內(nèi)燃機(jī)的缸內(nèi)壓力推定裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)的缸內(nèi)壓力推定裝置，具體而言，涉及能實(shí)時(shí)當(dāng)前模擬缸內(nèi)壓 力的內(nèi)燃機(jī)的缸內(nèi)壓力推定裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在近幾年的環(huán)境問題、能源問題的背景下，要求進(jìn)一步提高內(nèi)燃機(jī)控制裝置的燃 耗效率。針對(duì)該要求，以往對(duì)點(diǎn)火時(shí)期進(jìn)行優(yōu)化，以使其接近MBT(MinimumAdvancefor BestTorque:最佳轉(zhuǎn)矩時(shí)的最小點(diǎn)火提前角），并利用VVT(VariableValveTiming:可變 氣門正時(shí)）機(jī)構(gòu)來(lái)優(yōu)化泵氣損失、內(nèi)部EGR量，并且還利用該VVT結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行利用進(jìn)氣閥延 遲關(guān)閉的阿特金森循環(huán)，而且還利用EGR(ExhaustGasRecirculation:廢氣再循環(huán)）結(jié)構(gòu) 來(lái)優(yōu)化泵氣損失、外部EGR量。
[0003] 為了如上述那樣將大量的控制參數(shù)控制在最佳，對(duì)缸內(nèi)壓力進(jìn)行測(cè)量并調(diào)查最佳 的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了燃耗效率的提高，然而為了進(jìn)行優(yōu)化，原本所必須的數(shù)據(jù)量也會(huì)變 得龐大，因此使用DoE(DesignofExperiments:實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)）等來(lái)減少測(cè)量點(diǎn)，而且還利用 MBC(Model_BasedCalibration:基于模型的校準(zhǔn)）來(lái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)建模、數(shù)值優(yōu)化等，以減少 控制所需的映射數(shù)。
[0004] 上述方法利用統(tǒng)計(jì)模型來(lái)優(yōu)化控制參數(shù)，但也考慮利用物理模型而非統(tǒng)計(jì)模型來(lái) 優(yōu)化點(diǎn)火時(shí)期等。即，根據(jù)VVT、EGR的控制量以及各種傳感器輸出值，并利用物理模型來(lái)計(jì) 算缸內(nèi)的進(jìn)氣量、EGR量，進(jìn)一步基于計(jì)算出的進(jìn)氣量、EGR量、點(diǎn)火時(shí)期來(lái)實(shí)施基于物理模 型的燃燒模擬從而推定缸內(nèi)壓力，由此，在不測(cè)量缸內(nèi)壓力的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，也能計(jì)算燃耗達(dá) 到最佳的VVT、EGR、點(diǎn)火時(shí)期的控制量，從而優(yōu)化各控制參數(shù)。
[0005] 進(jìn)一步地，隨著內(nèi)燃機(jī)控制裝置中所使用的微機(jī)的性能的提高，也考慮在執(zhí)行內(nèi) 燃機(jī)控制的同時(shí)，實(shí)時(shí)地進(jìn)行燃燒模擬，從而實(shí)施該缸內(nèi)壓力的推定、各種控制量的優(yōu)化。
[0006] 作為物理模型中、特別是燃燒模擬中所使用的燃燒模型的例子，例如日本專利特 開2004-293541號(hào)公報(bào)（專利文獻(xiàn)1)所公開的方法利用由湍流燃燒引起的火焰的生長(zhǎng)和 由層流燃燒引起的火焰的生長(zhǎng)來(lái)預(yù)測(cè)火焰?zhèn)鞑ィ瑥亩鴺?gòu)建燃燒的物理模型。此外，例如日本 專利特開2004-332658號(hào)公報(bào)（專利文獻(xiàn)2)所公開的方法基于層流燃燒速度來(lái)計(jì)算主燃 燒期間，并進(jìn)一步基于主燃燒期間來(lái)計(jì)算MBT點(diǎn)火時(shí)期。作為與上述那樣忠實(shí)于燃燒物理 模型的燃燒模擬不同的方式，例如日本專利特開2008-215204號(hào)公報(bào)（專利文獻(xiàn)3)所記載 的方法利用近似燃料比率的Wiebe函數(shù)來(lái)實(shí)施熱釋放率的模擬。 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利特開2004-293541號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2 :日本專利特開2004-332658號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)3 :日本專利特開2008-215204號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】
