專利名稱：吸入空氣量估計(jì)裝置、方法和程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)空氣流量計(jì)的輸出進(jìn)行濾波的裝置，特別涉及去除空氣流量計(jì)的輸出值中所含脈動(dòng)成分的裝置。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣管內(nèi)設(shè)有節(jié)氣門，通過調(diào)節(jié)節(jié)氣門的開度來控制吸入空氣量。由于節(jié)氣門是通氣阻力，因此在開度較小時(shí)進(jìn)氣管內(nèi)形成負(fù)壓而發(fā)生空氣吸入效率降低。因此，近年來開發(fā)了不使用節(jié)氣門的無節(jié)氣門型往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)。
無節(jié)氣門型發(fā)動(dòng)機(jī)使用可變氣門升程機(jī)構(gòu)和可變氣門相位機(jī)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)氣門升程量和氣門開閉定時(shí)來控制吸入空氣量。如日本特開平7-54625號(hào)公報(bào)中所示，可變氣門升程機(jī)構(gòu)通過油壓變更為預(yù)定高度的凸輪而改變氣門升程量。此外，如日本特開平11-223113號(hào)公報(bào)中所示，可變氣門相位機(jī)構(gòu)在凸輪軸端部設(shè)置葉片，以能夠通過油壓使相位延遲或超前，從而改變氣門相位角。
另外，如圖7(a)所示，在無節(jié)氣門型發(fā)動(dòng)機(jī)中，存在空燃比(A/F值)發(fā)散而無法收斂于目標(biāo)空燃比的問題。并且，對(duì)無節(jié)氣門型發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量計(jì)輸出進(jìn)行測(cè)量時(shí)，如圖4所示，實(shí)測(cè)值劇烈變動(dòng)。這是由于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣行程中，通過進(jìn)氣門的開閉而間歇性地吸入空氣，因此在進(jìn)氣管內(nèi)的空氣流中產(chǎn)生脈動(dòng)。
圖5(a)至(f)示出了使得節(jié)氣門型發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)氣門開度th增加時(shí)的相對(duì)于吸入空氣量平均值的分布的變化。圖5(a)表示節(jié)氣門開度為10(deg)時(shí)的吸入空氣量的分布，圖5(b)以后表示節(jié)氣門開度每增加10(deg)時(shí)的吸入空氣量的分布。對(duì)圖5(a)至(f)的吸入空氣量的分布進(jìn)行比較可知，節(jié)氣門開度越大，則吸入空氣量越分散。這樣，當(dāng)成為通氣阻力的節(jié)氣門的影響減小時(shí)，則脈動(dòng)對(duì)于吸入空氣量的對(duì)于吸入空氣量的影響增大。因此，在無節(jié)氣門型發(fā)動(dòng)機(jī)中，由于不使用成為通氣阻力的節(jié)氣門，脈動(dòng)引起的影響變大，來自設(shè)置于進(jìn)氣管中的空氣流量計(jì)的測(cè)定值也變化較大。燃料噴射裝置根據(jù)吸入空氣量將空燃比控制在目標(biāo)空燃比，但是如果根據(jù)變動(dòng)較大的測(cè)定值來求燃料噴射量，則由于空燃比也變動(dòng)較大而無法收斂于目標(biāo)空燃比。
在現(xiàn)有技術(shù)中，為了使節(jié)氣門型發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)氣門全開狀態(tài)下的脈動(dòng)成分平滑化并提高過渡狀態(tài)下的響應(yīng)性，進(jìn)行了各種研究。例如，有為了使脈動(dòng)成分平滑化，而求出空氣流量計(jì)的測(cè)定值的移動(dòng)平均值，并將移動(dòng)平均值用作測(cè)定值的方法。另外，在日本特開平5-306643號(hào)公報(bào)中，公開了根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)來切換濾波器次數(shù)的控制。此外，在日本特開2004-156456號(hào)公報(bào)中公開了一種方法，即，使用根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣管壓力計(jì)算出的吸入空氣量估計(jì)值以及設(shè)置于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管中的空氣流量計(jì)的計(jì)測(cè)值，通過逐次型最小二乘法來計(jì)算吸入空氣量的方法。
