進氣量校正設備的制作方法

專利名稱：進氣量校正設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種進氣量校正設備，該進氣量校正設備能夠對利用進氣 量傳感器感測的進氣量感測值進行校正。
背景技術：
常規上，將各種各樣傳感器固定在內燃機的進氣-排氣系統上。這些各 種各樣的傳感器包括進氣量傳感器，用于感測流入燃燒室中的進氣量；氧 氣濃度傳感器，用于感測排放氣體中的氧氣濃度；以及其它傳感器。基于 這些傳感器的感測值來對內燃機的操作狀態進行控制(例如，參見專利文 獻1: JP-A-2007-231829)。
在這些傳感器之中，進氣量傳感器會發生比較大的老化并且可能引起 個體差異的變化。因此，常規上，已經需要在傳感器出廠之后對該傳感器 的感測值進行校正。

發明內容
本發明的目的在于提供一種進氣量校正設備，該進氣量校正設備能夠 對用于內燃機的進氣量傳感器的感測值進行校正。
根據本發明的一個方面，進氣量校正設備具有進氣量獲取部分、噴射 量獲取部分、氧氣濃度獲取部分、計算部分和進氣量校正部分。
進氣量獲取部分從進氣量傳感器處獲取進氣量感測值，該進氣量傳感 器感測從進氣系統流入內燃機燃燒室中的進氣量。
噴射量獲取部分從噴射量傳感器處獲取噴射量感測值，該噴射量傳感 器感測從噴射器噴射出的燃料的噴射量或者感測與該噴射量有關的物理量 (下文簡稱為噴射量)。
氧氣濃度獲取部分從氧氣濃度傳感器處獲取氧氣濃度感測值，該氧氣 濃度傳感器感測從內燃機排出的排放氣體中的氧氣濃度。計算部分對進氣量傳感器、噴射量傳感器和氧氣濃度傳感器中的特定 一個傳感器的感測目標進行計算，該計算基于其它兩個傳感器的感測值。
進氣量校正部分基于計算部分所計算出的計算值與這些傳感器中的所 述特定一個傳感器的感測值之間的差值來對進氣量感測值進行校正。
如上所述，專利文獻1中描述的常規內燃機以及其它常規內燃機具有 進氣量傳感器和氧氣濃度傳感器。根據本發明的上述方面，除了這些傳感 器之外，還為內燃機設置了感測燃料噴射量的噴射量傳感器。
本發明的發明人致力于以下方面，即可以基于進氣量傳感器、噴射量 傳感器和氧氣濃度傳感器中的任意兩個傳感器的感測值來計算出其余一個 傳感器的感測目標(這將在后面詳細解釋)，并且還發明了上述設置噴射量 傳感器的方案。
根據本發明的上述方面，設置了進氣量校正部分，以用于根據這些傳 感器中的一個傳感器的感測值與基于其它兩個傳感器的感測值所計算的計 算值之間的差值來對進氣量感測值進行校正。
下面，將針對圖6所示的內燃機的情況、參照下面描述的表達式(1) 一 (8)和表達式(7')來介紹為什么可以基于進氣量傳感器、噴射量傳感 器和氧氣濃度傳感器中的任意兩個傳感器的感測值計算出其余一個傳感器 的感測目標的原因。圖6所示的內燃機是本發明的一個示例性實施例，并 且本發明的實施例并不限于圖6所示的內燃機。
在下列表達式(1) 一 (8)中，變量x表示空氣的質量流率(下文簡 稱為空氣量)，而變量y表示氧氣濃度。如圖6所示，經過進氣管51的新 鮮空氣的空氣量xl和氧氣濃度yl可以用表達式(1)和(5)來表達。變 量xl的值是進氣量傳感器47的感測目標，變量yl的值是大氣中的氧氣濃 度并且它是個已知值。
經過EGR管52的重新循環的排放氣體的空氣量x2和氧氣濃度y2可 以用表達式(2)和(6)來表達。進入空氣是新鮮空氣和重新循環的排放 氣體的混合物，該進入空氣的空氣量x3和氧氣濃度y3可以用表達式(3) 和(7)來表達。值x3是一個理論值，可以基于在活塞50b下降時的燃燒 室50a的體積、吸氣效率等在理論上計算出值x3。
在EGR管52的上游，經過排氣管53的一個部分的排放氣體的空氣量x4和氧氣濃度y4可以用表達式(4)和(8)來表達。表達式(8)中的Q 表示噴射到燃燒室50a中的燃料的噴射量，并且Q也是噴射量傳感器20a 的感測目標。值y4是氧氣濃度傳感器48的感測目標。 表達式(1):
xl =進氣量傳感器的感測目標
表達式(2): x2=x3-xl
表達式(3):
x3二理論值(基于燃燒室的體積、吸氣效率等計算出的理論值)
表達式(4):
x4=x3
表達式(5):
yl二理論值(大氣中的氧氣濃度)
表達式(6):
y2二y4
表達式(7):
y3= (xl-yl+x2-y2) / (xl+x2)
表達式(8): y4二f (x3， y3， Q)
在表達式(8)中，值y4是氧氣濃度傳感器48的感測目標，并且通過 氧氣濃度感測值可以獲知值y4。值x3是理論值，并且它是已知的。值Q 是噴射量傳感器20a的感測目標，并且通過噴射量感測值可以獲知值Q。由于表達式(8)中的值y4、 x3、 Q是已知的，因此剩余的變量y3的值也 就知道了。
