内燃机的控制装置制造方法

内燃机的控制装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种内燃机的控制装置，该内燃机的控制装置包括排气回流量推算单元，所述排气回流量推算单元对排气回流阀开口面积计算单元所计算出的排气回流阀开口面积、与排气回流阀的开度之间的关系进行学习，并基于学习到的排气回流阀开口面积与排气回流阀的开度之间的关系，对内燃机的控制所使用的排气回流量进行推算。
【专利说明】内燃机的控制装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及内燃机的控制装置，更详细而言，涉及具有对内燃机的排气回流量进 行推算的排气回流量推算装置在内的内燃机的控制装置。

【背景技术】
[0002] 为了适当地控制内燃机（以下有时也称为发动机)，重要的是高精度地计算出吸入 发动机气缸的空气量、即气缸流量，并根据气缸流量来进行燃料控制和点火时期控制。关 于燃料控制，只要能进行反馈控制，使得主要根据气缸流量喷射出达到目标空燃比的燃料 量，就能获得大体良好的控制性，而关于点火时期控制，需要在输出不仅根据发动机转速和 吸入气缸的空气量，还根据例如发动机温度、爆震产生状况、燃料性状、以及排气回流量（以 下称为EGR量。EGR:Exhaust Gas Recirculation、废气再循环）与气缸流量之间的比值即 排气回流率（以下称为EGR率）等其它主要因素，而变得最大时的点火提前角下（以下称为 MBT。MBT :Minimum Spark A dvance for Best Torque :最大转矩的最小点火提前角）进行 控制。
[0003] 在对MBT产生影响的上述主要因素中，例如，发动机温度可以利用发动机冷却水 温度传感器来进行检测，爆震产生状况可以由爆震传感器来进行检测，并能根据爆震产生 状况来判断燃料性状是普通汽油或是高辛烷值汽油。
[0004] 另外，关于EGR率，存在以下两种方法：在连结排气管和进气管的排气回流通路 (以下称为EGR通路）中设置排气回流阀（以下称为EGR阀)、并基于该EGR阀的开度对EGR 量进行控制的方法(有时也称为外部EGR);以及设置使进气阀和排气阀的开闭时刻可变的 可变气门正时机构（以下称为VVToVVT :Variable Valve Timing、可变气门正时)、并利用该 VVT的开闭时刻来改变进气阀和排气阀同时打开状态下的期间、即重叠期间、以对因废气残 留于气缸内而产生的EGR量进行控制的方法（以下有时也称为内部EGR)，或者，有时会同时 使用上述两种方法。关于外部EGR控制法的EGR率，可以根据EGR阀的开度、排气压力、以 及进气管内压力来大致算出。此外，在以下的说明中，在仅标注为EGR、EGR率的情况下，表 示外部EGR、外部EGR率。
[0005] 近年来，一般以发动机输出转矩为指标来进行发动机控制，而在对该输出转矩进 行推算的情况下，热效率也会根据气缸流量和EGR率而发生变化。因此，为了计算出上述的 MBT，进而为了推算出转矩、热效率，均需要高精度地计算出气缸流量和EGR率。为了高精度 地求出EGR率，需要高精度地计算出EGR流量。
[0006] 在专利文献1中，揭示了一种EGR率推算装置，该EGR率推算装置基于根据EGR阀 的开口面积而求出的废气量、以及根据EGR阀的开口面积指令值而求出的废气量，来计算 出EGR流量并推算出EGR率。专利文献1所揭示的装置能使用预先给定的EGR阀的开度-流 量特性、以及EGR阀开口面积，以简单的结构计算出EGR流量。
[0007] 现有技术文献
[0008] 专利文献1 :日本专利特开平7-279774号公报


【发明内容】

[0009] 本发明所要解决的技术问题
[0010] 在专利文献1所揭示的现有装置的情况下，若EGR阀的开度特性因时间久了而发 生变化，则预先准备的流量特性与实际的流量特性产生偏差，从而存在推算精度下降的问 题。另外，EGR阀除了理所当然会因产品本身的个体差异而导致开度-流量特性不同以外， 还会因安装有该EGR阀的发动机的状态而导致开度-流量特性不同。