但是，在求出測(cè)定值的移動(dòng)平均而使振幅平滑化的方法中，如圖6所示，會(huì)在過渡響應(yīng)中產(chǎn)生延遲。根據(jù)產(chǎn)生延遲的值來求燃料噴射量，則導(dǎo)致空燃比過稀或者過濃、增加排放而且駕駛性惡化。
在日本特開平5-306643號(hào)公報(bào)的方法中，需要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的條件設(shè)定濾波器的次數(shù)，數(shù)據(jù)設(shè)定非常費(fèi)時(shí)。另外對(duì)于在從低流速時(shí)到高流速時(shí)的大范圍內(nèi)產(chǎn)生脈動(dòng)成分的系統(tǒng)，難以判別輸出值處于穩(wěn)定狀態(tài)還是過渡狀態(tài)來設(shè)定濾波器的次數(shù)。
另外，在沒有節(jié)氣門的無節(jié)氣門型發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，由于進(jìn)氣管內(nèi)壓力與大氣壓相同，因此與發(fā)動(dòng)機(jī)吸入空氣量之間沒有相關(guān)關(guān)系，無法使用日本特開2004-156456號(hào)公報(bào)中的方法。
在上述情況下，需要不會(huì)惡化響應(yīng)性，對(duì)從空氣流量計(jì)的測(cè)定值去除了進(jìn)氣管內(nèi)脈動(dòng)成分的吸入空氣量進(jìn)行估計(jì)的吸入空氣量估計(jì)裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的吸入空氣量估計(jì)裝置用于求出具有可變氣門機(jī)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣量。該吸入空氣量估計(jì)裝置具有基準(zhǔn)值取得單元，其根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、氣門升程量和氣門相位角，由預(yù)定的映射圖求出吸入空氣量基準(zhǔn)值；計(jì)測(cè)值取得單元，其求出與設(shè)在所述內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣管中的空氣流量計(jì)的輸出相對(duì)應(yīng)的計(jì)測(cè)值；運(yùn)算單元，其計(jì)算如下的校正系數(shù)該校正系數(shù)使得所述吸入空氣量基準(zhǔn)值乘以校正系數(shù)所得的值與所述計(jì)測(cè)值之間的偏差為最??；以及估計(jì)值計(jì)算單元，其對(duì)求出的所述校正系數(shù)乘以所述吸入空氣量基準(zhǔn)值，來計(jì)算吸入空氣量估計(jì)值。
根據(jù)本實(shí)施方式，求出把從空氣流量計(jì)取得的變動(dòng)較大的流量值適用于沒有變動(dòng)的流量基準(zhǔn)值的校正系數(shù)，將該校正系數(shù)與流量基準(zhǔn)值相乘而求出空氣流量的估計(jì)值。因此，能夠求出去除了脈動(dòng)成分的空氣流量估計(jì)值，而不會(huì)使響應(yīng)性惡化。
在根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的吸入空氣量估計(jì)裝置中，所述運(yùn)算單元使用最小二乘法來求使所述偏差為最小的所述校正系數(shù)。
根據(jù)本實(shí)施方式，使用最小二乘法來求使所述偏差為最小的校正系數(shù)，因此能夠根據(jù)作為實(shí)測(cè)值的流量值，來求出更適于求出空氣流量估計(jì)值的校正系數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的程序，其使電子控制裝置實(shí)現(xiàn)以下功能，以求出具有可變氣門機(jī)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣量。該功能包括根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、氣門升程量和氣門相位角，由預(yù)定的映射圖求出吸入空氣量基準(zhǔn)值的功能；以及求出與設(shè)在所述內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣管中的空氣流量計(jì)的輸出相對(duì)應(yīng)的計(jì)測(cè)值的功能。該功能還包括求出如下校正系數(shù)的功能，該校正系數(shù)使得所述吸入空氣量基準(zhǔn)值乘以該校正系數(shù)所得的值與所述計(jì)測(cè)值之間的偏差為最?。灰约皩?duì)求出的所述校正系數(shù)乘以所述吸入空氣量基準(zhǔn)值，來計(jì)算吸入空氣量估計(jì)值的功能。
