CN100402822C - 发动机的燃料喷射控制设备和方法 - Google Patents

Abstract

在内燃发动机(1)中，通过进气阀(15)将空气从进气通道(30)送入到汽缸(5)中。通过使发动机控制器(31)考虑预定响应延迟(T2)、根据加速器开度(APO)操作进气风门(23)，将送入到汽缸(5)中的空气量控制为目标进气量。发动机控制器(31)基于加速器开度(APO)计算进气量的预测值(Qc1)，并控制燃料喷射器(21)在预定定时以与此预测值(Qc1)相对应的目标燃料喷射量(Ti)喷射燃料。这样，在内燃发动机(1)加速或减速时执行的空气-燃料比控制的精确度得到了改善。

Description

发动机的燃料喷射控制设备和方法

技术领域

本发明涉及内燃发动机在过渡状态下的燃料喷射控制。

背景技术

在内燃发动机中，例如，在加速操作和吸入发动机汽缸中的空气量实际增大的时刻之间出现时间滞后。当发动机正常运行、并且以与目标燃料喷射量相对应的量而通过燃料喷射器喷射燃料时，发动机中的空气-燃料混合物达到了化学计量的空气-燃料比，所述目标燃料喷射量是根据提供在进气节流阀上游侧的气流计检测出的进气流量(flow rate)和目标空气-燃料比而计算的。然而，在诸如加速和减速的发动机的过渡运转周期期间，由于进气量的改变的延迟，汽缸中的空气-燃料混合物暂时地与化学计量的空气-燃料比相偏离。

日本专利局于1989年公布的JP01-305144A提出了一种燃料喷射量计算方法，其用于确保：即使在用于车辆的内燃发动机的过渡运转周期期间，提供到汽缸的空气-燃料混合物也与目标空气-燃料比匹配。更具体地，根据由气流计所检测出的检测流量而计算每汽缸燃烧周期的进气量，并且，根据此进气量和化学计量的空气-燃料比来计算与汽缸的进气量相对应的目标燃料喷射量。此外，在此现有技术中，在比进气阀的关闭超前10毫秒的定时应用目标燃料喷射量。

发明内容

当根据气流计检测的流量计算汽缸的每燃烧周期的进气量时，实现延迟处理。换句话说，在将空气实际送入汽缸之前计算汽缸的进气量。这样，有可能在关闭进气阀之前应用基于计算结果的燃料喷射量。

关于内燃发动机的加速运转，如果从关闭进气阀开始超前10毫秒的燃料喷射量应用定时早于实际的燃料喷射定时，则可将计算出的燃料喷射量反映在实际燃料喷射中。然而，如果从关闭进气阀开始超前10毫秒的燃料喷射量应用定时晚于该喷射定时，则使用在先前的燃烧周期期间计算出的燃料喷射量来执行燃料喷射。在后一种情况下，当内燃发动机加速时，汽缸中的空气-燃料混合物的实际空气-燃料比不可避免地偏移到贫乏侧。

为解决此问题，可将计算出的燃料喷射量值的应用定时显著地提前。然而，此提前操作是作为对在根据气流计检测的流量计算汽缸中的进气量期间执行的延迟处理的校正而执行的。因此，仅可在延迟处理的范围内将应用定时提前。简单地说，不能在气流计检测到空气流量增加之前计算燃料喷射量。由此，将计算出的燃料喷射量值的应用定时提前的操作被限制在很窄的范围，并且，还限制了有关空气-燃料比控制的精度的效果。

因此，本发明的一个目的在于：进一步改善内燃发动机在过渡运转周期期间的空气-燃料比控制的精度。

为了实现以上目的，本发明提供了一种用于这种内燃发动机的燃料喷射控制设备，该内燃发动机包括：汽缸；进气通道，通过其将空气送入汽缸；进气量调节机构，其根据加速器开度而调整汽缸的进气量；以及燃料喷射器，其提供具有与进气量相对应的燃料量的进入空气，其中在加速器开度和由进气量调节机构执行的进气量调节之间存在预定响应延迟。

该燃料喷射控制设备包括：可编程控制器，其被编程为：根据加速器开度计算要由进气量调节机构实现的、汽缸的进气量的预测值；根据该预测值计算目标燃料喷射量；以及控制燃料喷射器在预定喷射定时以目标燃料喷射量喷射燃料。

本发明还提供了一种用于上面的内燃发动机的燃料喷射控制方法。该方法包括：根据加速器开度计算要由进气量调节机构实现的、汽缸的进气量的预测值；根据该预测值计算目标燃料喷射量；以及控制燃料喷射器在预定喷射定时以目标燃料喷射量喷射燃料。

本发明的细节以及其它特征和优点在说明书的余下部分中被阐述，并且用附图示出。

附图说明

图1是应用了根据本发明的燃料喷射控制的内燃发动机的示意图。

图2A-2C是图解根据本发明的在发动机加速期间的燃料喷射控制的概念的时序图。

图3是图解根据本发明第一实施例的、用于计算燃料喷射量Ti的发动机控制器的功能的方框图。

图4类似于图3，但示出了本发明的第二实施例。

图5是图解根据本发明第一实施例和第二实施例的、用于计算与加速器开度相对应的歧管部分空气量和汽缸进气量的发动机控制器的功能的方框图。

图6A-6E是图解由根据本发明第一实施例和第二实施例的发动机控制器执行的、用于计算在发动机加速期间的燃料喷射量的计算内容的时序图。

图7是图解存储在根据本发明第一实施例和第二实施例的发动机控制器中的加速器踏板压下量的风门开度面积转换值AAPO的映射特性的图。

图8是图解存储在根据本发明第一实施例和第二实施例的发动机控制器中的风门开度面积ATVO的映射特性的图。

图9是图解存储在根据本发明第一实施例和第二实施例的发动机控制器中的校正的压力比PRA的映射特性的图。

图10是图解存储在根据本发明第一实施例和第二实施例的发动机控制器中的校正的压力比PR的映射特性的图。

图11A-11D是图解由根据本发明第三实施例的发动机控制器执行的、用于计算在发动机加速期间的燃料喷射量的计算内容的时序图。

图12是图解在包括阀门定时控制机构的内燃发动机中的进气阀和排气阀的升程特性的图。

图13是图解根据本发明第四实施例的、用于计算与加速器开度相对应的歧管部分空气量和汽缸进气量的控制器的功能的方框图。

图14是图解根据本发明第四实施例的、用于计算汽缸容积Vc的发动机控制器的功能的方框图。

具体实施方式

参照附图中的图1，在用于车辆的内燃发动机1中，将通过进气通道30的进气风门23流入的空气暂时存储在进气收集器2中，并且，随后，空气通过进气口4而从进气歧管3流入每个汽缸5中。每个汽缸5的进气量取决于进气风门23的开度。由与来自发动机控制器31的输出信号相结合而操作的风门马达24来驱动进气风门23。在进气口4中提供的燃料喷射器21以与发动机控制器31输出的脉冲信号的脉冲宽度相对应的量、并且在与该脉冲信号的输出定时相对应的定时，将燃料喷射到每个进气口4中的进入空气中。进气风门23也被称为进气量调节机构。

由发动机控制器31设置燃料喷射器21的燃料喷射量。

喷射到进气口4中的燃料与空气相混合，以生成空气-燃料混合物。在进气阀15打开时，将空气-燃料混合物从进气口4送入到汽缸5中，并且，在进气阀15关闭时，将空气-燃料混合物密封在汽缸5内。密封在汽缸5内的空气-燃料混合物在活塞6上升时被压缩，并在火花塞14点火时燃烧。通过燃烧气体的压力而下压活塞6，并由此，使活塞6执行往复运动，其使连接到活塞6的曲轴7转动。在已压下活塞6之后，由活塞6将燃烧气体作为废气而排出到排气通道8中，在排气阀16打开时，活塞6再次上升。