[0011] 本发明为了解决现有装置所存在的上述问题而完成，其目的在于，提供一种内燃 机的控制装置，该内燃机的控制装置即使EGR阀的开度-流量特性因时间久了而发生变化， 也能高精度地推算出EGR流量。
[0012] 解决技术问题所采用的技术方案
[0013] 本发明所涉及的内燃机的控制装置的特征在于，包括：
[0014] 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 阀而吸入所述内燃机的吸入空气量进行检测；
[0015] 排气回流通路，该排气回流通路连接所述节流阀下游侧的进气管与所述内燃机的 排气管；
[0016] 排气回流阀，该排气回流阀对所述排气回流通路进行开闭，以控制流过所述排气 回流通路的排气回流量；
[0017] 进气管压力检测单元，该进气管压力检测单元对所述节流阀下游侧的进气管内部 的压力进行检测；
[0018] 体积效率相当值计算单元，该体积效率相当值计算单元对体积效率相当值进行计 算，所述体积效率相当值是表示从所述节流阀下游侧的进气管流入所述内燃机气缸内部的 空气量的指标；
[0019] 气缸流量计算单元，该气缸流量计算单元基于所述进气管内部的压力和所述体积 效率相当值，对作为从所述节流阀下游侧的进气管流入所述气缸内部的空气量的气缸流量 进行计算；
[0020] 排气回流量计算单元，该排气回流量计算单元基于所述吸入空气量检测单元所检 测出的吸入空气量、以及所述气缸流量计算单元所计算出的气缸流量，对所述排气回流量 进行计算；
[0021] 排气回流阀开口面积计算单元，该排气回流阀开口面积计算单元基于所述排气回 流量计算单元所求出的排气回流量，对与所述排气回流阀的开度相对应的排气回流阀开口 面积进行计算；以及
[0022] 排气回流量推算单元，该排气回流量推算单元对所述排气回流阀开口面积计算单 元所计算出的所述排气回流阀开口面积与所述排气回流阀的开度之间的关系进行学习，并 基于学习到的所述排气回流阀开口面积与所述排气回流阀的开度之间的关系，对所述内燃 机的控制所使用的排气回流量进行推算。
[0023] 技术效果
[0024] 根据本发明所涉及的内燃机的控制装置，即使在流量特性因烟灰等堆积物而发生 变化的情况下，或在EGR阀因老化而无法工作的情况下，仍能对EGR阀开度-开口面积特性 进行学习，因此，能根据学习到的结果来高精度地推算出EGR流量。

【专利附图】

【附图说明】
[0025] 图1是简要表示包含本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置在内的内燃 机的控制系统的结构图。
[0026] 图2是本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置的结构框图。
[0027] 图3是表示本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中实施EGR阀开度学 习的动作的流程图。
[0028] 图4是本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的体积效率系数映射 图。
[0029] 图5是本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的EGR阀开度-开口面 积映射图。
[0030] 图6是本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中的EGR阀开度-学习值 映射图。
[0031] 图7是表示本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中对EGR流量实施滤 波处理的动作的流程图。
[0032] 图8是本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置中对EGR流量实施了滤波 处理的情况下的曲线图。

【具体实施方式】
[0033] 实施方式1
