CN101014762A - 用于内燃机的空气量估算设备 - Google Patents

Abstract

本空气量估算设备包括基于物理定律构造的模型M2到M7。考虑到由增压器91(压缩机91a)输出到供入中间冷却器45的空气的第一能量Ecm，和在中间冷却器的壁和中间冷却器内的空气之间交换的第二能量，通过使用压缩机模型M4和中间冷却器模型M5，该设备估算中间冷却器内的空气的压力Pic和温度Tic。基于中间冷却器内的空气的估算压力和估算温度，该设备估算在迟于当前时间点的将来时间点的气缸进气量KLfwd。

Description

用于内燃机的空气量估算设备

技术领域

本发明涉及一种用来估算引入内燃机气缸的空气量的设备。

背景技术

为了使供入内燃机的气体混合物的空燃比等于目标空燃比，需要准确地估算引入内燃机气缸的空气量(以下称为“气缸进气量”)。在节气阀开度保持大体上不变的稳定工作状态下，基于从布置在内燃机进气道中的气流传感器输出的值，准确地估算气缸进气量。同时，在节气阀开度迅速地改变的过渡工作状态下，因为气流传感器的时间响应特性不足，从而难以基于从气流传感器输出的值准确地估算气缸进气量。因此，需要以比使用气流传感器的情况更好的响应估算气缸进气量。

此外，燃料通常在进气冲程的终止正时之前喷射。同时，在进气冲程的终止正时(在进气阀关闭正时)，气缸进气量是确定的(或变得明确)。因此，在燃料喷射正时，气缸进气量未变得明确。因此，为了确定使得将在气缸内形成的气体混合物空燃比等于目标空燃比的燃料喷射量，需要在燃料喷射前(即进气冲程终止正时前)的预定正时估算“在进气阀关闭正时的气缸进气量”。

作为一种可以满足上述要求的气缸进气量估算设备，日本专利申请公开(kokai)No.2001-41095公开了一种设备，该设备通过使用按照流过内燃机进气道的空气的性质建模的物理模型，用来估算在迟于当前时间点的将来时间点的气缸进气量。

根据公开的设备所使用的物理模型，在迟于当前时间点的将来时间点的估算的气缸进气量由方程表示，该方程使用在将来时间点节气阀上游位置的空气(节气阀上游空气)的压力和在将来时间点节气阀上游空气的温度。因此，除非在将来时间点节气阀上游空气的压力和温度被准确估算，否则不能准确地估算在将来时间点的气缸进气量。

顺便提及，由于应用前述现有设备的上述内燃机是自然进气发动机，节气阀上游空气的压力和温度近似等于大气(或空气)的压力或温度。此外，当估算气缸进气量时，在从当前时间点到将来时间点的短时间段内，大气的压力和温度保持大体上不变。因此，上述现有设备通过使用大气压力和由布置在进气道中的温度传感器检测到的进气温度分别作为节气阀上游空气的压力和温度，准确地估算在将来时间点的气缸进气量。

然而，如果内燃机具有增压器和中间冷却器以提高其最大输出等，则进气道中的空气由增压器压缩并由中间冷却器冷却。因此，节气阀上游空气(即中间冷却器内的空气)的压力和温度在上述的短时间段内变化。因此，在具有增压器和中间冷却器的内燃机中，上述现有设备难以准确地估算在迟于当前时间点的将来时间点的气缸进气量。

发明内容

为了解决上述问题，实现了本发明。本发明的一个目的是提供用于配备有增压器的内燃机的空气量估算设备，该设备能够高精度地估算“在迟于当前时间点的将来时间点的气缸进气量”。

为了实现上述目的，根据本发明的空气量估算设备被应用到内燃机，该内燃机具有：进气道，它用来把取自发动机外部的空气引入气缸；布置在所述进气道中的节气阀，该节气阀的开度是可调节的，用来改变通过进气道的空气量；增压器，它包括布置在所述进气道中所述节气阀上游位置的用来压缩所述进气道内的空气的压缩机；和中间冷却器，它布置在所述进气道中所述节气阀和所述增压器之间，用来冷却进气道内的空气。

所述空气量估算设备包括：

中间冷却器内部空气状态估算装置，它通过使用对于中间冷却器内的空气基于能量守恒定律构造的中间冷却器模型，用来估算中间冷却器内的空气的压力和温度分别作为节气阀上游空气的压力和温度，该节气阀上游空气为所述进气道中所述节气阀上游位置的空气，成考虑由所述增压器输出到供(或流)入所述中间冷却器的空气的第一能量和在中间冷却器的壁和中间冷却器内的空气之间交换的第二能量，设计该中间冷却器模型；和

气缸进气量估算装置，它基于节气阀上游空气的估算压力和节气阀上游空气的估算温度，用来估算气缸进气量，该气缸进气量是引入所述气缸的空气量。

根据所述设备，考虑到由所述增压器输出到供入所述中间冷却器的空气的第一能量和在中间冷却器的壁和中间冷却器内的空气之间交换的第二能量，估算中间冷却器内的空气的压力和温度分别作为所述进气道中所述节气阀上游位置处的空气(节气阀上游空气)的压力和温度。然后，基于节气阀上游空气的估算压力和节气阀上游空气的估算温度，估算气缸进气量，该气缸进气量是引入所述气缸的空气量。

结果，由于考虑了增压器的压缩功量和中间冷却器的壁与空气之间的传热量，因而准确地估算了节气阀上游空气的压力和温度。这使得可以高精度地估算引入所述气缸的空气量(气缸进气量或气缸引入空气量)。

在上述设备中，优选的是，所述中间冷却器内部空气状态估算装置构造成基于所述增压器的压缩机转速估算所述第一能量。

在表示增压器工作状态的增压器的压缩机转速和增压器输出到供入中间冷却器的空气的第一能量之间存在很强的相互关系。因此，如果如上述构造的中间冷却器内部空气状态估算装置，则可以准确估算第一能量。因此，即使增压器的工作状态改变，也可以准确地估算节气阀上游空气的压力和温度。

在这种情况下，优选的是，所述空气量估算设备包括用来检测增压器的压缩机的所述转速的压缩机转速检测装置；

所述中间冷却器内部空气状态估算装置被构造成用来基于压缩机的检测到的所述转速估算在迟于当前时间点的将来时间点的所述第一能量，并且通过采用在将来时间点的估算的第一能量作为所述中间冷却器模型中使用的所述第一能量，估算在将来时间点中间冷却器内的空气的压力和温度分别作为在将来时间点节气阀上游空气的压力和温度；和

所述气缸进气量估算装置被构造成用来基于在将来时间点节气阀上游空气的估算压力和估算温度估算在将来时间点的气缸进气量。

作为各种研究的结果，本发明的发明者发现，当估算气缸进气量时，在从当前时间点到将来时间点的短时间段内，压缩机转速保持大体上不变。因此，根据如上述构造的空气量估算设备，准确地估算在将来时间点的所述第一能量。因此，在包括增压器的内燃机中，可以准确地估算节气阀在迟于当前时间点的将来时间点节气阀上游空气的压力和温度，而不需要通过使用通常较复杂的增压器模型来估算在将来时间点增压器的工作状态。因此，可以准确地估算在将来时间点的气缸进气量。