排气通道8中的废气通过三元催化剂9和10而被净化，并随后被排出到大气中。当在汽缸5内燃烧的空气-燃料混合物的空气-燃料比处于以化学计量的空气-燃料比为中心的窄范围内时，三元催化剂能够同时且有效地消除包含在废气中的碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、以及氧化氮(NOx)。

为此目的，发动机控制器31根据发动机1的运转状态而确定燃料喷射器21的基本喷射量，并且，基于由提供在三元催化剂9的上流侧的氧气传感器35从废气的氧气浓度而检测出的、在汽缸5中燃烧的空气-燃料混合物的空气-燃料比，而将汽缸5内的空气-燃料混合物的空气-燃料比反馈控制为化学计量的空气-燃料比。

发动机控制器31由包括中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、以及输入/输出接口(I/O接口)的微计算机组成。该控制器可由多个微计算机组成。

由风门马达24来驱动进气风门23。按照加速器踏板41的压下量而输入车辆的驾驶者所要求的发动机1的扭矩。加速器踏板压下量传感器42检测加速器踏板压下量，作为加速器开度APO，并将其输入到发动机控制器31中。由此，在应用了本发明的内燃发动机1中，由风门马达24根据来自发动机控制器31的信号来驱动进气风门23，而不是机械响应于加速器踏板41来操作。

发动机控制器31基于加速器开度APO而确定内燃发动机1的目标扭矩，并确定用于实现目标扭矩的目标空气量。随后，为了得到目标空气量，发动机控制器31通过风门马达24而将进气风门23的开度调整为目标开度。在此控制期间，从检测加速器开度APO到将进气风门23的风门开度TVO调整为与加速器开度APO相对应的目标开度出现时间滞后。由风门开度传感器36检测进气风门23的风门开度TVO。

还分别从检测大气压的大气压传感器43、检测进气歧管3的温度的温度传感器44、确定每个汽缸5的冲程的汽缸确定传感器34、检测进气通道30中的进气流量的气流计32、以及检测发动机的预定旋转位置和发动机转速Ne的曲柄角传感器33，将检测数据作为信号输入到发动机控制器31中。燃料喷射控制设备由这些传感器32、33、34、35、36、42、43、44、以及发动机控制器31组成。

接下来，将参照图2A-2C来描述在内然发动机1加速时运行的、根据本发明的燃料喷射控制的概念。

如图2A所示，驾驶者压下加速器踏板41，使得在时刻t1，加速器开度APO开始从第一开度APO1增大到第二开度APO2。如在上面所提到的，在加速器开度APO的改变和进气风门23的风门开度TVO的改变之间存在延迟。这里，在时刻t4，风门开度TVO开始增大。此外，尽管由于风门开度TVO的增大而使进气通道30中的空气流量增大，但进入的空气被暂时保持在收集器2中，并随后从进气歧管3而被送入到汽缸5中，并且因此，在甚至更晚的时刻t5，汽缸5的进气量开始增大。被送入到汽缸5中的空气量将被称为汽缸进气量Qc。

本发明的目的在于：通过消除在诸如加速的过渡运转周期期间的进气量的改变和燃料喷射量的改变之间的差异，而改善空气-燃料比控制精度。由此，在图2C中，为了便于描述，以相同的高度绘出了汽缸进气量Qc和所需燃料喷射量Tpf。实际上，在化学计量的空气-燃料比的情况下，进气量相对于燃料喷射量1而为14.7。此外，汽缸进气量Qc的单位是克/周期，而所需喷射量Tpf的单位是毫秒。由此，汽缸进气量Qc和所需喷射量Tpf使用不同的单位，但是，由于这里的问题仅在于增大定时，所以，为了便于表示而忽略这种单位差异。结果，汽缸进气量Qc和所需喷射量Tpf的波形采用相同的形状，并且，所述两者之间仅存在沿时间轴方向的偏差。

具体地，在从加速器开度APO在时刻t0开始改变到进气风门23的风门开度TVO在时刻t4开始改变的操作中的响应延迟周期T2持续40和50毫秒之间。本发明的基本概念是：基于加速器开度APO、而不是由气流计32检测出的流量来计算燃料喷射量，以便可在风门开度TVO开始改变之前计算出所需喷射量Tpf。在下面的描述中，将响应延迟周期T2称为浪费时间周期T2。

为此目的，发动机控制器31使用浪费时间周期T2而插入如图2C所示的超前处理，直到汽缸进气量Qc的改变阶段与加速器开度APO的改变阶段相匹配为止。将遵循此处理的值设为与加速器开度相对应的汽缸进气量Qca。预先将浪费时间周期T2设为固定值。发动机控制器31还使用浪费时间周期T1，而将延迟处理添加到与加速器开度相对应的汽缸进气量Qca，以便使与加速器开度相对应的汽缸进气量Qca和喷射定时相同步，并且，由此得到在图2C中由虚线示出的所需喷射量Tpf。

图2C中的每条曲线示出了根据加速器开度APO的改变而计算出的值，并且不考虑进气阀15的打开和关闭。实际上，如图2B所示，进气阀15在时刻t6关闭，并且因此，在时刻t6的汽缸进气量Qc的值Qc1是汽缸5中的实际进气量。在所需喷射量Tpf曲线上的时刻t2处的值Tpf1表示与实际进气量相对应的所需喷射量。由此，实际上，发动机控制器31计算在时刻t2的值Tpf1。

在图2A-2C中，假定内燃发动机1的转速Ne取固定值N0，并且，喷射定时IT对应于比时刻t0稍晚的时刻t2。从时刻t3到时刻t6，进气阀15打开，并将喷射定时IT设为在进气冲程之前的瞬间。此关系适用于所有汽缸5。

图2A-2C中的横坐标是时间轴，并且因此，在发动机转速Ne改变时，喷射定时IT也改变。更具体地，当发动机转速Ne降到固定值N0以下时，喷射定时IT变得比图中的时刻t2晚，并由此移动到图的右边。当发动机转速Ne升到固定值N0以上时，喷射定时IT变得比图中的时刻t2早，并由此移动到图的左边。浪费时间周期T1与发动机转速Ne的此变化相关联而改变。换句话说，浪费时间周期T1是发动机转速Ne的函数。

现在将通过参照图3和5的方框图来描述用于实现上述燃料喷射控制的发动机控制器31的功能。

参照图3，为了计算燃料喷射量Ti，发动机控制器31包括：补偿单元51，其补偿气流计的输出的延迟和超前；计算单元52，其计算加速器踏板压下量的风门开度面积转换值；风门开度面积计算单元53；面积比计算单元54；压力比计算单元55和56；计算单元57，用于计算两个压力比之间的比；计算单元58，用于计算与加速器开度相对应的流量；歧管部分填充模型59；计算单元60，用于计算与加速器开度相对应的汽缸进气量；所需喷射量计算单元61；计算单元62，用于计算与汽缸进气量相对应的喷射量；浪费时间周期计算单元63；燃料喷射量计算单元64；以及汽缸进气量计算单元65。应当注意，图3中的每个块作为虚拟单元而示出了发动机控制器31的功能，并且由此，在物理上不存在这些块。

在内燃发动机1运转时，发动机控制器31使用这些计算单元51-65、以一毫秒为间隔来计算的燃料喷射量Ti毫秒(ms)。

补偿气流计的输出的延迟和超前的补偿单元51实现超前补偿，以补偿来自气流计32的输入信号中的响应延迟，并以克/毫秒(g/ms)为单位计算气流计检测出的流量Qa。从JP2003-314347A中可知晓用来补偿来自气流计32的输入信号的响应延迟的超前补偿的应用，并且，依照原样而应用其中描述的方法。

用于计算加速器踏板压下量的风门开度面积转换值的计算单元52通过查找预先存储在发动机控制器31的ROM中、并具有图7中示出的特性的映射(map)，而将由加速器踏板压下量传感器42检测的加速器开度APO转换为进气风门开度面积。将所得到的值设为以平方米(m²)为单位的风门开度面积转换值AAPO。