通過使用表達式(2)，可以將表達式(7)轉換成下面的表達式(7')。 表達式(7'):
y3= (xl (yl-y2) +x3.y2) /x3
在表達式(7，)中，值y3如上所述是已知的。值yl是理論值，并且它 是已知的。值y2如上所述與值y4相同，并且它是已知的。值x3是理論值 且它是已知的。由于表達式(7')中的值y3、 yl、 y2、 x3是己知的，因此 剩余的變量xl的值也就知道了。
因此，值x2、 x3、 x4、 yl、 y2、 y3在理論上都是已知的。因此，可以 基于變量xl (進氣量感測值)、變量Q (噴射量感測值)和變量y4 (氧氣 濃度感測值)中的任意兩個變量的值計算出剩余的一個變量的值。因此， 可以說成是可以基于進氣量傳感器、噴射量傳感器和氧氣濃度傳感器中 的任意兩個傳感器的感測值計算出其余一個傳感器的感測目標。這不僅可 以以類似方式應用于具有圖6所示的EGR閥的柴油機，而且還可以應用于 其它內燃機。
根據本發明的另一方面，計算部分基于噴射量感測值和氧氣濃度感測 值來計算進氣量。進氣量校正部分基于由計算部分計算出的進氣量計算值 與進氣量感測值之間的差值來對進氣量感測值進行校正。
根據本發明的另一方面，計算部分基于進氣量感測值和噴射量感測值 來計算氧氣濃度。進氣量校正部分基于由計算部分計算出的氧氣濃度計算 值與氧氣濃度感測值之間的差值來對進氣量感測值進行校正。
可選擇地，計算部分可以基于進氣量感測值和氧氣濃度感測值來計算 噴射量，并且進氣量校正部分可以基于由計算部分計算出的噴射量計算值 與噴射量感測值之間的差值來對進氣量感測值進行校正。
根據本發明的另一方面，進氣量校正設備還具有學習部分，該學習部 分將進氣量計算值與進氣量感測值之間的差值看作是進氣量感測值的誤 差，并且將該誤差的值存儲在圖中，其中該圖定義了所述誤差與進氣量之 間的關系。對于這種結構，可以將誤差在進氣量傳感器的整個感測范圍中 的值存儲在該圖中，并且對其進行學習。因此，可以在整個感測范圍內校正進氣量感測值。
根據本發明下列七個方面之一，計算部分執行計算，并且進氣量校正 部分基于在內燃機的操作狀態處于穩定的期間(即，穩定狀態時間)感測 的噴射量感測值、氧氣濃度感測值和進氣量感測值來執行校正。因此，可 以防止所計算的作為進氣量計算值與進氣量感測值之間的差的值含有除進 氣量感測值的誤差之外的、由其它因素(影響)引起的誤差。因此，能夠 以很高的精度計算進氣量感測值的誤差，并且最終可以改善進氣量校正部 分的校正精度。
根據本發明的另一方面，內燃機具有排放氣體重新循環閥，用于對從 排氣系統重新循環到進氣系統的排放氣體重新循環量進行調節。通過將排 放氣體重新循環閥連續固定在全關閉狀態時的時間作為穩定狀態時間，來 執行計算和校正。對于這種結構，可以利用所計算的作為進氣量計算值與
進氣量感測值之間的差的值來消除EGR量的影響。因此，可以改善進氣量 校正部分的校正精度。
根據本發明的另一方面，內燃機具有節流閥，該節流閥調節流入燃燒
室中的進氣量。通過將節流閥連續固定在全打開狀態時的時間作為穩定狀 態時間，來執行計算和校正。對于這種結構，可以利用所計算的作為進氣 量計算值與進氣量感測值之間的差的值來消除節流閥打開程度的影響。因 此，可以改善進氣量校正部分的校正精度。
根據本發明的另一方面，內燃機具有增壓器，該增壓器通過使用排放 氣體作為驅動力源來對進入空氣進行增壓。所述增壓器被構造成能夠對將 排放氣體的流體能轉換成驅動力的轉換率進行可變的設定。通過將所述增 壓器的轉換率被連續設定在預定范圍內的時間作為穩定狀態時間，來執行 計算和校正。對于這種結構，可以利用所計算的作為進氣量計算值與進氣 量感測值之間的差的值來消除增壓狀態的變化的影響。因此，可以改善進 氣量校正部分的校正精度。
可以采用可變容量的渦輪增壓器作為上述能夠可變地設定排放氣體的 流體能轉換成驅動力的轉換率的結構的實例。更具體而言，可以采用下列 結構，即一種在構成渦輪增壓器的渦輪輪子(turbine whed)中設置了可變 葉片的結構、 一種具有用于對向渦輪輪子吹出排放氣體的噴嘴的吹出量進行調節的可變片的結構等。
根據本發明的另一方面，內燃機具有增壓器，該增壓器通過使用排放 氣體作為驅動力源來對進入空氣進行增壓。通過將由所述增壓器提供的增 壓壓力在指定時間內或在超過該指定時間的時間內保持穩定時的時間作為 穩定狀態時間，來執行計算和校正。對于這種結構，可以利用所計算的作 為進氣量計算值與進氣量感測值之間的差的值來消除增壓壓力的變化的影 響。因此，可以改善進氣量校正部分的校正精度。
