的可选择实施例，对图1的发动机控制系统进行了修改，使得控制单元5利用进气阀49的进气阀操作状态来计算容积效率等效值Kin，而不是利用上一实施例的EGR比率估计值Regr。更具体地，进气阀49的开度和调速由一受控制单元5控制的可变机构所调整。该进气阀打开状态通过可变进气阀机构50的抬升传感器(liftsensor)送到控制单元5。
换句话说，在本发明的可选择实施例中，控制单元5采用了图7的流程图而不是图2的流程图。由图7的第二实施例所表示的控制操作与前述图2的流程图所表示的控制操作是基本相同的，除了步骤S10、S12和S13以外。
与本发明这一实施例相关，图1的控制单元5设计并设置用于执行新鲜进气量检测部分、效率计算部分、新鲜进气量估计部分、空气调节部分、进气阀控制部分、进气阀操作状态预测部分和总进气量等效值估计部分的功能。基本上，控制单元5的新鲜进气量检测部分构造用于根据空气流量计35的信号，输出通过进气通道的新鲜进气量的检测值。控制单元5的效率计算部分如下所述，构造用于计算容积效率等效值。控制单元5的新鲜进气量估计部分如下所述，构造用于根据新鲜进气量的检测值和容积效率等效值的变化，估计流入燃烧室的一新鲜进气量预测值。控制单元5的空气调节部分构造用于改变抽入燃烧室的新鲜进气量，因而，控制单元5的新鲜进气量估计部分如下所述，其构造用于根据由控制单元5的空气调节部分检测到操作状态来调节计算容积等效值。
控制单元5的进气阀控制部分构造用于控制可变进气阀机构50的调节。控制单元5的进气阀操作状态预测部分构造用于根据来自可变进气阀机构50的信号来预测其操作状态。
图7的流程图表示流入燃烧室19的新鲜进气量估计值Qac和总进气量估计值Qsco2的计算过程。该程序例如可由发动机控制单元5在每个规定时期内(如在一规定的曲柄角或每10毫秒时)反复执行。
在步骤S10，考虑到控制电路的执行器的操作延迟或可变进气阀机构50的抬升传感器(lift sensor)所检测到的操作状态来确定估计的操作状态值Rvlv。换句话说，估计的操作状态值Rvlv根据进气阀目标状态来确定。例如，估计的操作状态值Rvlv基于进气阀49的阀门抬升量。因此，步骤S10构成了控制单元5的可变阀门操作状态估计方法或部分。
在一种可能的方法中，进气阀目标操作状态通过基于发动机速度Ne或RPMs、目标燃料喷射量和发动机冷却剂温度的预存储变换来计算。可变进气阀机构50的执行器通过控制单元5的进气阀控制部分，由控制单元5驱动和控制为接近该阀门目标操作状态。例如，执行器通过油压线路来改变操作状态。另外，执行器也可由电磁驱动来操作。尽管在该操作中，一定程度地存在着响应延迟，在命令值突然改变的转换期期间，实际的进气阀操作状态仍滞后于进气阀目标状态。因此，进气阀操作状态的估计操作状态值Rvlv通过利用目标操作状态的一已知的基本延迟过程和一已知的滞后过程来获得。
在步骤S11，估计的EGR比率值Regr以与图2的第一实施例相同的方式，根据一目标EGR比率或目标EGR量来计算或估计。这样，步骤S11就基本构成了控制单元5的EGR估计方法或部分。如前所述，目标EGR比率或EGR量最好通过基于发动机速度(RPM)、目标燃料喷射量和发动机冷却剂温度的变换来计算，如公开号为2001-123873的日本公开专利所述。控制EGR阀6的阀门开度来产生该目标EGR比率或EGR量。然而，实际的EGR比率或EGR量在转换期间会延迟于目标EGR比率或EGR量，其中EGR比率或EGR量会由于EGR通道4和收集器3a的容量(容积)所导致的EGR气体的响应延迟，而突然改变。因此，EGR比率估计值Regr利用目标EGR比率、通过采用一已知的基本延迟过程和滞后过程来进行计算。
在步骤S12，采用以下的公式(5)来计算等效于发动机容积效率和填充效率的容积效率等效值Kin(效率计算方法)。
Kin = f ( Ne ) × G ( Rvlv ) × Pcol Pa - - - - ( 1 ) ]]>
在公式(5)中，Pcol项是由增压压力传感器44检测到的增压压力，Pa项是由大气压力传感器37检测到的大气压力。系数f(Ne)通过基于发动机速度Ne的变换来获得。系数G(Rvlv)通过基于估计的操作状态值Rvlv的变换来获得。例如，当估计的操作状态值Rvlv表示进气阀的抬升量时，系数G(Rvlv)随着估计的操作状态值Rvlv变大，即进气阀抬升量变大而设定成更大。换句话说，容积效率等效值Kin根据发动机速度Ne、增压压力Pcol和估计的操作状态值Rvlv来计算。
在步骤S13，采用以下的公式(2)和(3)来计算和估计流入燃烧室19的新鲜进气估计值Qac，即不包括EGR气体的抽入的新鲜进气量的估计值(新鲜进气量估计方法)，如前面已解释的。
Qac = Qac n - 1 Kin n - 1 × Kkvol + Qacb 1 + Kkvol Kin - - - - ( 2 ) ]]>