风门开度面积计算单元53通过查找预先存储在发动机控制器31的ROM中、并具有图8中示出的特性的映射，根据由风门开度传感器36检测的进气风门23的风门开度TVO，而确定风门开度面积ATVO(m²)。

面积比计算单元54计算风门开度面积转换值AAPO和风门开度面积ATVO的比AAPO/ATVO。

这里，风门开度面积转换值AAPO是通过加速器开度APO而确定的虚拟面积。风门开度面积ATVO是通过进气风门23的风门开度TVO而确定的真实面积。将风门开度面积转换值AAPO设为与风门开度面积ATVO以1∶1的比而对应。换句话说，在图7和8中，加速器开度APO的最大值等于风门开度TVO的最大值，并且，风门开度面积转换值AAPO的最大值等于风门开度面积ATVO的最大值。由此，在加速器踏板41被完全压下时的加速器面积AAPO等于进气风门23被完全打开时的风门开度面积ATVO。此外，在加速器踏板41被压下一半时的风门开度面积转换值AAPO等于进气风门23被打开一半时的风门开度面积ATVO。

如图2A所示，当内燃发动机1加速或减速时，进气风门开度TVO的开始增大比加速器开度APO的开始增大晚与进气风门23的响应延迟相对应的时间量。

这里，将进气风门开度面积ATVO相对于风门开度面积转换值AAPO的响应延迟视为进气风门23的浪费时间周期T2。可将进气风门23的响应延迟视为应用于进气风门23的浪费时间周期T2的一级延迟或多级延迟。当将进气风门23的响应延迟视为进气风门23的浪费时间周期T2时，进气风门开度TVO或进气风门开度面积ATVO的波形等于加速器开度APO或风门开度面积转换值AAPO的波形水平向右移动的波形。当将进气风门23的响应延迟被视为加到进气风门23的浪费时间周期T2的一级延迟时，加速器开度APO的波形不同于如图2A所示的进气风门开度TVO的波形。可替换地，进气风门开度面积ATVO的波形不同于如图6A所示的风门开度面积转换值AAPO的波形。

压力比计算单元55通过查找预先存储在发动机控制器31的ROM中、并具有图9中示出的特性的映射，根据下面将要描述的、以帕斯卡(Pa)为单位测量的与加速器开度相对应的歧管压力Pma和由大气压传感器43检测出的大气压Pa(Pa)之间的比Pma/Pa，来确定校正的压力比PRA。压力比计算单元56通过查找预先存储在发动机控制器31的ROM中、并具有图10中示出的特性的映射，根据下面将要描述的歧管压力Pm(Pa)和大气压Pa(Pa)之间的比Pm/Pa，来确定校正的压力比PR。

用于计算两个压力比之间的比的计算单元57计算校正的压力比PRA和校正的压力比PR之间的比PRR。

用于计算与加速器开度相对应的流量的计算单元58使用面积比AAPO/ATVO和压力比PRR，根据下面的方程(1)，校正气流计检测的流量Qa，并由此计算与加速器开度相对应的流量Qaa(g/ms)。

$\mathrm{Qaa}=\mathrm{Qa}\·\frac{\mathrm{AAPO}}{\mathrm{ATVO}}\·\mathrm{PRR}---\left(1\right)$

将参照图6A-6E来考虑当内燃发动机1加速时与加速器开度相对应的流量Qaa的变化。在图6A中，将加速之前的风门开度面积转换值和加速之后的风门开度面积转换值分别设为AAPO1和AAPO2。将加速之前的歧管压力和加速之后的歧管压力分别设为第一压力Pm1和第二压力Pm2。此外，为了便于计算，假定校正的压力比PRA等于Pma/Pa，而假定校正的压力比PRA和校正的压力比PR之间的比PRR等于PRA/PR＝Pma/Pm。基于这些设置，可用下面的方程(2)来替换方程(1)。

$\mathrm{Qaa}=\mathrm{Qa}\·\frac{\mathrm{AAPO}}{\mathrm{ATVO}}\·\frac{\mathrm{Pma}}{\mathrm{Pm}}---\left(2\right)$

随着风门开度面积转换值从加速之前的面积AAPO1增大到加速之后的面积AAPO2，方程(2)的右边的面积比AAPO/ATVO从1.0逐渐增大。在到达了加速之后的面积AAPO2之后，风门开度面积转换值维持恒定值，直到进气风门开度面积ATVO开始增大为止。在进气风门开度面积ATVO开始增大之后，面积比AAPO/ATVO逐渐减小，直到进气风门开度面积ATVO与第二风门开度面积转换值AAPO2匹配为止。当进气风门开度面积ATVO与加速之后的面积AAPO2匹配时，面积比AAPO/ATVO回到1.0。

同时，随着与加速器开度相对应的歧管压力Pma从第一压力Pm1增大到第二压力Pm2，压力比Pma/Pm从1.0逐渐增大。在达到第二压力Pm2之后，与加速器开度相对应的歧管压力Pma维持恒定值，直到歧管压力Pm开始增大为止。在歧管部分压力Pm开始增大之后，压力比Pma/Pm逐渐减小，直到歧管部分压力Pm与第二压力Pm2匹配为止。当歧管压力Pm与第二压力Pm2匹配时，压力比Pma/Pm回到1.0。

与加速器开度相对应的流量Qaa与以上述方式改变的面积比AAPO/ATVO和压力比Pma/Pm相当。因而，如由图6C的波形所示出的，与加速器开度相对应的流量Qaa在时刻t1开始迅速升高，到达峰值，并随后逐渐减小到与气流计流量Qa匹配。

由此，与加速器开度相对应的流量Qaa取通过将气流计流量Qa超前而得到的值，或者，更具体地，取通过将气流计流量Qa超前进气风门23的浪费时间周期T2而得到的值，直到气流计流量Qa的改变阶段与加速器开度APO的改变阶段匹配为止。

这里，如上所述，使用校正的压力比PRA和PR，而不使用压力比Pma/Pa和Pm/Pa。将校正的压力比PRA和PR设为在压力比Pma/Pa和Pm/Pa处于1.0附近时取小值。这种设置的原因如下。压力比Pma/Pa和Pm/Pa处于1.0附近的区域是内燃发动机1的高负荷区域，并且，高负荷区域中的空气流量小于在方程(1)中计算出的与加速器开度相对应的流量Qaa。由此，通过使用随着压力比Pma/Pa和Pm/Pa接近1.0而减小的校正的压力比PRA和PR，可使高负荷区域中与加速器开度相对应的流量Qaa更接近实际的空气流量。

图9中示出的校正的压力比PRA的特性等同于图10中示出的校正的压力比PR的特性，并且，这些特性取决于进气风门23的流量特性。

将以此方式计算出的与加速器开度相对应的流量Qaa输入到歧管部分填充模型59中。在歧管部分填充模型59中，计算歧管部分空气量Cma，并且，用于计算每燃烧周期与加速器开度相对应的汽缸进气量的计算单元60使用歧管部分空气量Cma来以克/周期(g/周期)为单位计算每燃烧周期的与加速器开度相对应的汽缸进气量Qca。与加速器开度相对应的流量Qaa、歧管部分空气量Cma、以及每燃烧周期与加速器开度相对应的汽缸进气量Qca中的全部用作时间t的函数。

可从由日本专利局于2001年公布的JP2001-50091A知晓歧管部分填充模型59和用于计算每燃烧周期与加速器开度相对应的汽缸进气量的计算单元60的组合。这里，如图5所示，应用此现有技术来构成歧管部分填充模型59和用于计算每燃烧周期与加速器开度相对应的汽缸进气量的计算单元60。图5和现有技术之间的区别在于，使用与加速器开度相对应的流量Qaa来替代气流计流量Qa，作为歧管部分填充模型59的输入值，以及歧管部分填充模型59包括歧管部分压力计算单元83和用于计算与加速器开度相对应的歧管部分压力的计算单元84。