根據(jù)本實(shí)施方式，求出把從空氣流量計(jì)取得的變動(dòng)較大的流量值與沒有變動(dòng)的流量基準(zhǔn)值相關(guān)聯(lián)的校正系數(shù)，將該校正系數(shù)與流量基準(zhǔn)值相乘而求出空氣流量的估計(jì)值。因此，能夠求出去除了脈動(dòng)成分的空氣流量估計(jì)值，而不會(huì)使響應(yīng)性惡化。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的吸入空氣量估計(jì)方法用于求出具有可變氣門機(jī)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣量。該方法包括以下步驟根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、氣門升程量和氣門相位角，由預(yù)定的映射圖求出吸入空氣量基準(zhǔn)值的步驟；以及求出與設(shè)在所述內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣管中的空氣流量計(jì)的輸出相對(duì)應(yīng)的計(jì)測(cè)值的步驟。該方法還包括計(jì)算如下校正系數(shù)的步驟，該校正系數(shù)使得所述吸入空氣量基準(zhǔn)值乘以校正系數(shù)所得的值與所述計(jì)測(cè)值之間的偏差為最?。灰约皩?duì)求出的所述校正系數(shù)乘以所述吸入空氣量基準(zhǔn)值，來計(jì)算吸入空氣量估計(jì)值的步驟。
根據(jù)本實(shí)施方式，求出把從空氣流量計(jì)取得的變動(dòng)較大的流量值與沒有變動(dòng)的流量基準(zhǔn)值相關(guān)聯(lián)的校正系數(shù)，將該校正系數(shù)與流量基準(zhǔn)值相乘而求出空氣流量的估計(jì)值。因此，能夠求出去除了脈動(dòng)成分的空氣流量估計(jì)值，而不會(huì)使響應(yīng)性惡化。
在根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的吸入空氣量估計(jì)方法中，使用最小二乘法求出使所述偏差為最小的所述校正系數(shù)。
根據(jù)本實(shí)施方式，使用最小二乘法求出使所述偏差為最小的校正系數(shù)，從而能夠根據(jù)作為實(shí)測(cè)值的流量值來求出更適于求出空氣流量估計(jì)值的校正系數(shù)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)及其控制裝置的概略圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的吸入空氣量估計(jì)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的吸入空氣量估計(jì)處理的運(yùn)算流程圖。
圖4是示出現(xiàn)有技術(shù)中空氣流量計(jì)的輸出值及其移動(dòng)平均值的圖。
圖5是示出現(xiàn)有技術(shù)中未使用吸入空氣量估計(jì)裝置時(shí)的吸入空氣量相對(duì)于平均值的分布的圖。
圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的過渡狀態(tài)下的輸出的跟隨性的圖。
圖7是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的采用了吸入空氣量估計(jì)裝置時(shí)和未采用時(shí)的A/F測(cè)定結(jié)果的圖。
圖8是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的采用了吸入空氣量估計(jì)裝置時(shí)的A/F比的出現(xiàn)頻度的圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，對(duì)本發(fā)明的根據(jù)基準(zhǔn)值和空氣流量計(jì)的測(cè)定值來估計(jì)吸入空氣量的吸入空氣量估計(jì)裝置的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的具有可變氣門機(jī)構(gòu)(可變氣門升程機(jī)構(gòu)、可變氣門相位機(jī)構(gòu))的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)及其控制裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施方式中使用的發(fā)動(dòng)機(jī)是在進(jìn)氣管內(nèi)未設(shè)置節(jié)氣門的無節(jié)氣門型發(fā)動(dòng)機(jī)。通過可變氣門機(jī)構(gòu)改變氣門升程量和氣門相位角，來進(jìn)行作為節(jié)氣門的吸入空氣量的調(diào)節(jié)。另外，圖1中省略了本發(fā)明未使用的內(nèi)燃機(jī)周邊裝置。