隨著從進氣量傳感器的安裝位置到燃燒室50a的進氣管51的長度的增 加，進氣量傳感器的感測響應延遲也會增大。隨著從氧氣濃度傳感器的安 裝位置到燃燒室50a的排氣管53的長度的增加，氧氣濃度傳感器的感測響 應延遲也會增大。
有鑒于此，根據本發明的另一方面，通過將內燃機的輸出軸的旋轉速 度在指定時間內或在超過指定時間的時間內保持穩定時的時間作為穩定狀 態時間，來執行計算和校正。對于這種結構，可以利用所計算的作為進氣 量計算值與進氣量感測值之間的差的值來消除響應延遲的影響。因此，可 以改善進氣量校正部分的校正精度。
根據本發明的另一方面，通過將進氣量獲取部分感測的進氣量在指定 時間內或在超過指定時間的時間內保持穩定時的時間作為穩定狀態時間， 來執行計算和校正。對于這種結構，可以利用所計算的作為進氣量計算值 與進氣量感測值之間的差的值來消除作為進氣量傳感器的感測目標的進氣 量的變化的影響。因此，可以改善進氣量校正部分的校正精度。
根據本發明的另一方面，通過將噴射量獲取部分感測的噴射量和與該 噴射量有關的物理量在指定時間內或在超過指定時間的時間內保持穩定狀 態時的時間作為穩定狀態時間，來執行計算和校正。對于這種結構，可以 利用所計算的作為進氣量計算值與進氣量感測值之間的差的值來消除作為 噴射量傳感器的感測目標的噴射量的變化的影響。因此，可以改善進氣量 校正部分的校正精度。
根據本發明的另一方面，進氣量校正設備應用于包括氧氣濃度計算部 分和排放氣體重新循環控制部分的內燃機控制設備上。基于由進氣量校正 部分校正的進氣量感測值和噴射量感測值，氧氣濃度計算部分對排放氣體中的氧氣濃度進行計算。排放氣體重新循環控制部分對排放氣體重新循環 閥的打開程度進行反饋控制，以使氧氣濃度計算部分所計算的氧氣濃度計 算值接近于目標值。
對于這種結構，氧氣濃度計算部分使用上述校正過的進氣量感測值來 計算排放氣體中的氧氣濃度。因此，可以獲得排放氣體中的高精度的氧氣 濃度。相應地，還可以改善排放氣體重新循環控制部分使用氧氣濃度的反 饋控制的精度。因此，能夠以高精度控制噴射狀態。
根據本發明的另一方面，內燃機將積累燃料的蓄壓器中的燃料分配、 供應給噴射器。噴射量傳感器是一種對供應給噴射器的燃料的壓力(作為 物理量)進行感測的燃料壓力傳感器，并且該噴射量傳感器設置在從蓄壓 器延伸到噴射器的噴射孔的燃料通道中的、位于距噴射孔比距蓄壓器更近 的位置處。
供應給噴射器的燃料的壓力伴隨著噴射孔的燃料噴射而波動。因此， 通過感測波動模式(例如，燃料壓力減少量、燃料壓力減少時間等)，可以 計算實際噴射量。根據本發明的上述方面，將對供應給噴射器的燃料的壓 力進行感測的燃料壓力傳感器用作噴射量傳感器，該燃料壓力作為與噴射 量有關的物理量。因此，可以按照上述方式計算噴射量。
此外，根據本發明的所述方面，所述燃料壓力傳感器設置在從蓄壓器 延伸到噴射器的噴射孔的燃料通道中的、位于距噴射孔比距蓄壓器更近的 位置處。因此，可以在壓力波動在蓄壓器內衰減之前感測出噴射孔中的壓 力波動。因此，能夠以高精度感測由噴射引起的壓力波動，因此能夠以高 精度計算噴射量。
作為除采用燃料壓力傳感器作為噴射量傳感器的例子外的其它應用實 例，可以采用提升傳感器、流量計等作為噴射量傳感器，所述提升傳感器 對噴射器的閥部件升程量(作為與噴射量有關的物理量)進行感測，而所 述流量計設置在延伸到噴射孔的燃料供給通道中，用于對燃料流率(作為 噴射量)進行感測。
根據本發明的另一方面，燃料壓力傳感器固定在噴射器上。因此，與 燃料壓力傳感器固定在連接蓄壓器和噴射器的管上的情況相比，燃料壓力 傳感器的固定位置更接近于噴射器的噴射孔。相應地，與在噴射孔中的壓力波動在所述管中衰減之后感測壓力波動的情況相比，可以更加適當地感 測噴射孔中的壓力波動。
根據本發明的另一方面，燃料壓力傳感器固定在噴射器的燃料入口上。 根據本發明的另一方面，燃料壓力傳感器安裝在噴射器的內部，以對從噴 射器的燃料入口延伸到噴射器的噴射孔的內部燃料通道中的燃料壓力進行 感測。
與燃料壓力傳感器安裝在噴射器內部的情況相比，在燃料壓力傳感器 固定在燃料入口的情況下可以簡化燃料壓力傳感器的固定結構。當燃料壓 力傳感器安裝在噴射器的內部時，燃料壓力傳感器的固定位置與燃料壓力 傳感器固定在燃料入口的情況相比更接近于噴射器的噴射孔。因此，可以 更加適當地感測噴射孔中的壓力波動。