附图说明

图1是系统的示意图，在该系统中，根据本发明实施例的空气量估算设备被应用到火花点火式多气缸内燃机。

图2是用来控制节气阀开度和估算气缸进气量的逻辑电路和各种模型的功能框图。

图3是说明加速踏板操作量和目标节气阀开度之间的关系的图表，该图表由图1所示的CPU参照。

图4是时间图，示出了临时目标节气阀开度、目标节气阀开度和预测的节气阀开度中的变化。

图5是示出用于计算预测的节气阀开度的函数的曲线图。

图6是说明通过中间冷却器内部压力除以进气压力获得的值、压缩机转速、压缩机流出空气流速之间的关系的图表，该图表由图1所示的CPU参照。

图7是说明压缩机流出空气流速、压缩机转速和压缩机效率之间的关系的图表，该图表由图1所示的CPU参照。

图8是示出一程序的流程图，该程序由图1所示的CPU执行以估算(或预测)节气阀开度。

图9是示出一程序的流程图，该程序由图1所示的CPU执行以估算气缸进气量。

图10是示出一程序的流程图，该程序由图1所示的CPU执行以估算通过节流的空气流速。

图11是示意图，示出了第一时间点、预正时间间隔Δt0、先前估算时间点t1和当前估算时间点t2之间的关系。

图12是示出一程序的流程图，该程序由图1所示的CPU执行以估算压缩机流出空气流速和压缩机输出能量。

具体实施方式

下面将结合附图描述根据本发明的各个实施例的用于内燃机的空气量估算设备。图1示出了系统的示意图，在该系统中，根据本发明的实施例的空气量估算设备被应用到火花点火式多气缸(例如4气缸)内燃机10。应当注意，图1仅示出特定气缸的剖视图，而剩余气缸具有相同的构造。

内燃机10包括：气缸体部分20，它包括气缸体、气缸体下部、油底壳等；气缸盖部分30，它固定到气缸体部分20上；进气系统40，它用来把燃料和空气的气体混合物供给到气缸体部分20；和排气系统50，它用来把废气从气缸体部分20排出到发动机10的外部。

气缸体部分20包括气缸21、活塞22、连杆23和曲轴24。每个活塞22在相应的气缸21内作往复运动。活塞22的往复运动通过相应的连杆23传递到曲轴24，因此，曲轴24旋转。气缸21和活塞22的头部与气缸盖部分30一起形成燃烧室25。

气缸盖部分30包括：进气口31，它与燃烧室25连通；进气阀32，它用来打开和关闭进气口31；可变进气正时单元33，它包括进气凸轮轴以驱动进气阀32，用来连续地改变进气凸轮轴的相角；可变进气正时单元33的执行机构33a；排气口34，它与燃烧室25连通；排气阀35，它用来打开和关闭排气口34；排气凸轮轴36，它用来驱动排气阀35；火花塞37；点火器38，它包括点火线圈，用来产生施加到火花塞37的高电压；和喷射器39，它用来把燃料喷入进气口31。

进气系统40包括：进气歧管41，它与进气口31连通；稳压箱42，它与进气歧管41连通；进气管43，它的一个端部连接到稳压箱42并与进气歧管41和稳压箱42一起形成进气道；以及空气滤清器44、增压器91的压缩机91a、中间冷却器45、节气阀46和节气阀执行机构46a。空气滤清器44、压缩机91a、中间冷却器45、节气阀46按照从进气管43的另一端部向着下游侧(稳压箱42)的顺序布置在进气管43中。应注意到，从节气阀46到进气阀32的进气道构成进气管道部分。

中间冷却器45是空气冷却型的中间冷却器，并被构造成通过内燃机10外部的空气冷却流经进气道的空气。中间冷却器45与从压缩机91a的出口(下游)到节气阀46的进气道一起构成中间冷却部分。

节气阀46由进气管43可旋转地支撑并由节气阀执行机构46a驱动，用来调节其开度。根据这种构造，节气阀46可改变由进气管43形成的通道的截面面积。

如后所述，根据电子控制单元70执行的电子控制节气阀逻辑电路发送的驱动信号，包括直流电机的节气阀执行机构46a驱动节气阀46，使得实际节气阀开度θta等于目标节气阀开度θtt。

排气系统50包括：排气管道51，它包括排气歧管，该排气歧管与排气口34连通并与排气口34一起形成排气通道；增压器91的涡轮91b，它布置在排气管道51中；和三元催化单元52，它布置在排气管道51中涡轮91b的下游位置。

根据上述构造，增压器91的涡轮91b借助废气的能量旋转。此外，涡轮91b通过轴连接到布置在进气系统40中的压缩机91a。因此，进气系统40中的压缩机91a与涡轮91b一起旋转以压缩进气通道中的空气。就是说，增压器91使进入内燃机10的空气增压。

同时，此系统包括：压力传感器61；温度传感器62；压缩机转速传感器63，它用作压缩机转速检测装置；凸轮位置传感器64；曲柄位置传感器65；油门开度传感器66，它用作操作状态量获取装置；和电子控制单元70。

压力传感器61布置在进气管43中空气滤清器44和压缩机91a之间的位置。压力传感器61检测进气管43中的空气的压力，并输出表示进气压力Pa的信号，该进气压力Pa是进气通道中压缩机91a的上游位置处的空气压力。温度传感器62布置在进气管43中空气滤清器44和压缩机91a之间的位置。温度传感器62检测进气管43中的空气的温度，并输出表示进气温度Ta的信号，该进气温度Ta是进气通道中压缩机91a的上游位置处的空气温度。压缩机转速传感器63每当压缩机91a的旋转轴旋转360度时输出信号。此信号表示压缩机转速Ncm。凸轮位置传感器64每当进气凸轮轴旋转90度时(即每当曲轴24旋转180度时)产生具有单脉冲的信号(G2信号)。曲柄位置传感器65每当曲轴24旋转10度时输出具有窄脉冲的信号，而每当曲轴24旋转360度时输出具有宽脉冲的信号。此信号表示发动机转速NE。油门开度传感器66检测由司机操作的加速踏板67的操作量，并输出表示加速踏板操作量的信号Accp。

电子控制单元70是微型计算机，包括：CPU(中央处理器)71；ROM(只读存储器)72，它预先存储由CPU71执行的程序、图表(查询图表和映射)、常数及其它；RAM(随机存储器)73，如果必要，CPU71在该RAM中临时存储数据；备用RAM74，它在通电时存储数据，并且即使在断电时也保留已存储的数据；和接口75，它包括若干模拟数字转换器，所有这些模拟数字转换器通过总线相互连接。接口75连接到上述的传感器61到66，并把来自传感器61到66的信号提供给CPU71。接口75根据CPU71的指令发送驱动信号(指令信号)到可变进气正时单元33的执行机构33a、点火器38、喷射器39和节气阀执行机构46a。

下面将描述用来估算气缸进气量的方法的概要，该方法由上述构造的内燃机的空气量估算设备执行。

在应用本空气量估算设备的内燃机10中，因为喷射器39布置在进气阀32的上游位置，因而燃料必须在进气阀关闭正时(即在进气冲程结束的正时)之前喷入。因此，为了确定在气缸内形成空燃比与目标空燃比一致的空气燃料混合物所需的燃料喷射量，空气量估算设备必须在燃料喷射前预定(或某个)时间点估算“进气阀关闭正时的气缸进气量”。

鉴于上述，通过使用基于诸如能量守恒定律、动量守恒定律和质量守恒定律的物理定律构造的物理模型，空气量估算设备估算在迟于当前时间点的将来时间点中间冷却器45中的空气的压力和温度，作为在该将来时间点节气阀上游空气的压力和温度。基于在该将来时间点节气阀上游空气的估算压力和估算温度(即中间冷却器45中的空气的压力和温度)，空气量估算设备估算在该将来时间点的气缸进气量。