電子控制單元(以下稱為“ECU”)100具有接收來自車輛各個(gè)部分的數(shù)據(jù)的輸入接口100b；執(zhí)行用于對(duì)車輛的各個(gè)部分進(jìn)行控制的運(yùn)算的CPU 100a；具有只讀存儲(chǔ)器(ROM)和隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(RAM)的存儲(chǔ)器100d；以及對(duì)車輛的各個(gè)部分發(fā)送控制信號(hào)的輸出接口100c。在存儲(chǔ)器100d的ROM中，存儲(chǔ)有用于進(jìn)行車輛各個(gè)部分的控制的程序和各種數(shù)據(jù)。用于進(jìn)行本發(fā)明的控制的程序存儲(chǔ)于該ROM中。ROM可以是EPROM等可重寫ROM。在RAM中設(shè)有用于CPU 100a的運(yùn)算的工作區(qū)域。來自車輛各個(gè)部分的數(shù)據(jù)和向車輛各個(gè)部分送出的控制信號(hào)暫時(shí)存儲(chǔ)在RAM中。
在本實(shí)施方式中，在上述ROM中存儲(chǔ)有用于執(zhí)行后述的圖3所示流程的程序、吸入空氣量估計(jì)運(yùn)算式、用于根據(jù)預(yù)定條件求出吸入空氣量基準(zhǔn)值GAIRMAP的吸入空氣量基準(zhǔn)映射圖以及對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)101進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)控制所需的其它程序。
存儲(chǔ)于ROM中的上述吸入空氣量基準(zhǔn)映射圖包括作為氣門升程量LIFT、氣門相位角CAIN以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE的函數(shù)的吸入空氣量基準(zhǔn)。吸入空氣量基準(zhǔn)值GAIRMAP表示根據(jù)這些預(yù)定參數(shù)求出的穩(wěn)定狀態(tài)和過渡狀態(tài)的基準(zhǔn)值，表示伴隨上述參數(shù)的變化的吸入空氣量變化的形狀。其用于通過根據(jù)與后述的來自空氣流量計(jì)102的測(cè)定值之間的關(guān)系，使用最小二乘法，而使空氣流量計(jì)102的測(cè)定值與由映射圖取得的變化形狀相關(guān)聯(lián)，對(duì)含有脈動(dòng)成分的吸入空氣量的測(cè)定值進(jìn)行校正。
向ECU100發(fā)送的信號(hào)到達(dá)輸入接口100b并進(jìn)行模一數(shù)轉(zhuǎn)換。CPU100a按照存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器100d中的程序來處理轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，生成用于向車輛的各個(gè)部分發(fā)送的控制信號(hào)。輸出接口100c將這些控制信號(hào)發(fā)送到車輛的各個(gè)部分。
發(fā)動(dòng)機(jī)101具有可變氣門機(jī)構(gòu)，因此ECU100也執(zhí)行用于控制可變氣門升程機(jī)構(gòu)106和可變氣門相位機(jī)構(gòu)107的程序。并且，ECU100向可變氣門升程機(jī)構(gòu)106和可變氣門相位機(jī)構(gòu)107發(fā)送通過執(zhí)行該程序而求出的氣門升程量LIFT和氣門相位角CAIN。另外，求出的氣門升程量LIFT和氣門相位角CAIN存儲(chǔ)在RAM中，在吸入空氣量基準(zhǔn)值GAIRMAP的檢索時(shí)使用。
可變氣門升程機(jī)構(gòu)106是能夠改變氣門升程量的裝置，對(duì)壓下氣門桿的凸輪進(jìn)行切換而改變氣門升程量。即，根據(jù)從ECU100發(fā)送的氣門升程量LIFT，通過油壓控制而切換為具有實(shí)現(xiàn)預(yù)定的氣門升程量的凸輪高度的凸輪。在本實(shí)施方式中，通過凸輪的切換來改變氣門升程量，但是也可以采用通過致動(dòng)器改變搖臂支點(diǎn)而使升程量變化的機(jī)構(gòu)等其它可變氣門升程機(jī)構(gòu)。
可變氣門相位機(jī)構(gòu)107形成為在進(jìn)氣凸輪的端部裝配有葉片式致動(dòng)器，通過油壓控制使氣門相位角向超前側(cè)或滯后側(cè)變化。另外，根據(jù)來自ECU100的氣門相位角CAIN，通過油壓控制改變凸輪相位角。
在本實(shí)施方式的無節(jié)氣門型發(fā)動(dòng)機(jī)中，如上所述，使用可變氣門升程機(jī)構(gòu)106和可變氣門相位機(jī)構(gòu)107，控制流入氣缸內(nèi)的吸入空氣量，而實(shí)現(xiàn)無節(jié)氣門型發(fā)動(dòng)機(jī)。