[0034] 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 是简要表示包含本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置在内的内燃机的控制系 统的结构图。在图1中，在发动机1的进气系统的上游侧设置有作为测定吸入空气量的吸 入空气量检测单元的空气流量传感器（以下称为AFS。AFS:Air Flow Sensor、空气流量传 感器)2。在AFS2下游的发动机1 一侧，设置有能用于对吸入空气量进行调整而进行电气控 制的电子控制节流器4。
[0035] 另外，为了对电子控制节流器4的开度进行测定，设置有节流器开度传感器3。此 夕卜，也可以使用例如基于节流器开度来推算吸入空气量等的、其它测定吸入空气量的单元 来代替AFS2。此外，设置有作为进气管压力检测单元的进气歧管压力传感器（以下简称为进 气歧管压传感器）7、以及进气温度传感器8,其中，所述进气歧管压力传感器7对设置于电 子控制节流器4下游侧的气室5和进气歧管6内所包含的空间（以下简称为进气歧管)的压 力、即进气歧管压力进行测定，所述进气温度传感器8对进气歧管内的温度（以下简称为进 气歧管温度）进行测定。
[0036] 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，从而能根据外部气体温度来推算进气歧管温度，以代 替设置测量进气歧管温度的进气温度传感器8。
[0037] 在进气歧管6和发动机1的气缸内所包含的进气阀的附近，设置有用于喷射燃料 的喷射器9，另外，还设置有作为气门正时可变的进气阀的进气VVT10、以及作为气门正时 可变的排气阀的排气VVT11。另外，在发动机1的气缸盖上设置有用于对在气缸内产生火花 的火花塞进行驱动的点火线圈12。在排气歧管13中，设置有未图示的作为氧气检测单元的 〇2传感器、催化剂。
[0038] 排气歧管13和气室5通过排气回流通路（以下称为EGR通路）14相连接。在EGR 通路14中设置有用于控制EGR流量的排气回流阀（以下称为EGR阀）16,利用作为排气回 流阀开度检测单元的EGR阀开度传感器15来测定该EGR阀16的开度。此外，虽未进行图 示，但在图1所示的内燃机的控制系统中设置有：进气管侧压力检测单元，该进气管侧压力 检测单元对EGR通路14的进气管侧压力进行检测；排气管侧温度检测单元，该排气管侧温 度检测单元对EGR通路14的排气管侧温度进行检测；排气管侧压力检测单元，该排气管侧 压力检测单元对EGR通路14的排气管侧压力进行检测；排气管侧音速计算单元，该排气管 侧音速计算单元基于排气管侧温度检测单元所检测出的排气管侧温度，对排气管侧音速进 行计算；以及排气管侧密度计算单元，该排气管侧密度计算单元基于排气管侧压力检测单 元所检测出的排气管侧压力和排气管侧温度检测单元所检测出的排气管侧温度，对排气管 侧密度进行计算。
[0039] 图2是本发明的实施方式1所涉及的内燃机的控制装置的结构框图。在图2中， 将如下数据输入电子控制单元（以下称为E⑶。E⑶：Electric Co ntrol Unit、电子控制单 元)20,即AFS2所测得的吸入空气量Qa、节流器开度传感器3所测得的电子控制节流器4的 开度Θ、进气歧管压力传感器7所测得的进气歧管压力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。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ECU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，将来自除上述以外的各 种传感器18 (包含油门开度传感器、曲柄角度传感器）的测定值也都输入E⑶20。
[0040] E⑶20包括：体积效率系数计算单元21，该体积效率系数计算单元21对体积效率 系数Kv进行计算；气缸流量计算单元22,该气缸流量计算单元22利用体积效率系数Kv和 进气歧管压力Pb、进气歧管温度Tb，来对气缸流量Qa_all进行计算；EGR流量计算单元23， 该EGR流量计算单元23利用气缸流量Qa_all和吸入空气量Qa，来对EGR流量Qae进行计 算；EGR阀开口面积计算单元24,该EGR阀开口面积计算单元24根据EGR流量Qae和进气 歧管温度Tb，来对EGR阀开口面积Segr进行计算；EGR阀基底开口面积计算单元25,该EGR 阀基底开口面积计算单元25根据EGR阀开度Est，来对EGR阀基底开口面积Segr_bse进行 计算；以及EGR阀开口面积学习值计算单元26,该EGR阀开口面积学习值计算单元26利用 EGR阀开口面积Segr和EGR阀基底开口面积Segr_bse，来对EGR阀开口面积学习值Kirn 进行计算。体积效率系数计算单元21相当于体积效率相当值计算单元，即对体积效率相当 值进行计算，所述体积效率相当值是表示从节流阀下游侧的进气管流入所述发动机气缸内 部的空气量的指标。