根據本發明的另一方面，在從蓄壓器延伸到噴射器的燃料入口的燃料 通道中設置了節流口，以用于衰減蓄壓器中的燃料的壓力脈動。相對于燃 料流動方向，燃料壓力傳感器設置在該節流口的下游。如果將燃料壓力傳 感器設置在節流口的上游，那么感測在節流口衰減了噴射孔中的壓力波動 之后的壓力波動。相反，根據本發明的上述方面，燃料壓力傳感器設置在 節流口的下游。相應地，由于可以感測在該節流口衰減壓力波動之前的壓 力波動，因此可以更加適當地感測噴射孔中的壓力波動。
根據本發明的另一方面，進氣量校正系統具有進氣量傳感器、噴射量 傳感器和氧氣濃度傳感器中的至少一個傳感器、以及進氣量校正設備，該 進氣量傳感器感測進氣量，該噴射量傳感器感測噴射量或者與該噴射量有 關的物理量，該氧氣濃度傳感器感測排放氣體中的氧氣濃度。進氣量校正 系統可以類似地實現上面提到的各種效果。


通過研究下面的具體實施方式
、所附權利要求和附圖(它們都形成了 本申請的一部分)，將會理解實施例的特征和優點以及相關部分的操作方法 和功能。在附圖中
圖1是示出了采用根據本發明實施例的進氣量校正設備的燃料系統的 示意圖；圖2是示意性示出了根據實施例的噴射器的內部結構的內部側視圖； 圖3是示出了根據實施例的燃料噴射控制處理的基本過程的流程圖； 圖4是示出了根據實施例的燃料噴射量估計的處理過程的流程圖； 圖5是示出了根據實施例的所感測壓力的波動波形與噴射率變換波形
之間的關系的時序圖6是示出了采用根據實施例的進氣量校正設備的進氣-排氣系統的示
意圖；以及
圖7是示出了根據實施例的排放氧氣濃度的預測值計算處理過程和氣 流計的感測誤差的學習處理過程的流程圖。
具體實施例方式
下文將參照附圖來描述根據本發明實施例的進氣量校正設備。首先簡 要介紹安裝了根據本實施例的進氣量校正設備的發動機(內燃機)的概況。 根據本實施例的設備可用于四輪車輛的柴油機(內燃機)。發動機將高
壓燃料(例如噴射壓力為iooo大氣壓或更高的輕油)直接地噴射供應(直
接噴射供應)到燃燒室中。假定根據本實施例的發動機是具有多個汽缸 (例如，直排的四個汽缸)的四沖程往復式柴油機(內燃機)。在四個汽缸
#1 —#4中的每一個中，按照氣缸弁l、 #3、 #4禾口#2的順序來在720° CA 的周期中依次執行由進氣沖程、壓縮沖程、燃燒沖程和排氣沖程這四個沖 程組成的燃燒循環，并且更具體而言，各汽缸之間的燃燒周期彼此偏差180° CA。
接下來將參照圖1到圖5來介紹發動機的燃料系統。 圖1是示出了根據本實施例的共軌燃料噴射系統的結構圖。設置在系 統中的ECU30 (電子控制單元)對供應給吸入控制閥llc的當前供應量進 行調節，從而將燃料泵11的燃料排出量控制在期望值。因此，ECU 30執 行反饋控制(例如，PID控制)，以使公共軌道12 (蓄壓器)中的燃料壓 力，即由燃料壓力傳感器20a測得的當前燃料壓力與目標值(目標燃料壓 力)相一致。ECU30基于該燃料壓力對目標發動機的預定汽缸的燃料噴射 量進行控制，并最終將發動機的輸出(即，輸出軸的旋轉速度或者轉矩) 控制在期望的幅值。構成燃料供給系統的設備包括燃料箱10、燃料泵11、公共軌道12和 噴射器20 (燃料噴射閥)，這些設備從燃料流上游側開始依次排列。燃料泵 11包括由目標發動機的輸出驅動的高壓泵lla和低壓泵llb。將燃料泵11 構造成使得高壓泵lla對低壓泵lib從燃料箱10抽取的燃料進行加壓并將 其排出。設置在燃料泵11的燃料吸入側上的吸入控制閥lie (SCV)對發 送到高壓泵lla的燃料泵送量和燃料泵11的最終燃料排出量進行計量。燃 料泵11可以通過調節吸入控制閥lie的驅動電流(最終，調節打開程度) 來將泵11的燃料排出量控制在期望值。
低壓泵11b例如是由次擺線給料泵構成的。高壓泵lla例如是由柱塞式 泵構成的。將高壓泵lla構造成利用偏心凸輪(未示出)分別使預定柱塞 (例如三個柱塞)沿其軸線方向往復運動，從而能夠在預定時刻依次泵送 燃料，該燃料被發送到加壓室中。
燃料泵11將燃料箱10中的燃料加壓饋送(泵送)到公共軌道12，并 且將燃料以高壓狀態積累在公共軌道12中。然后，將燃料經由提供給相應 汽缸的高壓管14分別分配、供應給汽缸弁1到#4的噴射器20。噴射器20 (# 1 )到20 (弁4)的燃料排出孔21與管18相連，以便將過剩的燃料返 回到燃料箱10。節流口 12a (燃料脈動減輕部分)設置在公共軌道12和高 壓管14t間，用于衰減從公共軌道12流到高壓管14的燃料的壓力脈動。