空气量估算设备采用(使用)用来估算在该将来时间点中间冷却器45中的空气的压力和温度的若干物理模型中的一种物理模型，这种物理模型的设计(构造或配置)考虑到由增压器91的压缩机91a输出到供入中间冷却器45的空气的第一能量和在中间冷却器45的壁和中间冷却器45中的空气之间交换的第二能量。

如图2的功能框图所述，空气量估算设备包括电子控制节气阀模型M1。该空气量估算设备包括：节气阀模型M2；进气阀模型M3；压缩机模型M4；中间冷却器模型M5；进气管道模型M6；和进气阀模型M7，上述的物理模型基于物理定律构造。此外，空气量估算设备包括电子控制节气阀逻辑电路A1。应当注意，压缩机模型M4和中间冷却器模型M5构成中间冷却器内部空气状态估算装置的主要部分。也应当注意，节气阀模型M2、进气阀模型M3、进气管道模型M6和进气阀模型M7构成气缸进气量估算装置的主要部分。

模型M2到M7(节气阀模型M2、进气阀模型M3、压缩机模型M4、中间冷却器模型M5、进气管道模型M6和进气阀模型M7)以数学公式(以下也称为“广义数学公式”)表示，这些数学公式基于上述物理定律确定(或导出)，以便表示空气在某一时间点的性能。

这里，如果将被获得的值是在“某时间点”的值，在广义数学公式中使用的所有的值(变量)必须是在该某时间点的值。就是说，例如，当某模型由广义数学公式y＝f(x)表示时，变量x必须是在迟于当前时间的特定的将来时间点的值，以便获得在该特定的将来时间点的y值。

顺便提及，如上所述，由空气量估算设备获得的气缸进气量是在迟于当前时间点(该当前时间点是计算时间点)的将来时间点的气缸进气量。因此，如下所述，在模型M2到M7中使用的节气阀开度θt、压缩机转速Ncm、进气压力Pa，进气温度Ta，发动机转速NE和进气阀32的开关正时VT等等，必须是在迟于当前时间点的将来时间点的值。

因此，空气量估算设备把目标节气阀开度从该设备确定目标节气阀开度的时间点延迟以控制节气阀46，因而估算在迟于当前时间点的将来时间点的节气阀开度(在从当前时间点到迟于当前时间点的第一时间点(在本例子中，第一时间点是从当前时间点过去延迟时间TD后的时间点)的正时)。

此外，如上所述，压缩机转速Ncm从当前时间点到估算气缸进气量的将来时间点的短时间段内不会发生很大的改变。因此，空气量估算设备使用(或采用)由压缩机转速传感器63检测到的在当前时间点的压缩机转速Ncm作为将来时间点的压缩机转速Ncm。

而且，进气压力Pa、进气温度Ta、发动机转速NE和进气阀32的开关正时VT不会在上述短时间段内发生很大的改变。因此，对于上述的广义数学公式，空气量估算设备分别使用(或采用)进气压力Pa、进气温度Ta、发动机转速NE和进气阀32的开关正时VT的当前时间点的值作为将来时间点的值。

如上所述，本空气量估算设备估算在迟于当前时间点的将来时间点的气缸进气量是基于：估算出的迟于当前时间点的将来时间点的节气阀开度θt；检测到的当前时间点的压缩机转速Ncm；当前时间点的进气压力Pa；当前时间点的进气温度Ta；当前时间点的发动机转速NE；当前时间点的进气阀32的开关正时VT；和模型M2到M7。

下面将具体描述模型M1到M7和逻辑电路A1。应当注意，由于导出表示节气阀模型M2、进气阀模型M3、进气管道模型M6和进气阀模型M7的公式(方程)的方法是公知的(见日本专利申请公开(kokai)No.2001-41095和2003-184613)，它们的详细描述在本说明书中被略去。

[电子控制节气阀模型M1和电子控制节气阀逻辑电路A1]

基于到达当前时间点的时间点的加速踏板操作量Accp中的一些，电子控制节气阀模型M1与电子控制节气阀逻辑电路A1配合，以估算到达上述第一时间点的每个时间点的节气阀开度θt。

更具体地，每当经过预定时间ΔTt1(在本例子中为2ms)，基于由油门开度传感器66检测到的实际加速踏板操作量Accp和确定如图3所示的加速踏板操作量Accp和目标节气阀开度θtt之间的关系的图表，电子控制节气阀逻辑电路A1确定临时目标节气阀开度θtt1。此外，如图4中的时间图所示，电子控制节气阀逻辑电路A1设置(或存储)临时目标节气阀开度θtt1到(或作为)经过预定延迟时间TD(在本例子中为64ms)后的时间点(第一时间点)的目标节气阀开度θtt。就是说，电子控制节气阀逻辑电路A1把在当前时间点的预定延迟时间TD前的时间点确定的临时目标节气阀开度θtt1设置为当前时间点的目标节气阀开度θtt。电子控制节气阀逻辑电路A1输出驱动信号到节气阀执行机构46a，从而使得当前时间点的节气阀开度θta等于当前时间点的目标节气阀开度θtt。

顺便提及，当驱动信号从电子控制节气阀逻辑电路A1发送到节气阀执行机构46a时，由于节气阀执行机构46a工作中的延迟和节气阀46的惯性等等，实际节气阀开度θta在目标节气阀开度θtt之后有些延迟。考虑到这些原因，电子控制节气阀模型M1基于以下方程(1)估算(预测)在经过延迟时间TD后的时间点的节气阀开度(见图4)。

θte(k)＝θte(k-1)+ΔTt1·f(θtt(k)，θte(k-1))    (1)

在方程(1)中，θte(k)是在当前(目前)计算时间点重新估算的预测的节气阀开度θte，θtt(k)是在当前计算时间点重新设置的目标节气阀开度θtt，而θte(k-1)是已经在当前计算时间点被估算出的预测的节气阀开度θte(即在先前计算时间点重新估算的预测的节气阀开度θte)。如图5所示，函数f(θtt，θte)是用来提供以下值的某个函数，该值随着θtt和θte之间的差Δθ(Δθ＝θtt-θte)的增加而增加，即关于Δθ的单调递增函数f。

如上所述，在当前计算时间点，电子控制节气阀模型M1重新确定在第一时间点(从当前时间点经过延迟时间TD后的时间点)的目标节气阀开度θtt；重新估算在第一时间点的节气阀开度θte；并在RAM73中记住(存储)到达第一时间点的目标节气阀开度θtt和预测的节气阀开度θte的组，同时把每一组与从当前时间点过去的时间关联。应该注意，如果在驱动信号被发送到节气阀执行机构46a后，实际节气阀开度θta以可忽略的延迟与目标节气阀开度θtt一致，则节气阀开度可由方程(θte(k)＝θtt(k))代替方程(1)进行估算。

[节气阀模型M2]

节气阀模型M2根据方程(2)和(3)估算空气通过节气阀46周围的流速mt(通过节流的空气流速)，方程(2)和(3)是表示节气阀模型M2的广义数学公式，并基于诸如能量守恒定律、动量守恒定律、质量守恒定律和状态(气体)方程的物理定律获得。在方程(2)中，Ct(θt)是根据节气阀开度θt变化的流速系数；At(θt)是根据节气阀开度θt变化的节流开度(横截面)面积(进气通道中的节气阀46周围的横截面开度面积)；Pic是中间冷却器内部压力，该压力是中间冷却器45中的空气的压力(它是节气阀上游压力，即在进气通道中节气阀46的上游位置处的空气的压力)；Pm是进气管道内部压力，该压力是进气管道部分中的空气的压力；Tic是中间冷却器内部温度，该温度是中间冷却器45中的空气的温度(它是节气阀上游温度，即在进气通道中节气阀46的上游位置处的空气的温度)；R是气体常数；以及κ是空气的比热比(以下κ作常数处理)。