[0041] E⑶20还包括：学习值存储单元27,该学习值存储单元27根据EGR阀开度Est来 对EGR阀开口面积学习值Kirn进行存储；控制用EGR阀开口面积计算单元28，该控制用EGR 阀开口面积计算单元28根据储存于学习值存储单元27的EGR阀开口面积学习值Kirn和 EGR阀基底开口面积Segr_bse，来对控制用EGR阀开口面积Segr_ctl进行计算；控制用EGR 流量计算单元29,该控制用EGR流量计算单元29根据控制用EGR阀开口面积Segr_ctl，来 对控制用EGR流量Qae_ctl进行计算；EGR率计算单元30,该EGR率计算单元30根据所计 算出的Qae_ctl和吸入空气量Qa，来对EGR率进行计算；以及控制量计算单元31，该控制量 计算单元31基于所计算出的EGR率，来对喷射器9和点火线圈12等的驱动量进行计算。 [0042] 另外，ECU20基于油门开度等所输入的各种数据来对发动机1的目标转矩进行计 算，并计算出达成该计算出的目标转矩的目标气缸吸入空气量。然后，计算目标节流器开 度、目标进气VVT相位角、目标排气VVT相位角，以达成该目标气缸吸入空气量，并将这些计 算结果作为目标值，来对电子控制节流器4的开度、进气VVT10和排气VVT11的相位角进行 控制。此外，也根据需要对其它各种致动器19进行控制。
[0043] 图3是表示本发明的实施方式1所涉及的内燃机的排气回流量推算装置中的、实 施EGR阀开度学习的动作的流程图，在每个规定曲柄角度的中断处理(例如，BTDC75degCA 中断处理)内实施所述动作。参照图3所示的流程图，详细说明ECU20内所执行的到紧接着 体积效率系数计算单元21之后的控制用EGR流量计算单元29为止的处理。
[0044] 在图3中，首先，在步骤301中，利用图2所示的体积效率系数计算单元21来计算 出体积效率系数Kv。例如根据图4所示的映射，基于发动机转速Ne、以及大气压Pa与进气 歧管压力Pb之间的比值，来进行该计算。即，图4是本发明的实施方式1所涉及的内燃机 的排气回流量推算装置中的体积效率系数映射图。根据图4所示的映射，若发动机转速Ne =3000 [r/min]，大气压Pa与进气歧管压力Pb之间的比值Pb/Pa = 0. 6,则体积效率系数 Kv 为 "0· 9"。
[0045] 由于体积效率系数Kv会因气门正时而发生变化，因此，通常需要与可变气门正 时的变化相对应的映射。将进气阀、排气阀的变化幅度设为""?" 50 " degCA，若每隔 "10"degCA准备映射，则需要"6X6 = 36"张映射。通常准备与运行条件下的目标气门正 时相对应的映射、以及可变气门正时的不动作时的映射这两张映射。当然，也可以通过计算 而非根据映射图来求出体积效率系数Kv。
[0046] 接着，前进至步骤302,基于体积效率系数Kv和进气歧管压力Pb，利用下式（1)来 计算出气缸流量Qa_all。利用图2中的气缸流量计算单元22来实施该计算。
[0047] 【数学式1】
[0048]

【权利要求】