在圖2中，示出了噴射器20的詳細結構。基本上，四個噴射器20(#1) -20(#4)具有相同的結構(例如圖2所示的結構)。每一個噴射器20都是使 用發動機燃燒燃料(即，燃料箱10中的燃料)的液壓驅動型噴射器。在噴 射器20中，燃料噴射的驅動力是通過油壓室Cd (即，控制室)傳遞的。 如圖2所示，噴射器20被構造成常閉型燃料噴射閥，在斷電時，該常閉型 燃料噴射閥進入閥關閉狀態。
從公共軌道12輸出的高壓燃料流入到形成在噴射器20的殼體20e中 的燃料入口22中。 一部分流入的高壓燃料流入到油壓室Cd中，另一部分 流入的高壓燃料流向噴射孔20f。泄漏孔24形成在油壓室Cd中，并且該泄 漏孔24由控制閥23打開和關閉。如果控制閥23打開泄漏孔24，那么油壓 室Cd中的燃料從泄漏孔24經由燃料排出孔21返回到燃料箱10中。
當利用噴射器20進行燃料噴射時，根據螺線管20b的通電狀態(通電/斷電)來操作控制閥23，其中螺線管20b由兩路電磁閥構成。因此，增大 /減小了油壓室Cd的密封程度，并最終增大/減小了油壓室Cd內的壓力(等 于針閥20c的背壓)。由于所述壓力增大/減小，因此針閥20c在殼體20e內 隨著彈簧20d (盤簧)的拉伸力或者逆著彈簧20d (盤簧)的拉伸力而往復 運動(上下運動)。相應地，在它的中途打開/關閉到達噴射孔20f (鉆出所 需數量的噴射孔)的燃料供給通道25 (更加詳細而言，在錐形座表面上， 根據針閥20c的往復運動，針閥20c落座于該錐形座表面上，針閥20c與該 錐形座表面分離)。
利用通斷控制來執行對針閥20c的驅動控制。也就是說，ECU30將用 于指示通/斷的脈沖信號(通電信號)發送到針閥20c的驅動部分(兩路電 磁閥)。當脈沖是接通(或關斷)時，針閥20c升高并打開噴射孔20f，并 且當脈沖是關斷(或接通)時，針閥20c下降并阻塞噴射孔20f。
利用來自公共軌道12的燃料供應來執行油壓室Cd的壓力增大處理。 通過對螺線管20b通電來操作控制閥23并由此打開泄漏孔24，從而執行油 壓室Cd的壓力降低處理。這樣，將油壓室Cd中的燃料經由連接噴射器20 和燃料箱10的管18 (示出在圖1中)返回到燃料箱10中。也就是說，通 過利用控制閥23的打開和關閉操作來調節油壓室Cd中的燃料壓力，從而 控制打開和關閉噴射孔20f的針閥20c的操作。
因此，噴射器20具有針閥20c，通過在閥體(即殼體20e)內進行預定 的往復式操作來打開和關閉延伸到噴射孔20f的燃料供給通道25，從而該 針閥20c執行噴射器20的閥打開和閥關閉。在非驅動狀態下，利用沿著闊 關閉方向恒定地施加到針閥20c上的力(彈簧20d的拉伸力)來沿著閥關 閉方向移動針閥20c。在驅動狀態下，針閥20c被施加了驅動力，因此針閥 20c逆著彈簧20d的拉伸力沿著閥打開方向移動。針閥20c的升程量在非驅 動狀態和驅動狀態之間基本上對稱地改變。
將用于感測燃料壓力的燃料壓力傳感器20a (也參見圖l)固定在噴射 器20上。形成在殼體20e中的燃料入口 22與高壓管14經由夾具20j連接， 并且燃料壓力傳感器20a固定在夾具20j上。因此，通過以這種方式將燃料 壓力傳感器20a固定在噴射器20的燃料入口 22上，可以在任何時間感測 燃料入口22處的燃料壓力P (入口壓力)。更具體而言，利用燃料壓力傳感器20a的輸出，可以感測(測量)與噴射器20的噴射操作相伴的燃料壓力 的波動波形、燃料壓力水平(即，穩定壓力)、燃料噴射壓力等。
將燃料壓力傳感器20a分別提供給多個噴射器20 (#1) —20 (#4)。可 以基于燃料壓力傳感器20a的輸出來以高精度感測與噴射器20的關于預定 噴射的噴射操作相伴的燃料壓力的波動波形(下文將更詳細地論述)。
安裝在ECU 30中的微型計算機包括CPU (基本處理單元)，用于執 行各種計算；RAM，作為臨時存儲計算過程中的數據、計算結果等的主存 儲器；作為程序存儲器的ROM;作為數據存儲存儲器的EEPROM;備用 RAM (即便在ECU 30的主電源停止供電之后也可不變地由諸如車載電池 之類的備用電源供電的存儲器)等。將與發動機控制相關的各種程序、控 制圖等(包括與燃料噴射控制相關的程序)預先存儲在ROM中，而將包括 目標發動機的設計數據的各種控制數據預先存儲在數據存儲存儲器(例如， EEPROM)中。
ECU 30基于從曲柄角傳感器42輸入的感測信號來計算目標發動機的 輸出軸(曲柄軸41)的旋轉角位置和旋轉速度(發動機旋轉速度NE)。 ECU 30基于從加速器傳感器44輸入的感測信號來計算駕駛員給出的加速器的操 作量ACCP (加壓量)。ECU 30基于上述各種傳感器42、 44和其它各種下 面提到的傳感器的感測信號來掌握目標發動機的操作狀態和用戶的請求。 ECU 30根據目標發動機的操作狀態和用戶的請求、通過操作諸如上述吸入 控制閥lie和噴射器20等各種致動器來以與每個時間的情況相對應的最優 模式執行與上述發動機有關的各種控制。