$\mathrm{mt}=\mathrm{Ct}\left(\mathrm{\θt}\right)\·\mathrm{At}\left(\mathrm{\θt}\right)\·\frac{\mathrm{Pic}}{\sqrt{R\·\mathrm{Tic}}}\·\mathrm{\Φ}(\mathrm{Pm}/\mathrm{Pic})---\left(2\right)$

这里，方程(2)右手边的Ct(θt)和At(θt)的乘积Ct(θt)·At(θt)可基于节气阀开度θt根据经验确定。考虑到这种情况，节气阀模型M2在ROM72中存储确定节气阀开度θt和Ct(θt)·At(θt)之间的关系的图表MAPCTAT，并且基于由电子控制节气阀模型M1估算的预测的节气阀开度θt(k-1)(＝θte)获得Ct(θt)·At(θt)(＝MAPCTAT(θt(k-1)))。

此外，节气阀模型M2在ROM72中存储确定Pm/Pic的值和φ(Pm/Pic)的值之间的关系的图表MAPφ，并且通过使用图表MAPφ和Pm(k-1)/Pic(k-1)的值获得φ(Pm(k-1)/Pic(k-1))(＝MAPφ(Pm(k-1)/Pic(k-1)))的值，Pm(k-1)/Pic(k-1)的值是通过把先前的(最近的)进气管道内部压力Pm(k-1)的值(它已经由在后面描述的进气管道模型M6估算出)除以先前的(最近的)中间冷却器内部压力(节气阀上游压力)Pic(k-1)的值(它已经由在后面描述的中间冷却器模型M5估算出)而获得的。通过把由此获得的φ(Pm(k-1)/Pic(k-1))的值、已经由在后面描述的中间冷却器模型M5估算出的先前的(最近的)中间冷却器内部压力Pic(k-1)和中间冷却器内部温度Tic(k-1)的值应用于方程(2)，节气阀模型M2获得通过节流的空气流速mt(k-1)。

[进气阀模型M3]

基于进气管道内部压力Pm(它是进气管道部分中的空气的压力)、进气管道温度Tm(它是进气管道部分中的空气的温度)和中间冷却器内部温度Tic等，进气阀模型M3估算气缸流入空气流速mc，该流入空气流速mc通过进气阀32的周围后流入气缸的空气的流速。在进气冲程期间(包括进气阀32关闭的时间点)，气缸中(在气缸21中，或在燃烧室25中)的压力可看作(或等于)进气阀32上游侧的位置处的压力，即进气管道内部压力Pm。因此，在进气阀32关闭的时间点，气缸流入空气流速mc可认为与进气管道内部压力Pm成比例。考虑到这种情况，进气阀模型M3根据下面的方程(5)获得气缸流入空气流速mc，该方程(5)是表示进气阀模型M3的广义数学公式并且是基于经验法则的。

mc＝(Tic/Tm)·(c·Pr-d)    (5)

在方程(5)中，值c是比例系数，值d是反映剩余在气缸内的已燃烧气体(废气)量的值。系数c的值可基于当前时间点的发动机转速NE、当前时间点的进气阀32的开关正时VT和图表MAPC获得，图表MAPC确定发动机转速NE、进气阀32的开关正时VT和系数c的值之间的关系(c＝MAPC(NE，VT))。进气阀模型M3在ROM72中存储图表MAPC。相似地，值d可基于当前时间点的发动机转速NE、当前时间点的进气阀32的开关正时VT和图表MAPD获得，图表MAPD确定发动机转速NE、进气阀32的开关正时VT和常数d的值之间的关系(d＝MAPD(NE，VT))。进气阀模型M3在ROM72中存储图表MAPD。

通过把已经由在后面描述的进气管道模型M6估算出的先前的(最近的)进气管道内部压力Pm(k-1)和进气管道内部温度Tm(k-1)，和已经由在后面描述的中间冷却器模型M5估算出的先前的(最近的)中间冷却器内部温度Tic(k-1)应用于方程(5)，进气阀模型M3估算气缸流入空气流速mc(k-1)。

[压缩机模型M4]

基于中间冷却器内部压力Pic、压缩机转速Ncm等等，压缩机模型M4估算：

流出压缩机91a的空气(即供给到中间冷却器45中的空气)的流速(或压缩机流出空气流速)mcm；和

压缩机输出能量Ecm(第一能量)，该能量是当空气通过压缩机91a时，增压器91的压缩机91a在每个单位时间内输出到将被供给到中间冷却器45的空气的能量。

首先，将描述由压缩机模型M4估算的压缩机流出空气流速mcm。压缩机流出空气流速mcm可基于Pic/Pa值和压缩机转速Ncm根据经验估算，Pic/Pa值是通过中间冷却器内部压力Pic除以进气压力Pa而获得的。因此，从压缩机转速Ncm、通过中间冷却器内部压力Pic除以进气压力Pa而获得的Pic/Pa值和确定压缩机转速Ncm与Pic/Pa值之间的关系的图表MAPMCM，获得压缩机流出空气流速mcm。

压缩机模型M4在ROM72中存储如图6所示的图表MAPMCM。压缩机模型M4估算压缩机流出空气流速mcm(k-1)(＝MAPMCM(Pic(k-1)/Pa，Ncm))，上述估算基于：图表MAPMCM；由压缩机转速传感器63检测到的当前时间点的压缩机转速Ncm；和Pic(k-1)/Pa值，该Pic(k-1)/Pa值将已经由在后面描述的中间冷却器模型M5估算出的先前的(最近的)中间冷却器内部压力Pic(k-1)除以当前时间点的进气压力Pa获得。

应当注意，代替图表MAPMCM，压缩机模型M4可在ROM72中存储图表MAPMCMSTD以代替图表MAPMCM，该图表MAPMCMSTD确定Picstd/Pstd值(通过标准状态下的中间冷却器内部压力Picstd除以标准压力Pstd而获得)、标准状态下的压缩机转速Ncmstd和标准状态下的压缩机流出空气流速mcmstd之间的关系。这里，标准状态是指压缩机流入空气，即流入压缩机91a的空气的压力是标准压力Pstd(例如96,276Pa)，且压缩机流入空气的温度是标准温度Tstd(例如303.02K)时的状态。

在这种情况下，具体地，压缩机模型M4获得标准状态下的压缩机流出空气流速mcmstd，它基于：

Pic/Pa值，它通过中间冷却器内部压力Pic除以进气压力Pa而获得；

标准状态下的压缩机转速Ncmstd，它通过把由压缩机转速传感器63检测到的当前时间点的压缩机转速Ncm应用到在下面描述的方程(6)的右手边而获得；和

图表MAPMCMSTD。

随后，压缩机模型M4把获得的标准状态下的压缩机流出空气流速mcmstd应用到在下面描述的方程(7)的右手边，从而获得在压缩机流入空气压力等于进气压力Pa且压缩机流入空气温度等于进气温度Ta的状态下的压缩机流出空气流速mcm。

$\mathrm{Ncmstd}=\mathrm{Ncm}\·\frac{1}{\sqrt{\frac{\mathrm{Ta}}{\mathrm{Tstd}}}}---\left(6\right)$

$\mathrm{mcm}=\mathrm{mcmstd}\·\frac{\frac{\mathrm{Pa}}{\mathrm{Pstd}}}{\sqrt{\frac{\mathrm{Ta}}{\mathrm{Tstd}}}}---\left(7\right)$