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 吸入所述内燃机的吸入空气量进行检测； 排气回流通路，该排气回流通路连接所述节流阀下游侧的进气管与所述内燃机的排气 管； 排气回流阀，该排气回流阀对所述排气回流通路进行开闭，以控制流过所述排气回流 通路的排气回流量； 进气管压力检测单元，该进气管压力检测单元对所述节流阀下游侧的进气管内部的压 力进行检测； 体积效率相当值计算单元，该体积效率相当值计算单元对体积效率相当值进行计算， 所述体积效率相当值是表示从所述节流阀下游侧的进气管流入所述内燃机气缸内部的空 气量的指标； 气缸流量计算单元，该气缸流量计算单元基于所述进气管内部的压力和所述体积效率 相当值，对作为从所述节流阀下游侧的进气管流入所述气缸内部的空气量的气缸流量进行 计算； 排气回流量计算单元，该排气回流量计算单元基于所述吸入空气量检测单元所检测出 的吸入空气量、以及所述气缸流量计算单元所计算出的气缸流量，对所述排气回流量进行 计算； 排气回流阀开口面积计算单元，该排气回流阀开口面积计算单元基于所述排气回流量 计算单元所求出的排气回流量，对与所述排气回流阀的开度相对应的排气回流阀开口面积 进行计算；以及 排气回流量推算单元，该排气回流量推算单元对所述排气回流阀开口面积计算单元所 计算出的所述排气回流阀开口面积与所述排气回流阀的开度之间的关系进行学习，并基于 学习到的所述排气回流阀开口面积与所述排气回流阀的开度之间的关系，对所述内燃机的 控制所使用的排气回流量进行推算。
2. 如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，包括： 进气管侧压力检测单元，该进气管侧压力检测单元对所述排气回流通路的进气管侧压 力进行检测； 排气管侧温度检测单元，该排气管侧温度检测单元对所述排气回流通路的排气管侧温 度进行检测； 排气管侧压力检测单元，该排气管侧压力检测单元对所述排气回流通路的排气管侧压 力进行检测； 排气管侧音速计算单元，该排气管侧音速计算单元基于所述排气管侧温度检测单元所 检测出的所述排气管侧温度，对排气管侧音速进行计算；以及 排气管侧密度计算单元，该排气管侧密度计算单元基于所述排气管侧压力检测单元 所检测出的所述排气管侧压力、及所述排气管侧温度检测单元所检测出的所述排气管侧温 度，对排气管侧密度进行计算， 所述排气回流阀开口面积计算单元基于所述排气回流阀的开度、所述进气管侧压力检 测单元所检测出的所述进气管侧压力、所述排气管侧压力检测单元所检测出的所述排气管 侧压力、所述排气管侧音速计算单元所计算出的所述排气管侧音速、所述排气管侧密度计 算单元所计算出的所述排气管侧密度、以及所述排气回流量计算单元所计算出的所述排气 回流量，对所述排气回流阀开口面积进行计算。
3. 如权利要求2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，包括： 排气回流阀基底开口面积计算单元，该排气回流阀基底开口面积计算单元基于表示排 气回流阀基底开口面积与排气回流阀的开度之间的关系的排气回流阀开度映射，对与所述 排气回流阀的开度相对应的所述排气回流阀基底开口面积进行计算； 排气回流阀开口面积学习值计算单元，该排气回流阀开口面积学习值计算单元基于所 述排气回流阀开口面积和所述排气回流阀基底开口面积，对排气回流阀开口面积学习值进 行计算；以及 开口面积校正单元，该开口面积校正单元基于所述排气回流阀开口面积学习值计算单 元所计算出的所述排气回流阀开口面积学习值，对所述内燃机的控制所使用的排气回流阀 开口面积进行校正。
4. 如权利要求1至3的任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于， 对所述排气回流量计算单元所计算出的所述排气回流量实施滤波处理。
5. 如权利要求4所述的内燃机的控制装置，其特征在于， 在所述排气回流阀的开度正在变化的情况下，在所述排气回流阀的开度变化结束之 后，将所述排气回流量计算单元所计算出的排气回流量作为初始值来执行所述滤波处理。
6. 如权利要求3所述的内燃机的控制装置，其特征在于， 所述内燃机的控制装置包括学习值存储单元，该学习值存储单元根据所述排气回流阀 的开度来存储排气回流阀开口面积学习值， 将所述排气回流阀开口面积学习值作为与所述排气回流阀的开度相对应的映射来储 存于所述学习值存储单元。
【文档编号】F02D41/00GK104061091SQ201310567130
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年11月14日 优先权日:2013年3月18日
【发明者】牧野伦和, 叶狩秀树, 绵贯卓生 申请人:三菱电机株式会社