在發(fā)動(dòng)機(jī)101中，設(shè)有對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)101的曲軸的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)的曲軸角傳感器105。曲軸角傳感器105由關(guān)于各個(gè)氣缸的吸入行程開始時(shí)的上死點(diǎn)(TDC)在預(yù)定的曲軸角度(這里為每180度曲軸角)輸出TDC信號(hào)脈沖的TDC傳感器；以及按照比TDC信號(hào)脈沖短的一定曲軸角周期(例如30度)產(chǎn)生一個(gè)脈沖的CRK傳感器構(gòu)成。從而向ECU100提供TDC信號(hào)脈沖和CRK信號(hào)脈沖。這些信號(hào)脈沖用于燃料噴射正時(shí)、點(diǎn)火正時(shí)等的使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的各種定時(shí)控制。特別是在本實(shí)施方式中，這些信號(hào)用于通過對(duì)在預(yù)定時(shí)間中輸出的TDC信號(hào)脈沖數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，來計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE。此外，這些信號(hào)也用于取得從空氣流量計(jì)102對(duì)測(cè)定值進(jìn)行采樣的定時(shí)。
在發(fā)動(dòng)機(jī)101中，安裝有進(jìn)氣管103和排氣管104，在進(jìn)氣管103中安裝有空氣流量計(jì)102。
空氣流量計(jì)102用于計(jì)測(cè)吸入空氣量，并向ECU100輸出所測(cè)定的流速。本實(shí)施方式的空氣流量計(jì)102采用卡曼渦式(Karman vortex)空氣流量計(jì)，其在空氣流中設(shè)置棒狀流阻，并通過光傳感器或超聲波對(duì)在其后方產(chǎn)生的與流速成正比的渦旋數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)。這里雖然采用了卡曼渦式，但是也可以采用葉片式空氣流量計(jì)或者熱線式空氣流量計(jì)。
ECU100構(gòu)成為相對(duì)于從空氣流量計(jì)102取得的空氣流速，能夠根據(jù)上述TDC信號(hào)脈沖求出發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)沖程的時(shí)間，進(jìn)而通過乘以預(yù)定系數(shù)，來求出每一沖程的吸入空氣量(g/str)。
另外，雖然有些沒有圖示，但在發(fā)動(dòng)機(jī)101上安裝有運(yùn)轉(zhuǎn)所需的其它設(shè)備(例如，水溫傳感器等傳感器類、以及燃料噴射裝置、火花塞、三效催化劑等各種裝置)。
在本實(shí)施方式中，由ECU100按照下式(3)至(5)計(jì)算吸入空氣量估計(jì)值。這些式子構(gòu)成為使用式(5)通過根據(jù)吸入空氣量基準(zhǔn)值GAIRMAP(i)和測(cè)定值GAIRTH(i)逐次計(jì)算使e(i)為最小的θ(i)，從而求出吸入空氣量估計(jì)值GAIRHAT。在求使偏差e(i)為最小的θ時(shí)，在本實(shí)施方式中使用最小二乘法。下面示出使用最小二乘法的上式的推導(dǎo)方法。
將基于吸入空氣量基準(zhǔn)值GAIRMAP的吸入空氣量估計(jì)值作為吸入空氣量估計(jì)值GAIRHAT(i)，如下這樣建立模型。
GAIRHAT(i)＝θ(i)×GAIRMAP(i)(1)其中，θ(i)模型參數(shù)設(shè)測(cè)定值(傳感器輸出值)GAIRTH(i)和作為估計(jì)值的GAIRHAT(i)的偏差為e(i)，進(jìn)行如下定義。
e(i)＝GAIRTH(i)-θ(i)×GAIRMAP(i)(2)此時(shí)，時(shí)間i的空氣流量估計(jì)值GAIRHAT(i)可以根據(jù)下式(3)至(5)進(jìn)行計(jì)算。