下面，将描述由压缩机模型M4估算的压缩机输出能量Ecm。压缩机输出能量Ecm通过使用在下面描述的方程(8)获得，该方程(8)是表示压缩机模型M4的一部分的广义数学公式，并且基于能量守恒定律、压缩机效率η、压缩机流出空气流速mcm、通过中间冷却器内部压力Pic除以进气压力Pa而获得的Pic/Pa值、和进气温度Ta。

$\mathrm{Ecm}=\mathrm{Cp}\·\mathrm{mcm}\·\mathrm{Ta}[{\left(\frac{\mathrm{Pic}}{\mathrm{Pa}}\right)}^{\frac{\mathrm{\κ}-1}{\mathrm{\κ}}}-1]\frac{1}{\mathrm{\η}}---\left(8\right)$

在方程(8)中，Cp是空气在常压下的比热。基于压缩机流出空气流速mcm和压缩机转速Ncm，可根据经验估算压缩机效率η。因此，基于压缩机流出空气流速mcm、压缩机转速Ncm和图表MAPETA获得压缩机效率η，该图表MAPETA确定压缩机流出空气流速mcm、压缩机转速Ncm和压缩机效率η之间的关系。

压缩机模型M4在ROM72中存储如图7所示的图表MAPETA。根据图表MAPETA、上述估算出的压缩机流出空气流速mcm(k-1)和由压缩机转速传感器63检测到的当前时间点的压缩机转速Ncm，压缩机模型M4估算压缩机效率η(k-1)(＝MAPETA(mcm(k-1)，Ncm))。

随后，通过把估算的压缩机效率η(k-1)、估算的压缩机流出空气流速mcm(k-1)、Pic(k-1)/Pa值和当前时间点的进气温度Ta应用到方程(8)，压缩机模型M4估算压缩机输出能量Ecm(k-1)，其中，通过已经由在后面描述的中间冷却器模型M5估算的先前的(最近的)中间冷却器内部压力Pic(k-1)除以当前时间点的进气压力Pa，获得Pic(k-1)/Pa值。应当注意，如图6和7所示，在压缩机流出空气流速mcm、压缩机效率η和压缩机转速Ncm之间存在很强的相互关系。因此，基于压缩机流出空气流速mcm和压缩机效率η估算出的压缩机输出能量Ecm与压缩机转速Ncm具有很强的相互关系。

这里将描述导出表示压缩机模型M4的一部分的方程(8)的过程。在下面的描述中，假定从流入压缩机91a并直到流出压缩机91a的空气的全部能量用于增加温度(即忽略动能)。

这里，流入压缩机91a的空气的压缩机流入空气流速用mi表示，压缩机流入空气温度用Ti表示。相似地，流出压缩机91a的空气的压缩机流出空气流速用mo表示，而压缩机流出空气温度用To表示。在这种情况下，压缩机流入空气能量用Cp·mi·Ti表示，而压缩机流出空气能量用Cp·mo·To表示。由于压缩机流入空气能量和压缩机输出能量Ecm之和等于压缩机流出空气能量，因而基于能量守恒定律获得下面的方程(9)。

Cp·mi·Ti+Ecm＝Cp·mo·To    (9)

顺便提及，由于压缩机流入空气流速mi等于压缩机流出空气流速mo，因而可获得以下方程(10)。

Ecm＝Cp·mo·(To-Ti)          (10)

同时，压缩机效率η由以下方程(11)确定。

$\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{Ti}[{\left(\frac{\mathrm{Po}}{\mathrm{Pi}}\right)}^{\frac{\mathrm{\κ}-1}{\mathrm{\κ}}}-1]}{\mathrm{To}-\mathrm{Ti}}---\left(11\right)$

在方程(11)中，Pi是压缩机流入空气压力，而Po是压缩机流出空气压力。通过把上述的方程(11)代入方程(10)，获得下面的方程(12)。

$\mathrm{Ecm}=\mathrm{Cp}\·\mathrm{mo}\·\mathrm{Ti}[{\left(\frac{\mathrm{Po}}{\mathrm{Pi}}\right)}^{\frac{\mathrm{\κ}-1}{\mathrm{\κ}}}-1]\frac{1}{\mathrm{\η}}---\left(12\right)$

顺便提及，压缩机流入空气的压力Pi和温度Ti可认为分别等于进气压力Pa和进气温度Ta。此外，由于压力比温度传播得更快，故可认为压缩机流出空气的压力Po等于中间冷却器内部压力Pic。此外，压缩机流出空气流速mo是压缩机流出空气流速mcm。当考虑了这些，从方程(12)得到方程(8)。

[中间冷却器模型M5]

中间冷却器模型M5根据下面的方程(13)和(14)并且基于进气温度Ta、流入中间冷却器部分的空气的流速(即压缩机流出空气流速)mcm、压缩机输出能量Ecm和流出中间冷却器部分的空气的流速(即通过节流的空气流速)mt，得到中间冷却器内部压力Pic和中间冷却器内部温度Tic，方程(13)和(14)是表示中间冷却器模型M5的广义数学公式且分别基于质量守恒定律和能量守恒定律。应当注意，在下面的方程(13)和(14)中，Vic表示中间冷却器部分的容积。

d(Pic/Tic)/dt＝(R/Vic)·(mcm-mt)    (13)

dPic/dt＝κ·(R/Vic)·(mcm·Ta-mt·Tic)+(κ-1)/(Vic)·(Ecm-K·(Tic-Ta))(14)

中间冷却器模型M5把均由压缩机模型M4获得的压缩机流出空气流速mcm(k-1)和压缩机输出能量Ecm(k-1)、由节气阀模型M2获得的通过节流的空气流速mt(k-1)和当前时间点的进气温度Ta应用到方程(13)和(14)的右手边。然后，中间冷却器模型M5基于方程(13)和(14)执行计算，以估算最近的中间冷却器内部压力Pic(k)和最近的中间冷却器内部温度Tic(k)。

这里将描述导出表示中间冷却器模型M5的方程(13)和(14)的过程。首先，将说明基于用于中间冷却器部分内的空气的质量守恒定律的方程(13)。当中间冷却器部分内的空气的总量用M表示时，每个单位时间的总空气量M的变化(暂时的变化)是压缩机流出空气流速mcm(对应于流入中间冷却器部分的空气的流速)和通过节流的空气的流速mt(对应于流出中间冷却器部分的空气的流速)之间的差。因此，获得基于质量守恒定律的以下方程(15)。

dM/dt＝mcm-mt       (15)

另外，状态方程用下面的方程(16)表示。因此，通过把下面的方程(16)代入方程(15)以消去总空气量M，并且通过考虑中间冷却器部分的容积Vic不变的事实，从而获得基于质量守恒定律的方程(13)。

Pic·Vic＝M·R·Tic    (16)

其次，将说明基于用于中间冷却器部分内的空气的能量守恒定律的方程(14)。中间冷却器部分内的空气的能量M·Cv·Tic(Cv：空气的定容的比热)的每单位时间的变化(d(M·Cv·Tic)/dt)等于每单位时间输出给中间冷却器部分内的空气的能量和每单位时间从中间冷却器部分内的空气取出(抽出)的能量之间的差。在下面的描述中，假定中间冷却器部分内的空气的全部能量用于增加温度(即忽略动能)。