作为这些差异的结果，如图2C所示，计算通过将每燃烧周期的汽缸进气量Qc超前获得的值，直到每燃烧周期的汽缸进气量Qc的改变阶段与加速器开度APO的改变阶段匹配为止。换句话说，计算通过将每燃烧周期的汽缸进气量Qc超前进气风门23的浪费时间周期T2而得到的值。这里，计算出的值是每燃烧周期与加速器开度相对应的汽缸进气量Qca。如上所述，预先将浪费时间周期T2设为恒定值。

接下来，将参照图5来描述歧管部分填充模型59和用于计算每燃烧周期与加速器开度相对应的汽缸进气量的计算单元60的组成。

歧管部分填充模型59包括歧管部分流入空气量计算单元81和歧管部分空气量平衡计算单元82。用于计算每燃烧周期的与加速器开度相对应的汽缸进气量的计算单元60包括：计算单元85，用于计算与加速器开度相对应的汽缸进气量；加权平均处理单元86；以及单位转换单元87。图5中示出的每个方框作为虚拟单元而示出了发动机控制器31的功能，并且由此，在物理上不存在这些块。

通过上述构造，在内燃发动机1运转时，歧管部分填充模型59和用于计算每燃烧周期与加速器开度相对应的汽缸进气量的计算单元60以一毫秒为间隔而重复计算每燃烧周期与加速器开度相对应的汽缸进气量Qca(g/周期)。

关于由发动机控制器31运行的上述计算，术语“歧管部分”是进气收集器2、进气歧管3、以及进气口4的总称。歧管压力Pm表示歧管部分中的压力。

将歧管部分的容积设为Vm(m³)，将歧管部分中的空气量设为Cm(g)，并且，将歧管部分的温度设为Tm(K)。将汽缸5的压力、容积、以及温度分别设为Pc(Pa)、Vc(m³)、以及Tc(K)。假定在歧管部分和汽缸5之间建立Pm＝Pc和Tm＝Tc的关系。

歧管部分流入空气量计算单元81根据下面的方程(3)，通过将计算周期Δt(即，一毫秒)乘以与加速器开度相对应的流量Qaa，而计算流入到歧管部分中的空气量Caa(g)。

Caa＝Qaa·Δt    (3)

歧管部分空气量平衡计算单元82使用下面的方程(4)，通过将空气量Caa(g)加到歧管部分空气量的先前值Cm_(n-1)、然后减去从歧管部分流入到汽缸5中的与加速器开度相对应的汽缸进气量Cca_(n)(g)，来计算歧管部分空气量Cma_(n)(g)。

Cma_(n)＝Cm_(n-1)+Caa-Cca_(n)    (4)

方程(4)右边与加速器开度相对应的汽缸进气量Cca_(n-1)是由用于计算与加速器开度相对应的汽缸进气量的计算单元85在先前控制周期(即，与之前一个计算周期Δt相对应的周期)中计算出的与加速器开度相对应的汽缸进气量Cca。

用于计算与加速器开度相对应的汽缸进气量的计算单元85根据下面的方程(5)，使用歧管部分空气量Cma_(n)、汽缸5的容积Vc(m³)、以及歧管部分的容积Vm(m³)，来计算与加速器开度相对应的汽缸进气量Cca_(n)(g)。

${\mathrm{Cca}}_{\left(n\right)}=\mathrm{Vc}\·\frac{{\mathrm{Cma}}_{\left(n\right)}}{\mathrm{Vm}}---\left(5\right)$

Vc和Vm两者都是固定值。

以下面的方式来确定方程(5)。将气体状态方程表示为P·V＝C·R·T。P表示压力，V表示容积，C表示气体的摩尔(mole)数，R表示气体常数，而T表示气体的温度。可将此关系式重写为下面的关系式(6)。

$C=P\·\frac{V}{R\·T}---\left(6\right)$

通过将此应用于汽缸5，可使用下面的方程(7)来确定汽缸5中的摩尔数，或者换句话说，空气量Cc。

$\mathrm{Cc}=\mathrm{Pc}\·\frac{\mathrm{Vc}}{R\·\mathrm{Tc}}---\left(7\right)$

如上所述，汽缸5的压力Pc和歧管部分的压力Pm被视为相等，并且，汽缸5的温度Tc和歧管部分的温度Tm被视为相等。因此，将方程(7)重写为下面的方程(8)。

$\mathrm{Cc}=\mathrm{Pm}\·\frac{\mathrm{Vc}}{R\·\mathrm{Tm}}---\left(8\right)$

同时，气体状态方程P·V＝C·R·T导出关系P/R×T＝C/V，因此，在歧管部分中建立下面的方程(9)的关系。

$\frac{\mathrm{Pm}}{R\·\mathrm{Tm}}=\frac{\mathrm{Cm}}{\mathrm{Vm}}---\left(9\right)$

通过将方程(9)插入到方程(8)，而得到下面的方程(10)。

$\mathrm{Cc}=\mathrm{Vc}\·\frac{\mathrm{Pm}}{R\·\mathrm{Tm}}=\mathrm{Vc}\·\frac{\mathrm{Cm}}{\mathrm{Vm}}---\left(10\right)$

如果用与加速器开度相对应的汽缸进气量Cca来替换汽缸5中的空气量Cc，则得到上面的方程(6)。

在下一个计算周期中，歧管部分空气量平衡计算单元82使用由用于计算与加速器开度相对应的汽缸进气量的计算单元85计算出的、与加速器开度相对应的汽缸进气量Cca_(n)。由此，用于计算与加速器开度相对应的汽缸进气量的计算单元85和歧管部分空气量平衡计算单元82使用彼此的计算值，来执行周期性的计算。

加权平均处理部分86对与加速器开度相对应的汽缸进气量Cca_(n)进行下面的方程(11)中的加权平均，并由此计算与加速器开度相对应的汽缸进气量的加权平均值Ccak_(n)(g)。

Ccak_(n)＝Ccak_(n-1)·(1-M)+Cca·M    (11)

其中，Ccak_(n)＝在当前周期中计算的与加速器开度相对应的汽缸进气量的加权平均值，

Ccak_(n-1)＝在前一周期中计算的与加速器开度相对应的汽缸进气量的加权平均值，以及

M＝加权平均系数(0＜M＜1)。

单位转换单元87使用发动机转速Ne(rpm)，根据下面的方程(12)，将与加速器开度相对应的汽缸进气量的加权平均值Ccak_(n)(g)转换为每燃烧周期(或者，换句话说，四缸发动机中的720度曲柄角)与加速器开度相对应的汽缸进气量Qca(g/周期)。这样，将与加速器开度相对应的汽缸进气量的加权平均值Ccak_(n)(g)与计算周期相关。

$\mathrm{Qca}=\frac{\mathrm{Ccak}}{\left(\frac{120}{\mathrm{Ne}}\right)}---\left(12\right)$

歧管部分压力计算单元83根据下面的方程(13)，使用歧管部分空气量Cma_(n)(g)、由温度传感器44检测的歧管部分的温度Tm(K)、以及歧管部分的容积Vm(m³)，计算歧管部分压力Pm(Pa)。

$\mathrm{Pm}=\mathrm{Cma}\·R\·\frac{\mathrm{Tm}}{\mathrm{Vm}}---\left(13\right)$

方程(13)是方程(9)的变型。

用于计算与加速器开度相对应的歧管部分压力的计算单元84计算通过将歧管部分压力Pm超前进气风门23的浪费时间周期T2而得到的、与加速器开度相对应的歧管部分压力Pma(Pa)。

由此，歧管部分填充模型59和用于计算每燃烧周期与加速器开度相对应的汽缸进气量的计算单元60计算每燃烧周期与加速器开度相对应的汽缸进气量Qca(g/周期)、歧管部分压力Pm(Pa)、以及与加速器开度相对应的歧管部分压力Pma(Pa)。然而，应当注意，这里计算的与加速器开度相对应的每燃烧周期的汽缸进气量Qca(g/周期)用作根据时间t的函数，其以图2C中示出的方式改变，并因此不是单个数值。