GAIRHAT(i)＝θ(i)×GAIRMAP(i)(3)其中，θ(i)模型參數(shù)e(i)＝GAIRTH(i)-θ(i-1)×GAIRMAP(i)(4)θ(i)=θ(i-1)+P(i-1)×GAIRMAP(i)1+GAIRMAP2(i)×P(i-1)×e(i)---(5)]]>其中，P(i)=P(i-1)-P(i-1)2×GAIRMAP2(i)1+GAIRMAP2(i)×P(i-1)]]>圖2示出根據(jù)本實(shí)施方式的吸入空氣量估計(jì)裝置200的框圖。吸入空氣量估計(jì)裝置200包括模塊201、模塊202和模塊203。模塊201將吸入空氣量基準(zhǔn)值存儲(chǔ)為映射圖，根據(jù)時(shí)間i的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE(i)、氣門升程量LIFT(i)和氣門相位角CAIN(i)，輸出對(duì)應(yīng)的吸入空氣量基準(zhǔn)值GAIRMAP(i)。乘法器204將從模塊201輸出的吸入空氣量基準(zhǔn)值GAIRMAP(i)與從模塊203輸出的θ(i-1)相乘，并將其結(jié)果輸出給差分運(yùn)算器205。當(dāng)輸入了來自乘法器204的輸出時(shí)，差分運(yùn)算器205計(jì)算所輸入的值與測(cè)定值GAIRTH之間的差分，并向乘法器206輸出差分值e(i)。
模塊202計(jì)算并輸出在式(5)中對(duì)偏差e(i)相乘的部分。乘法器206接收從模塊202輸出的值，并將該值與差分值e(i)相乘，并將其結(jié)果向加法器207輸出。加法器207將乘法器206的輸出值與模塊203的輸出值θ(i-1)相加，并將其結(jié)果輸出給乘法器208和模塊203。
模塊203是延遲模塊，具有接收模型參數(shù)θ(i)，將其暫時(shí)存儲(chǔ)，并且將上一次存儲(chǔ)的模型參數(shù)θ(i-1)向乘法器204和加法器207輸出的功能。
從乘法器207輸出的θ(i)在乘法器208中與吸入空氣量基準(zhǔn)值GAIRMAP(i)相乘，輸出吸入空氣量估計(jì)值GAIRHAT(i)。
通過這樣的構(gòu)成，可以求出使偏差e(i)為最小的θ(i)。
圖3是使用本實(shí)施方式的吸入空氣量估計(jì)裝置來求出得到目標(biāo)空燃比的燃料噴射量的處理。圖3所示的吸入空氣量估計(jì)處理構(gòu)成為在預(yù)定時(shí)刻或預(yù)定條件下從主程序中進(jìn)行調(diào)用。此外，在本實(shí)施方式中，以下處理的運(yùn)算周期為10～30(msec)的時(shí)間同步。但是，也可以是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速同步。
從主程序調(diào)用吸入空氣量估計(jì)處理時(shí)，ECU100根據(jù)TDC信號(hào)脈沖的輸入定時(shí)進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE(S301)。接著，ECU100從存儲(chǔ)器100d取得氣門升程量LIFT和氣門相位角CAIN(S302)。這里，本實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)101具有可變氣門機(jī)構(gòu)。于是，通過ECU100執(zhí)行用于控制可變氣門機(jī)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)的程序而預(yù)先計(jì)算出控制可變氣門升程機(jī)構(gòu)和可變氣門相位機(jī)構(gòu)所需的氣門升程量LIFT和氣門相位角CAIN，并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器100d內(nèi)。在本實(shí)施方式中，使用這樣預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器100d中的氣門升程量LIFT和氣門相位角CAIN。
接著，ECU100根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE、氣門升程量LIFT和氣門相位角CAIN，并參照存儲(chǔ)器100d內(nèi)的吸入空氣量基準(zhǔn)映射圖，取得對(duì)應(yīng)的吸入空氣量基準(zhǔn)值GAIRMAP(S303)。
接著，ECU100取得來自空氣流量計(jì)102的測(cè)定值GAIRTH。測(cè)定值GAIRTH可以使用直接從空氣流量計(jì)102取得的采樣值，但是在本實(shí)施方式中將六個(gè)CRK輸出的采樣值的移動(dòng)平均值用作測(cè)定值。然后，ECU100將預(yù)定系數(shù)與該移動(dòng)平均值相乘，得到每一沖程的測(cè)定值即吸入空氣量GAIRTH(g/str)(S304)。
當(dāng)取得了測(cè)定值GAIRTH時(shí)，ECU100從存儲(chǔ)器中讀出前一次的θ，按照式(4)計(jì)算偏差e。并且，ECU100從存儲(chǔ)器中讀出前一次的P，按照式(5)計(jì)算θ。然后，將該θ應(yīng)用于式(3)，計(jì)算出吸入空氣量估計(jì)值GAIRHAT(S305)。此外，因?yàn)橄乱淮斡?jì)算時(shí)需要，因此將上述計(jì)算所得的θ、P等各值存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器100d中。此外，在本實(shí)施方式中，逐次計(jì)算作為辨識(shí)增益的P，但是也可以設(shè)為定值。