接下來將介紹ECU 30執行的燃料系統的控制的概況。
ECU30的微型計算機根據在每個時間的發動機操作狀態(例如，發動 機旋轉速度NE)、駕駛員給出的加速器的操作量ACCP等來計算燃料噴射 量，并且ECU 30的微型計算機與期望的噴射時刻同步地將噴射控制信號 (噴射命令信號)輸出給噴射器20，從而指示其進行對應于計算的燃料噴 射量的燃料噴射。當噴射器20在對應于噴射控制信號的驅動量(例如，閥 打開時間段)下工作時，目標發動機的輸出轉矩被控制為目標值。
下文，將參照圖3來介紹根據本實施例的燃料系統控制的基本處理過 程。圖3所示的處理中使用的各個參數的值在任何時候都存儲在安裝于ECU30中的存儲設備(例如RAM、 EEPROM或備用RAM)中，并且在需要時 可以在任何時候對這些參數的值進行更新。基本上，ECU 30執行存儲在 ROM中的程序，從而執行圖3的流程圖所示的一系列處理。
如圖3所示，首先在一系列處理的Sll (S表示"步驟")中，讀取預 定的參數，例如當前的發動機旋轉速度NE (即，由曲柄角傳感器42測量 的實際測量值)和燃料壓力P (即，由燃料壓力傳感器20a測量的實際測量
值)，并且還讀取此時由駕駛員給出的加速器操作量ACCP (即，由加速器 傳感器44測量的實際測量值)等。
在接下來的S12中，基于在Sll中讀取的各個參數來設定噴射方式。 例如，在單級噴射的情形中，噴射的噴射量(噴射時間段)是根據應該在 輸出軸(曲軸41)上產生的轉矩可變地設定的，該輸出軸上應該產生的轉 矩就是利用加速器操作量ACCP等計算的請求轉矩并且該請求轉矩等于這 時的發動機負載。在多級噴射的情形中，為轉矩作出貢獻的噴射的總噴射 量(即，總噴射時間段)是根據應該在曲軸41上產生的轉矩(即，請求轉
矩)可變地設定的。
噴射方式是基于存儲在例如ROM中的預定圖(噴射控制圖或數學表達
式)和校正系數獲得的。更具體而言，最優噴射方式(適應值)是通過在
預定參數(在S11中讀取)的預期范圍中通過實驗等預先獲得的，并且將該
最優噴射方式寫在例如噴射控制圖中。
例如，噴射方式是由參數限定的，這些參數例如是噴射級的數目(即，
在一個燃燒循環中執行的噴射的次數)、每次噴射的噴射時刻和噴射時間
段(相當于噴射量)。這樣，上述噴射控制圖指示了參數和最優噴射方式
之間的關系。
利用單獨更新的校正系數(存儲在ECU30內的EEPROM中)來對基 于噴射控制圖獲得的噴射方式進行校正。例如，通過將圖上的值除以校正 系數來計算設定值。這樣，獲得了此時應該執行的噴射的噴射方式，并且 最終獲得了與該噴射方式相對應的噴射器20的噴射命令信號。在內燃機工 作期間，利用單獨處理來依次更新校正系數(更加嚴格地講，多個類型系 數中的預定系數)。
當設定噴射方式時(在S12中)，可以使用為噴射方式的各個要素(例如噴射級數)單獨設置的圖。可選地，可以使用每一個為噴射方式的一些 共同要素創建的圖，或者使用為噴射方式的所有要素創建的圖。
在接下來的S13中，使用如此設定的噴射方式或者與該噴射方式對應 的最終命令值(噴射命令信號)。也就是說，在S13 (命令信號輸出部分) 中，基于命令值(噴射命令信號)來控制噴射器20的驅動，或者更具體地 講，通過向噴射器20輸出噴射命令信號來控制噴射器20的驅動。在噴射 器20的驅動控制后，圖3所示的一系列處理結束。
接下來，參照圖4來介紹噴射器20的燃料噴射量的估計處理過程。 以預定周期(例如，上述CPU執行的計算的周期)或者以每個預定的 曲柄角來執行圖4所示的一系列處理。首先，在S21中，獲取燃料壓力傳 感器20a的輸出值(感測壓力P)。針對多個燃料壓力傳感器20a中的每一 個，進行該處理以獲取輸出值。下文將參照圖5更加具體地介紹S21的輸 出值獲取處理。
圖5的部分(a)示出了在圖3的S13中輸出到噴射器20的噴射命令 信號INJ。通過接通所述命令信號INJ的脈沖(g卩，脈沖開啟)來操作螺線 管20b，由此打開噴射孔20f。也就是說，在噴射命令信號INJ的脈沖開啟 時刻tl，命令噴射開始；而在脈沖關閉時刻t2，命令噴射結束。因此，通 過利用命令信號INJ的脈沖開啟時間段(即，噴射命令時間段)控制噴射 孔20f的閥打開時間段Tq，從而控制噴射量Q。圖5的部分(b)示出了由 上述噴射命令引起的來自噴射孔20f的燃料的燃料噴射率R的變化(變換)。 圖5的部分(c)示出了由噴射率R的變化引起的燃料壓力傳感器20a的輸 出值(感測壓力P)的變化(波動波形)。