回来参照图3，浪费时间计算单元63使用下面的方程(14)，根据发动机转速Ne(rpm)和进气风门23的浪费时间周期T2，计算浪费时间周期T1。

$T1=T2-\frac{60\·1000}{\mathrm{Ne}}\·\frac{X1}{360}---\left(14\right)$

其中，X1＝初始曲柄角间隔(度)。

在图2C和6C中，初始曲柄角间隔X1对应于从燃料喷射定时IT到关闭进气阀15的曲柄角间隔。在方程(14)右边，第二项60是用于将分转换为秒的系数，1000是用于将秒转换为毫秒的系数，而360是用于将曲柄角间隔转换为转速的系数。

当预先确定燃料喷射定时IT、并且进气阀15的阀门升程量以及阀门打开/关闭定时在内燃发动机1的运转期间不变时，例如，初始曲柄角间隔X1取固定值250度。

如图2C所示，所需喷射量计算单元61首先基于每燃烧周期与加速器开度相对应的汽缸进气量Qca(g/周期)和浪费时间周期T1，计算比作为已知值的时刻t2早浪费时间周期T1的时刻的、每燃烧周期的与加速器开度相对应的汽缸进气量Qca(g/周期)。如上所述，由计算单元60提供的每燃烧周期与加速器开度相对应的汽缸进气量Qca是时间t的函数。所需喷射量计算单元61通过将时间t＝t2-T1应用于该函数，而计算每燃烧周期与加速器开度相对应的汽缸进气量Qca的特定数值Qc1(g/周期)。

随后，所需喷射量计算单元61根据下面的方程(15)，通过将Qc1(g/周期)除以化学计量的空气-燃料比的14.7，而确定与加速器开度相对应的喷射量Tpf1(ms)，以便实现化学计量的空气-燃料比。将所需喷射量Tpf1表示为燃料喷射脉冲宽度。

$\mathrm{Tpf}1=\frac{\mathrm{Qc}1}{14.7}\·K1---\left(15\right)$

其中，K1＝用于将空气量转换为燃料喷射脉冲宽度的系数(固定值)。

燃料喷射量计算单元64根据下面的方程(16)，使用由所需喷射量计算单元61计算出的所需喷射量Tpf1(ms)，计算用于顺序喷射和同步喷射的燃料喷射量Ti(ms)

Ti＝(Tpf1+Kathos)·Tfbya·(α+αm-1)·2+Ts    (16)

其中，Kathos＝过渡校正量(ms)，

Tfbya＝目标等价比，

α＝空气-燃料比反馈校正系数，

αm＝空气-燃料比反馈校正系数的学习值，

Ts＝无效脉冲宽度(ms)，以及

Tpf＝所需喷射量(ms)。

方程(16)是用于通过空气-燃料比的反馈校正而计算燃料喷射量的公知方程。然而，应当注意，在现有技术中，将从关闭进气阀超前10毫秒的燃料喷射量插入到该方程中替代所需喷射量Tpf。过渡校正量Kathos是用于壁流(wall flow)校正目的的值。目标当量比Tfbya是对应于目标空气-燃料比的值。当将化学计量的空气-燃料比设为目标空气-燃料比时，目标当量比Tfbya被设为1.0，当将贫空气-燃料比设为目标空气-燃料比时，目标当量比Tfbya被设为小于1.0的值，而当将富空气-燃料比设为目标空气-燃料比时，目标当量比Tfbya被设为大于1.0的值。

发动机控制器31在喷射定时IT，将与以此方式计算的燃料喷射量Ti(ms)相对应的燃料喷射脉冲信号输出到燃料喷射器21。

汽缸进气量计算单元65计算通过将每燃烧周期的与加速器开度相对应的汽缸进气量Qca延迟进气风门23的浪费时间周期T2(ms)而得到的值，作为汽缸进气量Qc(g/周期)。

用于计算与汽缸进气量相对应的喷射量的计算单元62计算通过将在方程(14)中确定的与加速器开度相对应的喷射量Tca延迟进气风门23的浪费时间周期T2而得到的值，作为与汽缸进气量相对应的喷射量Tp(ms)。将喷射量Tp表示为燃料喷射脉冲宽度。

由汽缸进气量计算单元65计算的汽缸进气量Qc、以及由用于计算与汽缸进气量相对应的喷射量的计算单元62计算的与汽缸进气量相对应的喷射量Tp是用于在正常运转期间的燃料喷射控制目的而计算出的值，而不在过渡运转期间的燃料喷射控制中使用。

尽管未在图3中示出，但优选地，发动机控制器31在正常运转和过渡运转之间相区别。由此，发动机控制器31在正常运转期间使用汽缸进气量Qc和与汽缸进气量相对应的喷射量Tp来计算燃料喷射量Ti(类似于现有技术)，而在过渡运转期间，使用每燃烧周期的与加速器开度相对应的汽缸进气量Qca和所需喷射量Tpf来计算燃料喷射量Ti。

如上所述，在本发明中，至少在过渡运转期间，基于加速器开度APO而确定燃料喷射量，并由此，与基于与风门开度TVO同相改变的气流计检测的流量而确定燃料喷射量的现有技术相比，可在更早的定时捕捉汽缸进气量的改变，从而允许较早地设置与汽缸进气量的改变相对应的燃料喷射量。结果，改善了在诸如加速和减速的过渡运转期间控制内燃发动机的空气-燃料比的精度。

顺便提及，由浪费时间周期计算单元63在方程(14)中计算的浪费时间周期T1随着发动机转速Ne下降而减小。当发动机转速Ne下降到或低于特定值时，浪费时间周期T1取负值。如上所述，浪费时间周期T1是由发动机控制器31插入的延迟处理的周期，用来使与加速器开度相对应的汽缸进气量Qca与喷射定时IT同步，并且因此，在逻辑上，浪费时间周期T1不可能取负值。由此，在浪费时间周期T1取负值时，发动机控制器31延迟进气风门23的启动定时，或者换句话说，延迟图6A中的ATVO的改变。

更具体地，在建立了从方程(10)导出的下面的方程(17)中示出的条件时，执行此处理。

$T2-\frac{60\&CenterDot;1000}{\mathrm{Ne}}\&CenterDot;\frac{X1}{360}<0---\left(17\right)$

进一步将方程(17)变换为下面的方程(18)。

$\mathrm{Ne}<\frac{500}{3}\&CenterDot;\frac{X1}{T2}---\left(18\right)$

发动机控制器31延迟进气风门23的启动定时，直到方程(18)左边和右边的项相等为止。结果，浪费时间周期T2增加。

接下来，将参照图4来描述本发明的第二实施例。

在此实施例中，提供了歧管部分填充模型71、每燃烧周期汽缸空气量计算单元72、用于计算与汽缸进气量相对应的喷射量的计算单元73、以及汽缸进气量计算单元74，来替代第一实施例的用于计算与汽缸进气量相对应的喷射量的计算单元62、以及汽缸进气量计算单元65。不加修改而使用在前面提到的JP2001-50091A中公开的公知技术来构造歧管部分填充模型71和每燃烧周期汽缸空气量计算单元72。

在第一实施例中，根据每燃烧周期与加速器开度相对应的汽缸进气量Qca计算与汽缸进气量相对应的喷射量Tp(ms)，但是，在此实施例中，类似于现有技术，根据气流计检测的流量Qa而计算与汽缸进气量相对应的喷射量Tp(ms)。

换句话说，歧管部分填充模型71和每燃烧周期汽缸空气量计算单元72根据气流计检测的流量Qa而计算每燃烧周期的汽缸进气量Qck(g/周期)。

用于计算与汽缸进气量相对应的喷射量的计算单元73使用下面的方程(19)，基于每燃烧周期的汽缸进气量Qck(g/周期)，而计算与汽缸进气量相对应的喷射量Tp(ms)。