上述输出给中间冷却器部分内的空气的能量是流入中间冷却器部分的空气的能量。

流入中间冷却器部分的空气的能量等于以下之和：

在假设压缩机91a不压缩空气的条件下，温度保持在进气温度Ta的流入中间冷却器部分的空气的能量Cp·mcm·Ta；和

增压器91的压缩机91a输出到流入中间冷却器部分的空气的压缩机输出能量Ecm。

同时，上述从中间冷却器部分内的空气取出(抽出)的能量等于以下之和：

流出中间冷却器部分的空气的能量Cp·mt·Tic；和

第二能量，它是在中间冷却器45内的空气和中间冷却器45的壁之间的交换的能量。

基于通常的经验法则，获得第二能量为值K·(Tic-Ticw)，该值与中间冷却器45内的空气的温度Tic和中间冷却器45的壁的温度Ticw之间的差成比例。这里，K为对应于中间冷却器45的表面积和中间冷却器45内的空气和中间冷却器45的壁之间的传热系数的乘积的值。如上所述，中间冷却器45通过使用发动机10的外部的空气，冷却进气通道内的空气。因此，中间冷却器45的壁的温度Ticw近似等于发动机10的外部的空气的温度。因此，可以假定中间冷却器45的壁的温度Ticw等于进气温度Ta，从而获得第二能量为值K·(Tic-Ta)。

根据上述，获得基于用于中间冷却器部分内的空气的能量守恒定律的方程(17)。

d(M·Cv·Tic)/dt＝Cp·mcm·Ta-Cp·mt·Tic+Ecm-K·(Tic-Ta)  (17)

顺便提及，比热比κ用以下方程(18)表示，而迈尔(Mayer)关系式由以下方程(19)表示。因此，通过使用方程(16)(Pic·Vic＝M·R·Tic)、以下方程(15)和(19)把上述的方程(17)变形，从而获得上述的方程(14)。这里，通过考虑中间冷却器部分的容积Vic不变的事实进行变形。

K＝Cp/Cv    (18)

Cp＝Cv+R    (19)

[进气管道模型M6]

进气管道模型M6根据下面的方程(20)和(21)并且基于流入进气管道部分的空气的流速(即通过节流的空气流速)mt、中间冷却器内部温度(即节气阀上游温度)Tic和流出进气管道部分的空气的流速(即气缸流入空气流速)mc，估算进气管道内部压力Pm和进气管道内部温度Tm，方程(20)和(21)是表示进气管道模型M6的广义数学公式且分别基于质量守恒定律和能量守恒定律。应当注意，在下面的方程(20)和(21)中，Vm表示进气管道部分(从节气阀46到进气阀32的进气管道)的容积。

d(Pm/Tm)/dt＝(R/Vm)·(mt-mc)            (20)

dPm/dt＝κ·(R/Vm)·(mt·Tic-mc·Tm)    (21)

进气管道模型M6把由节气阀模型M2获得的通过节流的空气流速mt(k-1)、由进气阀模型M3获得的气缸流入空气流速mc(k-1)和由中间冷却器模型M5获得的最近的中间冷却器内部温度(节气阀上游温度)Tic(k)应用到方程(20)和(21)的右手边。基于使用方程(20)和(21)的计算，进气管道模型M6估算最近的进气管道内部压力Pm(k)和最近的进气管道内部温度Tm(k)。

[进气阀模型M7]

进气阀模型M7包括类似于上述进气阀模型M3的模型。通过把由进气管道模型M6估算的最近的进气管道内部压力Pm(k)和最近的进气管道内部温度Tm(k)，和由中间冷却器模型M5估算的最近的中间冷却器内部温度Tic(k)应用到方程(5)(mc＝(Tic/Tm)·(c·Pm-d))，进气阀模型M7获得最近的气缸流入空气流速mc(k)，方程(5)是表示进气阀模型M7的广义数学公式且基于上述经验法则。然后，进气阀模型M7获得预测的气缸进气量KLfwd，该气缸进气量KLfwd是通过获得的气缸流入空气流速mc(k)乘以时间Tint估算出的气缸进气量，该时间Tint是从进气阀32打开的时间点到进气阀32关闭的时间点的一段时间。时间Tint是基于当前时间点的发动机转速NE和当前时间点的进气阀32的开关正时VT计算出的。

其次，将参考图8到12描述电子控制单元70的实际工作。

[节气阀开度的估算]

通过每次经过预定计算间隔ΔTt1(在本例中为2ms)后执行图8中的流程图所示的节气阀开度估算程序，CPU71实现电子控制节气阀模型M1和电子控制节气阀逻辑电路A1的功能。具体地，CPU71在预定正时从步骤800开始处理，并随后进入步骤805以便把0赋予变量i。然后，CPU71进入步骤810以确定变量i是否等于延迟循环数ntdly。延迟循环数ntdly是通过延迟时间TD(在本例中为64ms)除以计算间隔ΔTt1而获得的值(在本例中为32)。

由于当前时间点变量i为0，CPU71在步骤810中作出“否”的判定。然后，CPU71进入步骤815以把目标节气阀开度θtt(i+1)的值存入用于目标节气阀开度θtt(i)的存储单元，并在后续的步骤820中把预测的节气阀开度θte(i+1)的值存入用于预测的节气阀开度θte(i)的存储单元。通过上述处理，目标节气阀开度θtt(1)的值存入用于目标节气阀开度θtt(0)的存储单元，且预测的节气阀开度θte(1)的值存入用于预测的节气阀开度θte(0)的存储单元。

其次，CPU71在步骤825中把变量i的值增加1，并随后返回步骤810。此后，只要变量i的值小于延迟循环数ntdly，则CPU71再次执行步骤815到825。就是说，重复执行步骤815到825，直到变量i的值等于延迟循环数ntdly。因此，目标节气阀开度θtt(i+1)的值依次地转移到用于目标节气阀开度θtt(i)的存储单元，且预测的节气阀开度θte(i+1)的值依次地转移到用于预测的节气阀开度θte(i)的存储单元。

当由于重复上述步骤825而使变量i的值等于延迟循环数ntdly时，CPU71在步骤810中作出“是”的判定。然后，CPU71进入步骤830，以基于当前时间点的加速踏板操作量Accp和图3所示的图表获得当前的临时目标节气阀开度θtt1，并把获得的当前的临时目标节气阀开度θtt1存入用于目标节气阀开度θtt(ntdly)的存储单元，使得在延迟时间TD之后，当前的临时目标节气阀开度θtt1成为目标节气阀开度θtt。

再次，CPU71进入步骤835，并且在从当前时间点经过延迟时间TD后，基于预测的节气阀开度θte(ntdly-1)、目标节气阀开度θtt(ntdly)和步骤835的框所示的基于方程(1)(其右手边)的方程，计算预测的节气阀开度θte(ntdly)。当从先前的计算正时经过延迟时间TD后，先前的计算正时的预测的节气阀开度θte(ntdly-1)存储为预测的节气阀开度θte。在经过延迟时间TD后，目标节气阀开度θtt(ntdly)在上述的步骤830中被存储为目标节气阀开度θtt。然后，在步骤840中，CPU71发送驱动信号到节气阀执行机构46a，以便使实际节气阀开度θta与目标节气阀开度θtt(0)一致，并且CPU71随后进入步骤895以暂时终止本程序的当前执行。

如上所述，每次执行本程序时，在用于目标节气阀开度θtt的存储器(RAM73)中，存储在存储器中的目标节气阀开度θtt的每个值被替换一次。因此，存储在用于目标节气阀开度θtt(0)的存储单元中的值用作目标节气阀开度θtt，该目标节气阀开度θtt通过电子控制节气阀逻辑电路A1输出到节气阀执行机构46a。就是说，当以延迟循环数ntdly的次数重复执行本程序时(即延迟时间TD之后)，存储在用于目标节气阀开度θtt(ntdty)的存储单元中的值在当前执行本程序中被存储在用于目标节气阀开度θtt(0)的存储单元中。而且，在用于预测的节气阀开度θte的存储器中，在从当前时间点经过预定时间(m·ΔTt)后，预测的节气阀开度θte被存储在用于θte(m)的存储单元。在这情况下，值m是在0和ntdly之间的整数。