ECU 30利用與圖4的處理分開的子程序處理來對燃料壓力傳感器20a 的輸出值進行感測。ECU30利用該子程序處理以足夠短的間隔(即，以比 圖4的處理周期更短的間隔)獲得燃料壓力傳感器20a的輸出值，從而利 用傳感器輸出來繪制壓力變換波形的分布。在圖5的部分(c)中示出了示 例性的分布。更具體而言，以小于50微秒(或者更優選地，20微秒)的間 隔順序地獲得傳感器輸出。
由于在燃料壓力傳感器20a感測的感測壓力P的波動與如下所述的噴 射率R的變化之間存在相關性，因此可以利用感測壓力P的波動波形來估計噴射率R的變換波形。也就是說，如圖5的部分(a)所示，在輸出噴射 開始命令時的時刻tl后，噴射率R在時刻R1開始增加，并且開始噴射。 在噴射率R在時刻R1開始增加時，感測壓力P在變化點P1處開始減小。 然后，在噴射率R在時刻R2達到最大噴射率時，感測壓力P在變化點P2 處停止減小。然后，在噴射率R在時刻R2開始減小時，感測壓力P在變化 點P2開始增加。然后，在噴射率R變為零并且實際噴射在時刻R3結束時， 感測壓力P在變化點P3處停止增大。
這樣，可以通過檢測燃料壓力傳感器20a所感測的感測壓力P的波動 中的變化點Pl和P3來估計噴射率R的增大開始時刻Rl (實際噴射開始時 刻)和減小結束時刻R3 (實際噴射結束時刻)。而且，可以基于如下介紹 的感測壓力P的波動與噴射率R的變化之間的相關性、利用感測壓力P的 波動來估計噴射率R的變化。
也就是說，在從感測壓力P的變化點Pl到變化點P2的壓力減小率Pa 與從噴射率R的變化點Rl到變化點R2的噴射率增大率Ra之間具有相關 性。在從變化點P2到變化點P3的壓力增大率PY與從變化點R2到變化點 R3的噴射率減小率Ry之間具有相關性。在從變化點Pl到變化點P2的壓 力減小量P卩(最大下降量)與從變化點R1到變化點R2的噴射率增大量R卩 之間具有相關性。相應地，通過利用燃料壓力傳感器20a所感測的感測壓 力P的波動來感測壓力減小率Pa、壓力增大率P丫和壓力減小量P卩，從而 可以估計噴射率R的噴射率增大率Ra、噴射率減小率Ry和噴射率增大量 R卩。如上所述，可以估計噴射率R的各種狀態R1、 R3、 Ra、 R(3和Rp 并最終可以估計圖5的部分(b)中所示的燃料噴射率R的變化(變換波形)。
噴射率R從實際噴射開始到實際噴射結束的積分值(即，圖5的部分 (b)中的由符號S指示的陰影區)對應于噴射量Q。與噴射率R從實際噴 射開始到結束的變化相對應的感測壓力P的波動波形的部分中的壓力P的 積分值(即，從變化點Pl到變化點P3的部分)與噴射率R的積分值S相 關聯。因此，可以利用燃料壓力傳感器20a所感測的感測壓力P的波動來 計算壓力積分值，從而可以估計與噴射量Q相等價的噴射率積分值S。因 此，可以說成是燃料壓力傳感器20a起噴射量傳感器的作用，它將提供 給噴射器20的燃料的壓力感測為與噴射量相關的物理量。在緊接著上述圖4的S21的S22中，基于在S21中獲得的波動波形來 檢測變化點P1、 P3的出現時刻。更具體而言，優選的是計算波動波形的一 階微分值并且當該微分值在噴射命令的脈沖開啟時刻tl后第一次超過閾值 時，檢測變化點P1的出現。而且，在出現變化點Pl之后出現穩定狀態的 情況下，優選的是，當微分值在穩定狀態之前最后一次降低到低于閾值時， 檢測變化點P3的出現。穩定狀態是一種狀態，在這種狀態下，微分值在閾 值的范圍內波動。
在接下來的S23中，基于在S21中獲得的波動波形來感測壓力減小量 P卩。例如，從位于波動波形的變化點Pl與變化點P3之間的感測壓力P的 峰值中減去變化點Pl處的感測壓力P，從而感測出壓力減小量P卩。
在接下來的S24中，基于S22的感測結果Pl、 P3來估計噴射率R的增 大開始時刻Rl(實際噴射開始時亥ij)和減小結束時刻R3 (實際噴射結束時 刻)。而且，基于S23的感測結果PP來估計噴射率增大量Rf3。然后，至少 基于估計值Rl 、 R3和RP來計算圖5的部分(b)中所示的噴射率R的變 換波形。除了估計值R1、 R3禾BR卩以夕卜，還可以估計值R2、 Ra禾BRY等， 并且可以使用這些值R2、 Ra和RY等來計算噴射率變換波形。
在接下來的S25中，通過在從R1到R3的時間間隔內對S24中計算的 噴射率變換波形進行積分來計算面積S。將面積S估計為噴射量Q。這樣， 圖4的一系列處理結束了 。使用在S25中估計的燃料噴射量Q和在S24中 估計的噴射率變換波形來更新(即，學習)例如在圖3的S12中使用的上 述噴射控制圖。