發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0008] 然而，上述專利文獻(xiàn)1和2所公開的方法雖然進(jìn)行了在一定程度上忠實(shí)于現(xiàn)有已 知的燃燒物理模型的燃燒模擬，但實(shí)際缸內(nèi)的燃燒現(xiàn)象非常復(fù)雜，因而認(rèn)為以安裝于內(nèi)燃 機(jī)控制裝置并實(shí)時(shí)地對(duì)燃燒進(jìn)行模擬的水平的運(yùn)算量來(lái)進(jìn)行高精度的推定較為困難。
[0009] 此外，專利文獻(xiàn)3所公開的方法中，由于是對(duì)燃燒的進(jìn)行狀況進(jìn)行近似，因此，雖 然運(yùn)算量較少，但也需要根據(jù)缸內(nèi)形狀、運(yùn)轉(zhuǎn)條件來(lái)改變Wiebe函數(shù)的常數(shù)，若因缸內(nèi)形狀 而導(dǎo)致熱釋放率的形狀較為復(fù)雜（例如以熱釋放率的峰值為中心、左右不對(duì)稱的情況等）， 則需要使用復(fù)雜的Wiebe函數(shù)來(lái)進(jìn)行擬合等，存在為了高精度地進(jìn)行模擬而需要大量的常 數(shù)及其適應(yīng)的問題。
[0010] 本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于提供一種內(nèi)燃機(jī)的缸內(nèi)壓力推 定裝置，能利用常數(shù)較少的燃燒模型來(lái)高精度地推定缸內(nèi)壓力的行為。 解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[0011] 本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的缸內(nèi)壓力推定裝置包括：對(duì)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)的運(yùn)轉(zhuǎn) 狀態(tài)檢測(cè)單元；基于所述運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測(cè)單元所檢測(cè)到的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來(lái)計(jì)算點(diǎn)火后因燃燒而開 始產(chǎn)生熱量為止的期間、即著火延遲的著火延遲計(jì)算單元；以及基于所述運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來(lái)計(jì)算 燃燒速度的燃燒速度計(jì)算單元， 在經(jīng)過(guò)點(diǎn)火后的著火焰期間之后，對(duì)火花塞的間隙部所產(chǎn)生的火焰面呈以所述火花塞 的間隙部為中心的橢圓體狀并以所述燃燒速度擴(kuò)大到缸內(nèi)壁面的情況進(jìn)行模擬，將所述火 焰面的內(nèi)側(cè)設(shè)為既燃部，將外側(cè)設(shè)為未燃部，從而分別計(jì)算所述既燃部與所述未燃部的缸 內(nèi)壓力，并基于所述既燃部與所述未燃部的缸內(nèi)壓力來(lái)推定整個(gè)缸內(nèi)的缸內(nèi)壓力。 發(fā)明效果
[0012] 若采用本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的缸內(nèi)壓力推定裝置，則能利用較少的控制常數(shù)來(lái)以更高 的精度對(duì)缸內(nèi)壓力的行為進(jìn)行推定。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是簡(jiǎn)要地表示搭載了本發(fā)明實(shí)施方式1所涉及的缸內(nèi)壓力推定裝置的內(nèi)燃機(jī) 的結(jié)構(gòu)圖。 圖2是簡(jiǎn)要地表示搭載了本發(fā)明實(shí)施方式1所涉及的缸內(nèi)壓力推定裝置的內(nèi)燃機(jī)的控 制裝置的結(jié)構(gòu)圖。 圖3是表示燃燒參數(shù)近似單元的框圖。 