[气缸进气量的估算]

同时，每当经过预定计算间隔ΔTt2(在本例中为8ms)时，CPU71通过执行图9中的流程图所示的气缸进气量估算程序，估算在迟于当前时间点(在当前时间点之后)的将来时间点的气缸进气量。具体地，在预定正时，CPU71从步骤900开始处理并进入步骤905，在步骤905中CPU71进入图10中的流程图所示的步骤1000，以便借助上述的节气阀模型M2获得通过节流的空气流速mt(k-1)。

然后，CPU71进入步骤1005，并且从由图8的节气阀开度估算程序存储在存储器中的θte(m)(m是在0和ntdly之间的整数)中输出(选出)预测的节气阀开度θte(m)作为预测的节气阀开度θt(k-1)，其中预测的节气阀开度θte(m)估算为一时间点的节气阀开度，该时间点最接近以预定时间间隔Δt0(在本例中，该时间间隔Δt0是从具体气缸的燃料喷射开始时间之前的预定时间点(最后的时间点，在该时间点之前必须确定燃料喷射量)到该具体气缸的进气冲程中进气阀32关闭的时间点(第二时间点)的时间段)迟于当前时间点的时间点。在下面的描述中，为简化的目的，对应于先前计算正时的上述预测的节气阀开度θt(k-1)的时间点被称为“先前估算时间点t1”，而对应于当前计算正时的预测的节气阀开度θt(k-1)的时间点被称为“当前估算时间点t2”(见图11，该图是示意图，示出了第一时间点、预定时间间隔Δt0、先前估算时间点t1和当前估算时间点t2之间的关系)。

CPU71然后进入步骤1010，以便基于图表MAPCTAT和预测的节气阀开度θt(k-1)，为方程(2)获得Ct(θt)·At(θt)。

其次，CPU71进入步骤1015，并且基于上述图表MAPφ和值Pm(k-1)/Pic(k-1)获得值φ(Pm(k-1)/Pic(k-1))，值φ(Pm(k-1)/Pic(k-1))是通过先前估算时间点t1的进气管道内部压力Pm(k-1)除以先前估算时间点t1的中间冷却器内部压力Pic(k-1)而获得。在先前执行图9的程序时，在后面描述的步骤925中获得进气管道内部压力Pm(k-1)。在先前执行图9的程序时，在后面描述的步骤920中获得中间冷却器内部压力Pic(k-1)。

然后，CPU71进入步骤1020，以获得在先前估算时间点t1的通过节流的空气流速mt(k-1)，这基于：

在步骤1010和1015中获得的值；

步骤1020的框所示的表达式，它基于表示节气阀模型M2的方程(2)；和

在先前估算时间点t1的中间冷却器内部压力Pic(k-1)和在先前估算时间点t1的中间冷却器内部温度Tic(k-1)，它们均在先前执行图9的程序时，在后面描述的步骤920中获得。

然后，CPU71通过步骤1095进入图9的步骤910。

在步骤910中，基于图表MAPC、当前时间点的发动机转速NE和当前时间点的进气阀32的开关正时VT，CPU71获得表示进气阀模型M3的方程(5)的系数c。相似地，基于图表MAPD、当前时间点的发动机转速NE和当前时间点的进气阀32的开关正时VT，CPU71获得值d。此外，在步骤910中，CPU71获得在先前估算时间点t1的气缸流入空气流速mc(k-1)，它根据：在步骤910中示出的公式，该公式基于表示进气阀模型M3的方程(5)；在当前估算时间点t1的中间冷却器内部温度Tic(k-1)，它在先前执行本程序时，在后面描述的步骤920中获得；以及先前估算时间点t1的进气管道内部压力Pm(k-1)和先前估算时间点t1的进气管道内部温度Tm(k-1)，它们均在先前执行本程序时，在后面描述的步骤925中获得。

再次，CPU71通过步骤915进入图12的流程图所示的步骤1200，以通过压缩机模型M4获得压缩机流出空气流速mcm(k-1)和压缩机输出能量Ecm(k-1)。

然后，CPU71进入步骤1205，以读取由压缩机转速传感器63检测到的压缩机转速Ncm。然后，CPU71进入步骤1210，根据图表MAPMCM、值Pic(k-1)/Pa和在步骤1205中读取的压缩机转速Ncm，获得先前估算时间点t1的压缩机流出空气流速mcm(k-1)，值Pic(k-1)/Pa是通过先前估算时间点t1的中间冷却器内部压力Pic(k-1)(它在先前执行图9的程序时，在后面描述的步骤920中获得)除以当前时间点的进气压力Pa获得的值。

然后，CPU71进入步骤1215，根据图表MAPETA、在步骤1210中获得的压缩机流出空气流速mcm(k-1)和在步骤1205中读取的压缩机转速Ncm，获得压缩机效率η(k-1)。

然后，CPU71进入步骤1220以获得在先前估算时间点t1的压缩机输出能量Ecm(k-1)，它根据：步骤1220所示的公式，该公式基于表示压缩机模型M4的一部分的方程(8)；值Pic(k-1)/Pa，它通过先前估算时间点t1的中间冷却器内部压力Pic(k-1)(它在先前执行图9的程序时，在后面描述的步骤920中获得)除以当前时间点的进气压力Pa而获得；在步骤1210中获得的压缩机流出空气流速mcm(k-1)；在步骤1215中获得的压缩机效率η(k-1)；以及当前时间点的进气温度Ta。然后，CPU71通过步骤1295进入图9的步骤920。

在步骤920中，CPU71获得当前估算时间点t2的中间冷却器内部压力Pic(k)和值{Pic/Tic}(k)，该值{Pic/Tic}(k)是通过该中间冷却器内部压力Pic(k)除以当前估算时间点t2的中间冷却器内部温度Tic(k)获得的值，上述操作根据：

步骤920所示的公式(微分方程)，该公式通过离散化表示中间冷却器模型M5的方程(13)和(14)而获得；

步骤905中获得的通过节流的空气流速mt(k-1)；和

压缩机流出空气流速mcm(k-1)和压缩机输出能量Ecm(k-1)，两者均在步骤915中获得。

应当注意，Δt表示在中间冷却器模型M5和后面描述的进气管道模型M6中使用的离散间隔，并由方程(Δt＝t2-t1)表示。就是说，在步骤920中，从先前估算时间点t1的中间冷却器内部压力Pic(k-1)和先前估算时间点t1的中间冷却器内部温度Tic(k-1)等等，获得当前估算时间点t2的中间冷却器内部压力Pic(k)和当前估算时间点t2的中间冷却器内部温度Tic(k)。

然后，CPU71进入步骤925，获得当前估算时间点t2的进气管道内部压力Pm(k)和值{Pm/Tm}(k)，该值{Pm/Tm}(k)是通过该进气管道内部压力Pm(k)除以当前估算时间点t2的进气管道内部温度Tm(k)获得的值，上述操作根据：