$\mathrm{Tp}=\frac{\mathrm{Qck}}{14.7}\&CenterDot;K1---\left(19\right)$

其中，K1＝用于将空气量转换为燃料喷射脉冲宽度的系数(固定值)。

通过用每燃烧周期的汽缸进气量Qck来替代方程(15)中的每燃烧周期与加速器开度相对应的汽缸进气量Qc1，而得到方程(19)。

汽缸进气量计算单元74不作进一步修改而输出每燃烧周期的汽缸进气量Qck，作为汽缸进气量Qc(g/周期)。

此实施例与第一实施例的相同之处在于，至少在过渡运转期间，基于与加速器开度相对应的汽缸进气量Qca而计算燃料喷射量Ti(ms)，并且因此，得到与在过渡运转期间的空气-燃料比控制精度的改善有关的、与第一实施例中的那些有利效果相类似的有利效果。

接下来，将参照图11A-11D和图12来描述本发明的第三实施例。

在第一和第二实施例中，将本发明应用于内燃发动机，其包括作为权利要求中的进气量调节机构的进气风门23。在此实施例中，另一方面，将本发明应用于所谓的无风门内燃发动机，其不包括进气风门23，而包括根据加速器开度APO而操作的阀门定时控制机构27，作为进气量调节机构。

首先，参照图11A-11D，将考虑包括阀门定时控制机构27的发动机中的燃料喷射控制。阀门定时控制机构27用来修改进气阀15的打开定时和关闭定时。可通过JP2003-314347A而知晓阀门定时控制机构27的构造。

由于阀门定时控制机构27的机构，从进气阀15的打开定时IVO到进气阀15的关闭定时IVC的曲柄角间隔是恒定的。由此，在图11A-11D中，通过进气阀15的关闭定时IVC来表示目标值。

在由日本专利局于2003年公布的JP2003-129871A和JP2003-65131A、以及由日本专利局于1999年公布的JP1999-002140A中公开了根据通过内燃发动机的转速和负荷而规定的运转状态来设置与进气阀的打开定时和关闭定时相关的目标值的方法。简单地说，如图12所示，当内燃发动机从低负荷状态加速到高负荷状态时，使进气阀15的打开定时和关闭定时的各个目标值超前，使得进气阀15和排气阀16之间的阀门重叠增加。

图11A-11D示出了在进气阀15的目标打开定时IVOm从第一打开定时IVOm1改变为第二打开定时IVOm2、并且目标关闭定时IVCm根据该改变而从第一关闭定时IVCm1改变为第二关闭定时IVCm2的情况下，通过阀门定时控制机构27而执行的燃料喷射量控制。

类似于在第一和第二实施例中的进气风门23的响应延迟，在阀门定时控制机构27中也存在响应延迟Tv2。具体地，此响应延迟持续在40和50毫秒之间。当发动机控制器31在时刻t10要求将进气阀15的目标打开定时IVOm从第一打开定时IVOm1修改为第二目标打开定时IVOm2时，实际打开定时IVOr在时刻t14开始改变。对于目标关闭定时IVCm也出现相同的现象。从时刻t10到时刻t14所持续的周期是响应延迟周期Tv2。下文中，响应延迟周期Tv2将被称为浪费时间周期Tv2。应当注意，在图11D中，类似于图2D，以相同的高度绘出汽缸进气量Qc和所需喷射量Tpf。

关于阀门定时控制机构27，如果基于修改根据加速器开度APO而输出的目标打开定时IVOm和目标关闭定时IVOf的指令而计算燃料喷射量，那么，可根据这些定时、在进气阀15的实际打开定时IVOr和关闭定时IVCr之前计算所需喷射量。

更具体地，如图11B所示，将打开定时初值IVOff和关闭定时初值IVCff构想为通过将进气阀15的打开定时IVOr和关闭定时IVCr分别超前响应延迟周期Tv2而得到的值。此外，如该图中的虚线所示，通过对定时IVOff和IVCff进行用于与所需喷射量Tpf相同步的、与浪费时间周期Tv1相对应的延迟处理，而设置用作所需燃料喷射量Tpf1的计算基础的虚拟打开定时IVOf和虚拟关闭定时IVCf。随后，根据汽缸进气量Qcff和这些定时而计算所需喷射量Tpf1。

更具体地，作为时间t的函数而确定如图11D所示的与初值相对应的汽缸进气量Qcff，并且，通过根据浪费时间周期Tv1而指定时间t，而计算出在该图中示出的所需喷射量Tpf1。

根据此实施例，至少在过渡运转期间，基于与加速器开度相对应的汽缸进气量Qca而计算燃料喷射量Ti(ms)。由此，在增加在内燃发动机1的过渡运转期间的空气-燃料比控制的精度的方面，得到与第一和第二实施例相同的有利效果。

在此实施例中，将本发明应用于被提供了阀门定时控制机构27的内燃发动机，但是，可将本发明应用于被提供了改变进气阀15的阀门升程量的可变阀门升程机构的内燃发动机。

接下来，将参照图13和14来描述本发明的第四实施例。

此实施例对应于将本发明应用于包括作为权利要求中的进气量调节机构的进气风门23和阀门定时控制机构27两者的内燃发动机。

在此实施例中，发动机控制器31包括与如图3所示的第一实施例的功能相同的功能。然而，与第一实施例不同，在此实施例中，为了在下面描述的原因，由用于计算与加速器开度相对应的汽缸进气量的计算单元60使用的汽缸5的容积Vc(m³)不是固定的。因此，除了图5中示出的单元之外，发动机控制器31还包括在图13中示出的汽缸容积计算单元101，用于根据进气阀15的实际打开定时IVOr和实际关闭定时IVCr而计算汽缸5的容积Vc。

在物理意义上，只要活塞的冲程不变，汽缸的容积便是固定的。然而，由于下面的原因，由计算单元60使用的汽缸容积Vc根据进气阀15的实际打开定时IVOr和实际关闭定时IVCr而变化。

当提供了可变阀门系统时，汽缸5的进气量以图12中示出的方式、根据打开定时IVO和关闭定时IVC而变化。

此外，打开定时IVO的超前可致使出现排气阀16和进气阀15两者都打开的阀门重叠。该阀门重叠导致废气从排气通道8回流到汽缸5中。此现象被称为内部废气再循环(EGR)。内部EGR量的增加引起通过进气阀15而流入汽缸5中的进气量的减小。这实质上造成了汽缸容积Vc的变化。

当汽缸容积Vc实质上变化时，与加速器开度相对应的汽缸进气量Qca也变化。由此，汽缸容积计算单元101基于进气阀15的实际打开定时IVOr和实际关闭定时IVCr，而计算汽缸容积Vc。

关于阀门定时控制机构27，从打开定时IVOr到关闭定时IVCr的打开周期是恒定的，因此，可仅根据关闭定时IVCr而执行此计算。

接下来，将参照图14来描述汽缸容积计算单元101的组成。类似于图3中示出的第一实施例的计算，以一毫秒为间隔进行图13的计算。因而，汽缸容积计算单元101也以一毫秒为间隔进行图14中示出的燃料喷射量Ti(ms)的计算。

在由日本专利局于2001年公布的JP2001-050091A中公开了使用阀门定时控制机构27的汽缸容积Vc的计算。这里，将所公开的计算方法应用于汽缸容积Vc的计算，并且，添加新的进气阀打开/关闭定时所需值计算单元111。

参照图14，进气阀打开/关闭定时所需值计算单元111包括进气阀关闭定时初值计算单元112、进气阀打开定时初值计算单元113、浪费时间周期计算单元114、进气阀关闭定时所需值计算单元115、以及进气阀打开定时所需值计算单元116。