圖4是表示初期缸內(nèi)壓力的缸內(nèi)壓力-缸內(nèi)容積線圖。 圖5是表示著火延遲與燃燒速度的圖。 圖6是表示燃燒模擬的運(yùn)算內(nèi)容的流程圖。 圖7是示意性地表示缸內(nèi)的火焰生長(zhǎng)的圖。 圖8是示意性地表示計(jì)算火焰表面積的方法的圖。 圖9是示意性地表示計(jì)算火焰體積的方法的圖。 圖10是示意性地表示計(jì)算既燃部的缸內(nèi)溫度的方法的圖。 圖11是表示根據(jù)缸內(nèi)壓力計(jì)算燃燒速度的方法的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面，利用附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的缸內(nèi)壓力推定裝置的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō) 明。
[0015] 實(shí)施方式1 圖1是簡(jiǎn)要地表示搭載了本發(fā)明實(shí)施方式1所涉及的缸內(nèi)壓力推定裝置的內(nèi)燃機(jī)（以 下也稱為發(fā)動(dòng)機(jī)）的結(jié)構(gòu)圖，圖2是簡(jiǎn)要地表示其控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0016] 圖1中，在發(fā)動(dòng)機(jī)1的進(jìn)氣系統(tǒng)的上游設(shè)有對(duì)吸入空氣量進(jìn)行檢測(cè)的氣流傳感器 (以下稱為AFS:AirFlowSensor) 2。在AFS2下游的發(fā)動(dòng)機(jī)1 一側(cè)，設(shè)置有能進(jìn)行電氣控 制的電子控制節(jié)流器3,以對(duì)吸入空氣量進(jìn)行調(diào)整。另外，為了對(duì)電子控制節(jié)流器3的開度 進(jìn)行測(cè)定，設(shè)置有節(jié)流開度傳感器4。另外，也可以基于后述的進(jìn)氣歧管壓力來(lái)推定吸入空 氣量等，使用其它對(duì)吸入空氣量進(jìn)行測(cè)定的單元，從而代替使用AFS2來(lái)檢測(cè)吸入空氣量。 [0017] 另外，還設(shè)有用于對(duì)包含設(shè)置在電子控制節(jié)流器3下游的氣室5以及進(jìn)氣歧管6 內(nèi)在內(nèi)的空間（以下稱為進(jìn)氣歧管）的壓力（以下稱為進(jìn)氣歧管壓力）進(jìn)行測(cè)定的進(jìn)氣歧 管壓傳感器7,以及對(duì)進(jìn)氣歧管內(nèi)的溫度（以下稱為進(jìn)氣歧管溫度）進(jìn)行測(cè)定的進(jìn)氣溫度傳 感器8。此外，也可以使用對(duì)嚴(yán)格來(lái)講是不同溫度的外部氣體進(jìn)行近似測(cè)量的溫度傳感器、 例如內(nèi)置于AFS2的溫度傳感器，根據(jù)外部氣溫來(lái)對(duì)進(jìn)氣歧管溫進(jìn)行推算，以代替設(shè)置有測(cè) 量進(jìn)氣歧管溫的進(jìn)氣溫傳感器8。
[0018] 而且，氣室5連接有從用于將來(lái)自排氣系統(tǒng)的外部EGR導(dǎo)入的EGR閥9開始的路 徑。在包含進(jìn)氣歧管6及缸內(nèi)在內(nèi)的進(jìn)氣閥附近設(shè)有用于噴射燃料的噴射器10,在進(jìn)氣閥 及排氣閥中分別設(shè)有用于使閥正時(shí)可變來(lái)操作內(nèi)部EGR的進(jìn)氣VVTll和排氣VVT12,氣缸蓋 上設(shè)有用于對(duì)火花塞進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的點(diǎn)火線圈13,該火花塞用于在氣缸內(nèi)產(chǎn)生火花。在排氣歧 管14中設(shè)置有未圖示的氧氣傳感器、催化劑、通向EGR閥9的路徑。還設(shè)有曲柄角度傳感 器16,該曲柄角度傳感器16從安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)1的曲柄軸上的旋轉(zhuǎn)板15的邊緣檢測(cè)出發(fā)動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)速、曲柄角度。