步骤925所示的公式(微分方程)，该公式通过离散化表示进气管道模型M6的方程(20)和(21)而获得；

分别在上述步骤905和910中获得的通过节流的空气流速mt(k-1)和气缸流入空气流速mc(k-1)；和

先前估算时间点t1的中间冷却器内部温度Tic(k-1)，它在先前执行本程序时，在步骤920中获得。

就是说，在步骤925中，从先前估算时间点t1的进气管道内部压力Pm(k-1)和先前估算时间点t1的进气管道内部温度Tm(k-1)等等，获得当前估算时间点t2的进气管道内部压力Pm(k)和当前估算时间点t2的进气管道内部温度Tm(k)。

随后，在步骤930中，通过使用表示进气阀模型M7的方程(5)，CPU71获得当前估算时间点t2的气缸流入空气流速mc(k)。此时，使用了在步骤910中获得的系数c和值d。在步骤920和925中获得的在当前估算时间点t2的值(最近的值)用于中间冷却器内部温度Tic(k)、进气管道内部压力Pm(k)和进气管道内部温度Tm(k)。

然后，CPU71进入步骤935，以便基于当前时间点的发动机转速NE和当前时间点的进气阀32的开关正时VT，计算进气阀打开时间(从进气阀32打开的时间点到进气阀32关闭的时间点的时间段)Tint。在随后的步骤940中，通过当前估算时间点t2的气缸流入空气流速mc(k)乘以进气阀打开时间Tint，CPU71获得预测的气缸进气量KLfwd。然后，CPU71进入步骤995以暂时终止本程序的当前执行。

如上所述，基于检测到的压缩机转速Ncm，估算先前估算时间点t1的压缩机流出空气流速mcm(k-1)和先前估算时间点t1的压缩机输出能量Ecm(k-1)。然后，基于估算的压缩机流出空气流速mcm(k-1)和压缩机输出能量Ecm(k-1)，估算当前估算时间点t2的中间冷却器内部压力Pic(k)和当前估算时间点t2的中间冷却器内部温度Tic(k)，该当前估算时间点t2以微小的时间Δt迟于该先前估算时间点t1。然后，基于估算的中间冷却器内部压力Pic(k)和中间冷却器内部温度Tic(k)，估算当前估算时间点t2的预测的气缸进气量KLfwd。

将进一步描述如上述计算的预测的气缸进气量KLfwd。这里，为了简化描述，假设一种情况，在该情况下，图9的气缸进气量估算程序的计算间隔ΔTt2充分地小于曲轴24旋转360度的时间段，并且预定时间间隔Δt0不发生很大的改变。在这种情况下，每当执行气缸进气量估算程序时，当前估算时间点t2在近似等于计算间隔ΔTt2的量之后到将来时间点。当恰好在具体气缸的燃料喷射开始正时前的预定时间点(最后时间点，在该时间点之前必须确定将被喷射的燃料量)执行气缸进气量估算程序时，当前估算时间点t2近似与第二时间点(进气阀32在具体气缸的进气冲程中关闭的时间点)一致。因此，在该时间点计算的预测的气缸进气量KLfwd与在上述第二时间点的气缸进气量的估算值一致。

如上所述，根据本发明实施例的用于内燃机的空气量估算设备，考虑了增压器91的压缩机91a输出到供(流)入中间冷却器45的空气的压缩机输出能量(第一能量)，和在中间冷却器45的壁与中间冷却器45内的空气之间交换的第二能量，估算中间冷却器45内的空气的压力和温度，分别作为进气道中节气阀46的上游位置处的空气(节气阀上游空气)的压力和温度。这样，由于考虑了增压器91的压缩功量和中间冷却器45的壁和空气之间的传热量，因而高准确性地估算了节气阀上游空气的压力和温度。上述实施例基于节气阀上游气体的估算压力和估算温度，估算气缸进气量。因此，可以准确地估算引入内燃机10的气缸的空气量(气缸进气量)。

此外，上述实施例基于表示增压器工作状态的压缩机转速(增压器91的压缩机91a的转速)，估算压缩机输出能量。因此，即使增压器91的工作状态改变，也可以准确地估算节气阀上游空气(中间冷却器45内的空气)的压力和温度。

此外，上述实施例基于由压缩机转速传感器63检测到的当前时间点的压缩机转速，估算在迟于当前时间点的将来时间点的压缩机输出能量。因此，在包括增压器的内燃机中，可以准确地估算在迟于当前时间点的将来时间点节气阀上游空气的压力和温度，而不需要通过使用通常较复杂的增压器模型来估算增压器91在将来时间点的工作状态。因此，可以准确地估算将来时间点的气缸进气量。

应当注意，本发明不限于上述实施例，并且在本发明的范围内可以进行各种修改。例如，在上述实施例中，延迟时间TD是常数。然而，延迟时间TD可以是根据发动机转速NE变化的时间，例如以预定的曲柄角(例如270°的曲柄角)旋转的发动机10所必需的时间T270。

在上述实施例中，中间冷却器45是空气冷却型的中间冷却器。然而，中间冷却器45可以是用循环冷却水冷却流过进气通道的空气的水冷却型的中间冷却器。在这种情况下，空气量估算设备可包括用来检测冷却水的温度Tw的水温传感器，并且基于由水温传感器检测到的冷却水温度Tw获得中间冷却器45内的空气和中间冷却器45的壁之间交换的能量(第二能量)。就是说，在中间冷却器模型M5中，使用下面的方程(22)代替方程(14)。

dPic/dt＝κ(R/Vic)·(mcm·Ta-mt·Tic)+(κ-1)/(Vic)·(mcm-K·(Tic-Tw))(22)

而且，在上述实施例中，增压器是涡轮增压器。然而，增压器也可以是代替涡轮增压器的机械增压器或电子增压器。

Claims (3)

1.一种用于内燃机的空气量估算设备，该内燃机具有：进气道，它用来把取自该发动机外部的空气引入气缸；节气阀，它布置在所述进气道中，并且该节气阀的开度是可调节的，用来改变通过该进气道的空气量；增压器，它包括布置在所述进气道中所述节气阀上游位置的用来压缩所述进气道内的空气的压缩机；和中间冷却器，它布置在所述进气道中所述节气阀和所述增压器之间，用来冷却所述进气道内的空气，所述空气量估算设备包括：

中间冷却器内部空气状态估算装置，它通过使用对于该中间冷却器内的空气基于能量守恒定律构造的中间冷却器模型，用来估算该中间冷却器内的空气的压力和温度分别作为节气阀上游空气的压力和温度，该节气阀上游空气为所述进气道中所述节气阀上游位置的空气，考虑由所述增压器输出到供入所述中间冷却器的空气的第一能量，和在该中间冷却器的壁和该中间冷却器内的空气之间交换的第二能量，设计该中间冷却器模型；和

气缸进气量估算装置，它基于所述节气阀上游空气的估算压力和所述节气阀上游空气的估算温度，用来估算气缸进气量，该气缸进气量是引入所述气缸的空气量。

2.根据权利要求1所述的用于内燃机的空气量估算设备，其中所述中间冷却器内部空气状态估算装置被构造成基于所述增压器的压缩机转速估算所述第一能量。

3.根据权利要求2所述的用于内燃机的空气量估算设备，还包括用来检测所述增压器的压缩机的所述转速的压缩机转速检测装置；

所述中间冷却器内部空气状态估算装置被构造成用来基于所述检测到的压缩机转速估算在迟于当前时间点的将来时间点的所述第一能量，并且通过采用在将来时间点的估算的第一能量作为所述中间冷却器模型中使用的所述第一能量，估算在将来时间点中间冷却器内的空气的压力和温度分别作为在将来时间点该节气阀上游空气的压力和温度；和

所述气缸进气量估算装置被构造成用来基于在将来时间点的该节气阀上游空气的估算压力和估算温度估算在将来时间点的气缸进气量。

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