Kkvol = 120 × Vcol Ve × Ne × dT - - - - ( 3 ) ]]>
换句话说，在本实施例中，新鲜进气估计值Qac是根据检测到的新鲜进气量值Qacb，以及Kin/Kin_n-1的比，即容积效率等效值比的变化来估计的，这与前述的第一实施例一样。用另一种方式来描述，Qac项是利用上次计算值Qac_n-1和Kin_n-1通过基本延迟公式(2)来计算的。从公式(2)可以清楚看出，新鲜进气估计值Qac随着Kin/Kin_n-1比的变大而变大。新鲜进气估计值Qac还随着上次计算值Qac_n-1/Kin_n-1比的变大而变大。因此，以这种方式得出的新鲜进气估计值Qac可应用在各种控制过程，如空气-燃料比率控制、燃料控制和点火控制。
在步骤S14，总进气量的估计值Qsco2，包括流入燃烧室19的EGR气体，通过以下的公式(4)来计算和估计(总进气量等效值估计方法)，这也在第一实施例中用到了。
Qcs 02 = Qac ( 1 + Regr λ 0 - 1 λ 0 ) - - - - ( 4 ) ]]>
换句话说，总进气量估计值Qsco2根据新鲜进气量估计值Qac、EGR比率估计值Regr和空气-燃料比λ₀来估计。用这种方式得出的新鲜进气估计值Qac和总进气量估计值Qsco2用于各种控制过程。例如，总进气量估计值Qsco2用于目标燃料喷射量和空气-燃料比率控制的设定过程。
在上面所述的本实施例中，容积效率等效值Kin根据在该容积效率等效值Kin中Kin/Kin_n-1的变化，利用可调节进气阀操作状态和新鲜进气估计值Qac来计算。更具体地，新鲜进气估计值Qac随着Kin/Kin_n-1的变大而变大，新鲜进气估计值Qac随着Kin/Kin_n-1的变小而变小。因此，在EGR比率主要波动的转换期，新鲜进气估计值Qac的估计精度得到了提高。此外，总进气量估计值Qsco2的估计精度也通过基于该新鲜进气估计值Qac和EGR比率估计值Regr来对总进气量估计值Qsco2进行估计而得到了提高。因此，利用新鲜进气估计值Qac和总进气量估计值Qsco2，使燃料喷射量设定过程的控制精度得到了提高，排气性能和动力性能也得到了提高。
如图1所示，如果在作为新鲜进气量检测装置的空气流量计35和燃烧室19之间的进气通道3中放置了许多部件，那么空气流量计35和燃烧室19之间的进气通道3的容积将不可避免地变大，从而使得精确地估计新鲜进气量和到该点的进气量变得十分困难。根据本发明，这种类型的系统是有用的，它使新鲜进气量和总进气量的估计精度得到提高成为可能。
对于本领域普通技术人员来说，根据本发明内容可以清楚了解，对于本发明可作出各种变化和修改，而不脱离本发明的实质。例如，尽管本发明在本实施例中应用于柴油发动机，本发明也可按相同方式应用于汽油发动机。
此外，尽管在上述实施例中容积效率等效值根据EGR比例估计值或进气阀操作状态来计算，容积效率等效值也可利用系统中涡流控制阀9的阀门开度的变化或二者都用于获得。换句话说，图7的步骤S10可修改为确定或计算涡流控制阀9的涡流控制阀操作状态，该阀门设置在进气通道中邻近发动机1的进气口。更具体地，在公式4中用于计算容积效率等效值Kin的系数G(Rvlv)可以用系数G(Rscv)来替代，该系数G(Rscv)通过基于涡流控制阀9操作状态估计值Rscv的变换而获得。
由于涡流控制阀9在空气流量计或传感器35下游的燃烧室19内产生涡流，这会影响到抽入燃烧室19的新鲜进气量，而穿过燃烧室进气通道的新鲜进气量的检测值却不会改变。该涡流控制阀9由一执行器(未示出)所驱动，并响应来自控制单元5的控制信号而打开或关闭。例如，涡流控制阀9最好在低负载、低速度条件下关闭，以变在燃烧室19内部产生以涡流。相应地，控制单元5的新鲜进气量估计部分构造用于根据涡流控制阀9的操作状态调节容积效率等效值，如控制单元5的空气调节部分所确定的。
在对本发明的理解中，其中所用的术语“设计”描述对一个组件、部分或部件包括硬件和/或软件进行构筑或编程，从而实现预期功能。此外，权利要求中表述为“装置加功能”的术语应当包括用于实现本发明该部分的功能的任何结构。在此所用的程度性术语，如“基本上”、“约”和“近似地”意味着修改项偏差的合理量，它使最终结果不会显著改变。例如，这些术语可构造成包括修改项至少±5％的偏差，如果该偏差不会否定它所修改的词汇的含义。
本申请要求日本专利申请第2003-285923的优先权。日本专利申请第2003-285923号的全部公开内容包含在此作为参考。
如前所述，尽管只选择了选定的实施例来表示本发明，对于本领域普通技术人员来说，根据本发明内容可清楚了解，可以作出各种变化和修改而不脱离如附带的权利要求书所定义的本发明的范围。进一步地，根据本发明实施例的前面的描述只是用于示例，而不是用于限制本发明，本发明由附带的权利要求书及其同等内容所限定。因此，本发明的范围不限于公开的实施例。