在本實(shí)施方式中，為求使偏差e為最小的θ，使用了利用最小二乘法的公式，但是也可以使用最速下降法。
當(dāng)計(jì)算出吸入空氣量估計(jì)值GAIRHAT時(shí)，ECU100根據(jù)吸入空氣量估計(jì)值GAIRHAT計(jì)算燃料噴射量(S306)。采用計(jì)算實(shí)現(xiàn)目標(biāo)空燃比的燃料量的現(xiàn)有技術(shù)來進(jìn)行燃料噴射量的計(jì)算。
這樣，能夠用映射值對(duì)難以判定是否為過渡狀態(tài)的來自空氣流量計(jì)的測(cè)定值進(jìn)行校正，可以獲得去除了作為脈動(dòng)成分的變動(dòng)的吸入空氣量值。并且，能夠根據(jù)這樣去除了變動(dòng)的吸入空氣量估計(jì)值來控制燃料噴射量，從而使無節(jié)氣門型發(fā)動(dòng)機(jī)也能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的空燃比。
此外，本實(shí)施方式的吸入空氣量估計(jì)裝置無需設(shè)定濾波器次數(shù)，且無需判定是否為過渡狀態(tài)。
圖6示出了空氣流量計(jì)102的實(shí)測(cè)值(虛線)、空氣流量計(jì)輸出的移動(dòng)平均(點(diǎn)線)以及通過本實(shí)施方式計(jì)算出的估計(jì)值(實(shí)線)。其中可知，實(shí)測(cè)值的振幅最大且脈動(dòng)引起的空氣流量的變動(dòng)大。并且可知，當(dāng)為了去除該脈動(dòng)成分而計(jì)算移動(dòng)平均時(shí)，也無法去除較大的變動(dòng)，且發(fā)生由于移動(dòng)平均而產(chǎn)生的過渡期的延遲。與此相對(duì)，可知本實(shí)施方式的吸入空氣量估計(jì)裝置的吸入空氣量估計(jì)值不會(huì)發(fā)生過渡期的延遲，并且由脈動(dòng)而產(chǎn)生的較大的空氣流量的變動(dòng)收斂。因此，通過使用吸入空氣量估計(jì)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)過渡期的高響應(yīng)性。
圖7(a)示出了未采用吸入空氣量估計(jì)裝置時(shí)的實(shí)際空燃比(以下A/F比)的測(cè)定結(jié)果，圖7(b)示出采用了吸入空氣量估計(jì)裝置時(shí)的A/F測(cè)定結(jié)果。運(yùn)轉(zhuǎn)條件均為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1000(rpm)、氣門相位角50(deg)、氣門升程量1.5(mm)。并且，在圖7(a)(b)中，中央實(shí)線KCMD為目標(biāo)空燃比，KACT為計(jì)測(cè)所得A/F值。在圖7(a)中，在未采用吸入空氣量估計(jì)裝置時(shí)，由于在空氣流量測(cè)定值中發(fā)生偏差，因此據(jù)此控制燃料噴射量時(shí)，A/F值不穩(wěn)定且振幅較大。與此相對(duì)，當(dāng)采用吸入空氣量估計(jì)裝置時(shí)，如圖7(b)所示可知，吸入空氣量估計(jì)值為去除了變動(dòng)值后的值，因此據(jù)此而噴射的燃料噴射量不像圖7(a)那樣變動(dòng)，空燃比KACT收斂于目標(biāo)值。
圖8示出了A/F值的出現(xiàn)頻度。當(dāng)未采用本實(shí)施方式的吸入空氣量估計(jì)裝置(自適應(yīng)濾波器)時(shí)，收斂于±1％以內(nèi)的KACT達(dá)到34.2％。另一方面，當(dāng)采用了本實(shí)施方式的吸入空氣量估計(jì)裝置時(shí)，收斂于±1％以內(nèi)的KACT變?yōu)?00％，獲得了良好的結(jié)果。因此，通過使用本吸入空氣量估計(jì)裝置，即使在無節(jié)氣門型發(fā)動(dòng)機(jī)這樣的脈動(dòng)較大的環(huán)境中，也能夠獲得穩(wěn)定的吸入空氣量值。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)具有可變氣門機(jī)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣量進(jìn)行估計(jì)的吸入空氣量估計(jì)裝置，其具有基準(zhǔn)值取得單元，其根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、氣門升程量和氣門相位角，由預(yù)定的映射圖求出吸入空氣量基準(zhǔn)值；計(jì)測(cè)值取得單元，其求出與設(shè)在所述內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣管中的空氣流量計(jì)的輸出相對(duì)應(yīng)的計(jì)測(cè)值；運(yùn)算單元，其計(jì)算如下的校正系數(shù)該校正系數(shù)使得所述吸入空氣量基準(zhǔn)值乘以該校正系數(shù)所得的值與所述計(jì)測(cè)值之間的偏差為最小；以及估計(jì)值計(jì)算單元，其對(duì)求出的所述校正系數(shù)乘以所述吸入空氣量基準(zhǔn)值，來計(jì)算吸入空氣量估計(jì)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸入空氣量估計(jì)裝置，其中，所述運(yùn)算單元使用最小二乘法來求使所述偏差為最小的所述校正系數(shù)。