进气阀关闭定时初值计算单元112根据加速器开度APO而计算进气阀关闭定时初值IVCff。具体地，进气阀关闭定时初值IVCff是与加速器开度APO相对应的、进气阀15的关闭定时IVC的目标值。然而，应当注意，加速器开度APO随时间t而改变，因此，还将进气阀关闭定时初值IVCff表示为时间t的函数。由此，进气阀关闭定时初值IVCff对应于通过将如图11A所示的进气阀15的实际关闭定时IVCr超前阀门定时控制机构27的浪费时间周期Tv2而得到的值。

类似地，进气阀打开定时初值计算单元113根据加速器开度APO而计算进气阀打开定时初值IVOff。具体地，进气阀打开定时初值IVOff是与加速器开度APO相对应的、进气阀15的打开定时IVO的目标值。然而，加速器开度APO随时间t而改变，因此，还将进气阀打开定时初值IVOff表示为时间t的函数。由此，进气阀打开定时初值IVOff对应于通过将进气阀15的实际打开定时IVOr超前阀门定时控制机构27的浪费时间周期Tv2而得到的值。

进气阀关闭定时所需值计算单元115计算作为通过将进气阀关闭定时初值IVCff延迟浪费的时间周期Tv1而得到的值的进气阀关闭定时所需值IVCf。同样，进气阀打开定时所需值计算单元116计算作为通过将进气阀打开定时初值IVOff延迟浪费时间周期Tv1而得到的值的进气阀打开定时所需值IVOf。

由浪费时间周期计算单元114根据下面的方程(20)，从发动机转速Ne(rpm)和阀门定时控制机构27的浪费时间周期Tv2计算浪费时间周期Tv1(ms)。

$\mathrm{Tv}1=\mathrm{Tv}2-\frac{60\&CenterDot;1000}{\mathrm{Ne}}\&CenterDot;\frac{X1}{360}---\left(20\right)$

其中，X1＝初始曲柄角间隔(度)。

在图11C中，初始曲柄角间隔X1对应于从燃料喷射定时IT到关闭进气阀15的曲柄角间隔。方程(20)实质上等同于第一实施例的方程(14)。

目标汽缸容积计算单元117根据作为时间t的函数的进气阀关闭定时所需值IVCf而计算对应的汽缸容积。将其设为目标汽缸容积Vcm(m³)。

汽缸内部新鲜空气比例计算单元118根据进气阀打开定时所需值IVOf、排气阀关闭定时EVC(其为固定值)、以及在必要时的EGR比率，而计算汽缸中的新鲜空气的比例η(％)。

实际汽缸容积计算单元119通过将汽缸新鲜空气比例η(％)乘以目标汽缸容积Vcm(m³)，而计算实际汽缸容积Vcr(m³)。实际汽缸容积Vcr(m³)对应于汽缸5中的新鲜空气的体积。

如上所述，通过排气阀关闭定时EVC和进气阀打开定时的实际值IVOr而确定阀门重叠量。汽缸5中的内部EGR量随着阀门重叠量的增加而增加，因此，基于该重叠量而确定汽缸新鲜空气比例η(％)。

包括可变阀门系统的内燃发动机能够通过控制该重叠量而任意地调整内部EGR量。典型地，内燃发动机不包括EGR设备，或者换句话说，不包括外部EGR设备，但是，在包括外部EGR设备的内燃发动机中，还根据外部EGR设备的EGR比率而校正汽缸新鲜空气比例η(％)。

汽缸容积实际改变速率计算单元120使用下面的方程(21)，通过将发动机转速Ne(rpm)乘以实际汽缸容积Vcr(m³)，而计算汽缸容积的实际改变速率ΔVc(m³/ms)。

ΔVc＝Vcr·Ne·K2(21)

其中， $K2=\frac{1}{30}\&CenterDot;\frac{1}{1000}.$

K2是用于校准单位的常数，1/30是用于将发动机转速Ne的单位从(rpm)转换为(180度/秒)的值，而1/1000是用于将汽缸容积的实际改变速率ΔVc的单位从(m³/秒)转换为(m³/ms)的值。

汽缸容积计算单元121使用下面的方程(22)，通过将计算周期Δt乘以汽缸容积的实际改变速率ΔVc，而计算汽缸容积Vc(m³)。

Vc＝ΔVc·Δt    (22)

计算周期Δt为一毫秒。这里计算的汽缸容积Vc(m³)也是时间t的函数。

回到图13，用于计算与加速器开度相对应的汽缸进气量的计算单元60使用由汽缸容积计算单元119以上述方式计算出的汽缸容积Vc(m³)，而计算与初值相对应的汽缸进气量Qcff。与初值相对应的汽缸进气量Qcff对应于第一和第二实施例的与加速器开度相对应的汽缸进气量Qca。由此，随后在Qca＝Qcff的条件下，由图3或图4中示出的所需喷射量计算单元61、浪费时间周期计算单元63、以及燃料喷射量计算单元64以类似于第一和第二实施例的方式而计算出燃料喷射量Ti(ms)。

如上所述，当将本发明应用于被提供了作为权利要求中的进气量调节机构的进气风门23和阀门定时控制机构27两者的内燃发动机时，也得到与第一至第三实施例的情况一样的有关在发动机的过渡运转期间的空气-燃料控制精度的改善的有利效果。

总结以上描述，本发明的发动机控制器31基于加速器开度APO而计算汽缸5的目标进气量，并控制例如进气风门23或阀门定时控制机构27或所述两者的进气量调节机构，以实现目标进气量。同时，基于加速器开度APO，发动机控制器31计算要由遵循控制的进气量调节机构实现的进气量的预测值Qc1，并随后将燃料喷射器21的燃料喷射量控制为基于预测值Qc1的目标燃料喷射量。

由此，当在从加速器开度APO的改变到汽缸5的实际进气量的改变的时间滞后期间执行燃料喷射时，以基于预测值Qc1的燃料喷射量来喷射燃料。因此，与基于取决于气流计的检测值的实际进气量而计算燃料喷射量的传统燃料喷射控制相比，燃料喷射量对加速器开度的改变有更快的响应。结果，可改善在内燃发动机的加速或减速期间的空气-燃料比控制精度。

在上面的实施例中，浪费时间周期T2和Tv2对应于权利要求中的预定响应延迟，而浪费时间周期T1和Tv1对应于权利要求中的第二延迟周期。

特願(Tokugan)2004-296866、特願2004-296849、特願2004-296860、以及特願2004-296869的内容的全部在日本具有相同的申请日2004年10月8日，通过引用而将其合并于此。

尽管上面通过参照本发明的特定实施例而描述了本发明，但本发明不限于上述实施例。对于本领域的技术人员来说，会在权利要求的范围内出现上述实施例的修改和变化。

在所附权利要求中定义了要求排它权或特权的本发明的实施例。

Claims (15)

1.一种用于内燃发动机(1)的燃料喷射控制设备，所述发动机(1)包括：汽缸(5)；进气通道(30)，通过其将空气送入到所述汽缸(5)中；进气量调节机构(23、27)，其根据加速器开度(APO)调节所述汽缸(5)的进气量，其中在所述加速器开度(APO)和由所述进气量调节机构(23、27)执行的进气量调节之间存在预定响应延迟(T2、Tv2)；以及燃料喷射器(21)，其提供与所述进气量相对应的燃料量，所述燃料喷射控制设备包括：

可编程控制器(31)，其被编程为：

根据所述加速器开度(APO)计算要由所述进气量调节机构(23、27)实现的所述汽缸(5)的所述进气量的预测值(Qc1)；

根据所述预测值(Qc1)计算目标燃料喷射量(Ti)；以及

控制燃料喷射器(21)在预定喷射定时以所述目标燃料喷射量(Ti)喷射燃料。

2.如权利要求1所述的燃料喷射控制设备，其中，还将所述控制器(31)编程为：基于所述加速器开度(APO)而计算目标进气量(Qc)，并控制所述调节机构(23、27)来实现所述目标进气量(Qc)。