[0019] 此外，設(shè)有電子控制單元（以下稱為EQJ:ElectricControlUnit) 17,如圖2所 示，向ECU17輸入：AFS2所測(cè)定的吸入空氣量，節(jié)流開度傳感器4所測(cè)定的電子控制節(jié)流器 3的開度，進(jìn)氣歧管壓傳感器7所測(cè)定的進(jìn)氣歧管壓力，進(jìn)氣溫度傳感器8所測(cè)定的進(jìn)氣歧 管溫度，曲柄角度傳感器16所檢測(cè)到的旋轉(zhuǎn)板15的邊緣，以及大氣壓傳感器18所測(cè)定的 大氣壓。此外，也可以使用對(duì)大氣壓進(jìn)行推算的單元，還可以使用內(nèi)置于ECU17中的大氣壓 傳感器，來(lái)代替對(duì)大氣壓進(jìn)行測(cè)定的大氣壓傳感器18。另外，來(lái)自上述以外的各種傳感器 19 (包含未圖不的油門開度傳感器、氧氣傳感器）的測(cè)定值也都輸入E⑶17。
[0020] 在ECU17內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測(cè)單元20中，根據(jù)旋轉(zhuǎn)板15的邊緣周期來(lái)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速、曲柄角度，并進(jìn)一步根據(jù)吸入空氣量、進(jìn)氣歧管壓力等來(lái)計(jì)算氣缸吸入空氣量、EGR 率。基于在這里計(jì)算出的氣缸吸入空氣量、EGR率來(lái)驅(qū)動(dòng)噴射器10、點(diǎn)火線圈13等。此外， 利用油門開度等所輸入的各種數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，并計(jì)算出達(dá)到所算出的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩的目 標(biāo)氣缸吸入空氣流量，并計(jì)算目標(biāo)節(jié)流開度、目標(biāo)進(jìn)氣VVT相位角、目標(biāo)排氣VVT相位角、目 標(biāo)EGR開度，來(lái)達(dá)到目標(biāo)氣缸吸入空氣流量及目標(biāo)EGR率，并將它們作為目標(biāo)值，來(lái)對(duì)電子 控制節(jié)流器3的開度、進(jìn)氣VVT11、排氣VVT12的相位角、以及EGR閥9的開度進(jìn)行控制。此 外，根據(jù)需要也對(duì)其它各種致動(dòng)器21進(jìn)行控制。
[0021] 在E⑶17內(nèi)除了上述那樣通常的發(fā)動(dòng)機(jī)控制以外，也同時(shí)進(jìn)行燃燒模擬。基于上 述運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測(cè)單元20所求出的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，由燃燒參數(shù)近似單元22計(jì)算燃燒模擬所需的 燃燒參數(shù)，并基于運(yùn)轉(zhuǎn)條件和燃燒參數(shù)，由燃燒模擬單元23來(lái)進(jìn)行燃燒模擬。
[0022] 接著，參照?qǐng)D3,對(duì)燃燒參數(shù)近似單元22進(jìn)行說(shuō)明。圖3是表示燃燒參數(shù)近似單 元22的框圖。在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測(cè)單元20中，如上所述，計(jì)算通常的發(fā)動(dòng)機(jī)控制所使用的運(yùn)轉(zhuǎn) 狀態(tài)、即發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（Ne),填充效率（Ec)，點(diǎn)火時(shí)期（IG)，空燃比（AFR)，EGR率（InEGR:內(nèi) 部EGR率、ExEGR:外部EGR率、EGR:總EGR率（=InEGR+ExEGR))，VVT相位角（InVVT:進(jìn) 氣側(cè)、ExVVT:排氣側(cè)），以及進(jìn)氣歧管壓力（Pb)等。然而，為了實(shí)施燃燒模擬，僅靠這些參 數(shù)是不夠的，還需要與缸內(nèi)壓力有關(guān)的參數(shù)、與燃燒有關(guān)的參數(shù)。為此，在燃燒參數(shù)近似單 元22中，由模塊301計(jì)算初始缸內(nèi)壓力（Pin)，由模塊302計(jì)算著火延遲（IgDly)，由模塊 303計(jì)算燃燒速度（Vcomb)。另外，模塊301為初始缸內(nèi)壓力計(jì)算單元，模塊302為著火延 遲計(jì)算單元，模塊303為燃燒速度計(jì)算單元。
[0023] 首先，對(duì)模塊301中的初始缸內(nèi)壓力（Pin)的計(jì)算方法進(jìn)行說(shuō)明。初始缸內(nèi)壓力 (pin)是指壓縮行程開始（下死點(diǎn)）時(shí)刻的缸內(nèi)壓力。通常在發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮行程中，已知在 進(jìn)氣閥關(guān)閉到點(diǎn)火時(shí)期為止