3.一種程序，其使電子控制裝置實(shí)現(xiàn)以下功能，以求出具有可變氣門機(jī)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣量根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、氣門升程量和氣門相位角，由預(yù)定的映射圖求出吸入空氣量基準(zhǔn)值的功能；求出與設(shè)在所述內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣管中的空氣流量計(jì)的輸出相對(duì)應(yīng)的計(jì)測(cè)值的功能；計(jì)算如下校正系數(shù)的功能，該校正系數(shù)使得所述吸入空氣量基準(zhǔn)值乘以該校正系數(shù)所得的值與所述計(jì)測(cè)值之間的偏差為最?。灰约皩?duì)求出的所述校正系數(shù)乘以所述吸入空氣量基準(zhǔn)值，來計(jì)算吸入空氣量估計(jì)值的功能。
4.一種對(duì)具有可變氣門機(jī)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣量進(jìn)行估計(jì)的方法，其具有以下步驟根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、氣門升程量和氣門相位角，由預(yù)定的映射圖求出吸入空氣量基準(zhǔn)值的步驟；求出與設(shè)在所述內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣管中的空氣流量計(jì)的輸出相對(duì)應(yīng)的計(jì)測(cè)值的步驟；計(jì)算如下校正系數(shù)的步驟，該校正系數(shù)使得所述吸入空氣量基準(zhǔn)值乘以校正系數(shù)所得的值與所述計(jì)測(cè)值之間的偏差為最??；以及對(duì)求出的所述校正系數(shù)乘以所述吸入空氣量基準(zhǔn)值，來計(jì)算吸入空氣量估計(jì)值的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的對(duì)具有可變氣門機(jī)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣量進(jìn)行估計(jì)的方法，其使用最小二乘法求出使所述偏差為最小的所述校正系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種吸入空氣量估計(jì)裝置、方法以及程序。該吸入空氣量估計(jì)裝置用于求出具有可變氣門機(jī)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣量。該吸入空氣量估計(jì)裝置具有基準(zhǔn)值取得單元，其根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、氣門升程量和氣門相位角，由預(yù)定的映射圖求出吸入空氣量基準(zhǔn)值；計(jì)測(cè)值取得單元，其求出與設(shè)在所述內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣管中的空氣流量計(jì)的輸出相對(duì)應(yīng)的計(jì)測(cè)值；運(yùn)算單元，其計(jì)算如下的校正參數(shù)該校正參數(shù)使得所述吸入空氣量基準(zhǔn)值乘以校正系數(shù)所得的值與所述計(jì)測(cè)值之間的偏差為最?。灰约肮烙?jì)值計(jì)算單元，其對(duì)求出的所述校正系數(shù)乘以所述吸入空氣量基準(zhǔn)值，來計(jì)算吸入空氣量估計(jì)值。
文檔編號(hào)F02D13/02GK1981126SQ200580022849
公開日2007年6月13日 申請(qǐng)日期2005年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月7日
發(fā)明者田上裕, 安井裕司, 齊藤光宣, 東谷幸祐 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社