3.如权利要求2所述的燃料喷射控制设备，其中，所述进气量调节机构(23、27)包括：在所述进气通道(30)中提供的进气风门(23)。

4.如权利要求3所述的燃料喷射控制设备，其中，所述发动机(1)还包括进气阀(15)，其以预定曲柄角阻断所述汽缸(5)和所述进气通道(30)之间的通路，所述设备还包括传感器(32)，其检测所述进气风门(23)的所述进气通道(30)上游侧的流量(Qa)，并且还将所述控制器(31)编程为：

根据所述加速器开度(APO)计算风门开度面积转换值(AAPO)；

根据所述进气风门(23)的风门开度(TVO)计算进气风门开度面积(ATVO)；

根据所述风门开度面积转换值(AAPO)和所述进气风门开度面积(ATVO)之间的比(AAPO/ATVO)、以及所述进气通道(30)中的所述流量(Qa)，计算与加速器开度相对应的汽缸进气量(Qca、Qcff)，作为从所述加速器开度(APO)的改变起的过去时间(t)的函数；

指定与根据预定响应延迟(T2)和从所述燃料喷射定时延长到关闭所述进气阀(15)的时间周期而确定的第二延迟周期(T1)相对应的所述过去时间(t)；

基于所述加速器开度汽缸进气量(Qca、Qcff)和所述指定的过去时间(t)，计算与所述燃料喷射器的所述燃料喷射定时相对应的所需喷射量(Tpf1)；以及

根据所需喷射量(Tpf1)计算所述目标燃料喷射量(Ti)。

5.如权利要求4所述的燃料喷射控制设备，其中，还将所述控制器(31)编程为：根据所述内燃发动机(1)的转速(Ne)确定所述第二延迟周期(T1)。

6.如权利要求5所述的燃料喷射控制设备，其中，还将所述控制器(31)编程为：使用下面的方程来计算所述第二延迟周期(T1)，

$T1=T2-\frac{60\&CenterDot;1000}{\mathrm{Ne}}\&CenterDot;\frac{X1}{360}$

其中，Ne＝所述内燃发动机的转速，其用每分钟的转数来表示，并且

X1＝从所述燃料喷射定时到关闭进气阀的曲柄角间隔，其用度来表示。

7.如权利要求4至6中任一所述的燃料喷射控制设备，其中，所述发动机(1)还包括歧管部分(2、3、4)，通过其将空气从所述进气通道(30)送入到所述汽缸(5)中，并且还将所述控制器(31)编程为：根据使用下面的方程计算的加速器开度对应流量(Qaa)，计算所述加速器开度汽缸进气量(Qca)，

$\mathrm{Qaa}=\mathrm{Qa}\&CenterDot;\frac{\mathrm{AAPO}}{\mathrm{ATVO}}\&CenterDot;\frac{\mathrm{PRA}}{\mathrm{PR}}$

其中，Qa＝所述进气通道(30)的所述流量，

AAPO＝根据所述加速器开度(APO)确定的所述风门开度面积转换值，

ATVO＝根据所述进气风门开度(TVO)确定的所述风门开度面积，

PR＝根据所述歧管部分(2、3、4)中的压力和大气压之间的比而计算的压力比，以及

PRR＝根据作为所述歧管部分(2、3、4)中的压力的初始压力的加速器开度对应歧管部分压力和大气压之间的比而计算的压力比。

8.如权利要求4至6中任一所述的燃料喷射控制设备，其中，还将所述控制器(31)编程为：当所述第二延迟周期(T1)取负值时，延迟所述进气风门(23)的所述风门开度(TVO)的改变，直到所述第二延迟周期(T1)变为0。

9.如权利要求1或2所述的燃料喷射控制设备，其中，所述发动机(1)还包括进气阀(15)，其以预定曲柄角阻断所述汽缸(5)和所述进气通道(30)之间的通路，并且所述进气量调节机构(23、27)包括阀门定时控制机构(27)，其根据所述加速器开度(APO)修改所述进气阀(15)的打开/关闭定时(IVO、IVC)。

10.如权利要求1或2所述的燃料喷射控制设备，其中，所述发动机(1)还包括进气阀(15)，其以预定曲柄角阻断所述汽缸(5)和所述进气通道(30)之间的通路，并且所述进气量调节机构(23、27)包括：在所述进气通道(30)中提供的进气风门(23)；以及阀门定时控制机构(27)，其根据所述加速器开度(APO)修改所述进气阀(15)的打开/关闭定时(IVO、IVC)。

11.如权利要求10所述的燃料喷射控制设备，还包括传感器(32)，其检测所述进气风门(23)的所述进气通道(30)上游侧的流量(Qa)，并且还将控制器(31)编程为：

根据所述加速器开度(APO)计算风门开度面积转换值(AAP0)；

根据所述风门开度面积转换值(AAPO)和所述进气通道(30)中的所述流量(Qa)，计算加速器开度汽缸进气量(Qcff)，作为从所述加速器开度(APO)的改变开始的过去时间(t)的函数；

指定与根据所述预定响应延迟(T2)和从所述燃料喷射定时延长到关闭所述进气阀(15)的时间周期而确定的第二延迟周期(T1)相对应的过去时间(t)；

基于所述加速器开度汽缸进气量(Qcff)和所述指定的过去时间(t)，计算与所述燃料喷射器的所述燃料喷射定时相对应的所需喷射量(Tpf1)；以及

根据所述所需喷射量(Tpf1)计算所述目标燃料喷射量(Ti)。

12.如权利要求11所述的燃料喷射控制设备，其中，所述发动机(1)还包括歧管部分(2、3、4)，通过其将空气从所述进气通道(30)送入到所述汽缸(5)中，并且还将所述控制器(31)编程为：根据使用下面的方程计算出的加速器开度对应流量(Qaa)计算与所述加速器开度相对应的汽缸进气量(Qcff)，

$\mathrm{Qaa}=\mathrm{Qa}\&CenterDot;\frac{\mathrm{AAPO}}{\mathrm{ATVO}}\&CenterDot;\frac{\mathrm{PRA}}{\mathrm{PR}}$

其中，Qa＝所述进气通道(30)的所述流量，

AAPO＝根据所述加速器开度(APO)确定的所述风门开度面积转换值，

ATVO＝固定值，

PR＝根据所述歧管部分(2、3、4)中的压力和大气压之间的比计算的压力比，以及

PRR＝根据作为所述歧管部分(2、3、4)中的压力的初始压力的加速器开度对应的歧管部分压力和大气压之间的比而计算的压力比。

13.如权利要求12所述的燃料喷射控制设备，其中，还将所述控制器(31)编程为：基于根据所述进气阀(15)的打开/关闭定时(IVO，IVC)而变化的所述汽缸(5)中的新鲜空气量的体积(Vcr)，从所述加速器开度对应流量(Qaa)计算与所述加速器开度相对应的汽缸进气量(Qcff)。

14.如权利要求13所述的燃料喷射控制设备，其中，还将所述控制器(31)编程为：根据所述加速器开度(APO)计算所述进气阀(15)的打开/关闭定时的目标值(IVOff、IVCff)，并基于所述目标值(IVOff、IVCff)计算所述汽缸(5)中的所述新鲜空气量的所述体积(Vcr)。

15.一种用于内燃发动机(1)的燃料喷射控制方法，所述发动机(1)包括：汽缸(5)；进气通道(30)，通过其将空气送入到所述汽缸(5)中；进气量调节机构(23、27)，其根据加速器开度(APO)调节所述汽缸(5)的进气量，在所述加速器开度(APO)和由所述进气量调节机构(23、27)执行的所述进气量调节之间存在预定响应延迟(T2、Tv2)；以及燃料喷射器(21)，其提供与所述进气量相对应的燃料量，所述燃料喷射控制方法包括：

根据所述加速器开度(APO)计算要由所述进气量调节机构(23、27)实现的所述汽缸(5)的所述进气量的预测值(Qc1)；

根据所述预测值(Qc1)计算目标燃料喷射量(Ti)；以及

控制燃料喷射器(21)在预定喷射定时以所述目标燃料喷射量(Ti)喷射燃料。

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