接下來，參照圖6和圖7來介紹發動機的進氣-排氣系統。
圖6是示出了圖1所示的發動機的進氣-排氣系統的結構圖。發動機具 有用于使排氣系統排放的氣體重新循環到進氣系統的EGR管52。發動機將 排放氣體的一部分返回到進氣管51，從而例如降低了燃燒溫度和減少了 NOx。在EGR管52中設置了用于調節EGR量(即，排放氣體重新循環量) 的EGR閥52a。電致動器52b使EGR閥52a執行打開-關閉動作。在EGR 閥52a進行全打開動作的時刻，EGR量最大；而在EGR閥52a進行全關閉 動作的時刻，EGR量變為零。在EGR管52中設置了EGR冷卻器52c，以 便對重新循環的排放氣體進行冷卻，由此降低重新循環的排放氣體的體積(即，增大密度)。這樣，EGR冷卻器52c旨在對流入燃燒室50a中的進入 空氣的充填密度進行改善。
在EGR管52與進氣管51的連接點的上游處，將節流閥51a設置在進 氣管51中，該節流閥51a用于對流入燃燒室50a中的進入空氣中的新鮮空 氣的流率進行調節。電致動器(未示出)使節流閥51a執行打開-關閉動作。 在節流閥51a進行全打開動作的時刻，新鮮空氣量最大；而在節流閥51a 進行全關閉動作的時刻，新鮮空氣量變為零。在EGR管52與進氣管51的 連接點的上游處，將進氣壓力傳感器45和進氣溫度傳感器46設置在進氣 管51中。進氣壓力傳感器45感測進氣壓力(它也是后述渦輪增壓器的增 壓壓力)。進氣溫度傳感器46感測進入空氣溫度。傳感器45和46的感測 信號被輸出到ECU30。
渦輪增壓器54 (增壓器)設置在進氣管51和排氣管53之間。渦輪增 壓器54具有設置在進氣管51中的壓縮機葉輪54a和設置在排氣管53中的 渦輪輪子54b。壓縮機葉輪54a和渦輪輪子54b通過軸54c相連。在渦輪增 壓器54中，利用流經排氣管53的排放氣體來旋轉渦輪輪子54b，并且旋轉 力通過軸54c傳送到壓縮機葉輪54a。壓縮機葉輪54a對通過進氣管51的 內部流入的進入空氣進行壓縮，并且執行增壓。
作為根據本實施例的渦輪增壓器54，采用這樣一種可變容量的渦輪增 壓器，其能夠對排放氣體的流體能被轉換為軸54c的旋轉驅動力的轉換率 進行可變設定。更具體而言，渦輪輪子54b設置有多個可變的葉片54d，用 于對吹向渦輪輪子54b的排放氣體的流動速度進行改變。可變葉片54d以 相互同步的方式執行打開-關閉動作。通過改變相鄰可變葉片54d之間的間 隙的大小(也就是說，可變葉片54d的打開程度)來調節排放氣體流率。 從而，調節渦輪輪子54b的旋轉速度。這樣，通過調節渦輪輪子54b的旋 轉速度來對被強迫提供給燃燒室50a的空氣的量(即，增壓壓力)進行調 節。
利用中間冷卻器55對由渦輪增壓器54增壓的空氣進行冷卻，然后將 其饋送到中間冷卻器55的下游側。中間冷卻器55對進入空氣進行冷卻， 以降低進入空氣的體積(即，增大密度)，從而對流入燃燒室50a中的進入 空氣的充填效率進行改善。在壓縮機葉輪54a的上游，將氣流計47 (進氣量傳感器)固定在進氣 管51的一個部分上，該氣流計47用于感測每單位時間流入的進入空氣的 質量流率(下文將其簡稱為進入空氣量或進氣量)。采用熱線式氣流計作為 根據本實施例的氣流計47，所述熱線式氣流計通過根據進氣流率感測從加 熱元件獲得的熱量的變化來間接地感測進氣量。
在渦輪輪子54b的下游，將用于對排放氣體進行凈化的凈化設備56固 定在排氣管53的一個部分上。凈化設備56的例子包括用于收集排放氣體 中的顆粒物質的DPF (柴油顆粒過濾器)、用于凈化排放氣體中的NOx的 NOx催化劑、以及用于凈化排放氣體中的HC和CO的氧化催化劑等。
在凈化設備56的下游，將用于感測排放氣體中的氧氣濃度的A/F傳感 器48 (氧氣濃度傳感器)固定在排氣管53的一個部分上。A/F傳感器48 是氧氣濃度傳感器，其輸出與每次的排放氧氣濃度相對應的氧氣濃度感測 信號。通常，進行調節，使得作為A/F傳感器48的傳感器輸出的氧氣濃度 感測信號根據氧氣濃度線性變化。可以使用電動勢輸出類型的02傳感器來 代替A/F傳感器48，這種02傳感器輸出根據排放氣體是濃氧還是稀氧而 改變的電動勢信號。
接下來對ECU 30所執行的進氣-排氣系統的控制的概況進行介紹。
ECU 30的微型計算機通過調節可變容量的渦輪增壓器54的容量來控 制增壓壓力。也就是說，微型計算機使用諸如在S12中設定的燃料噴射量 (即，噴射命令信號)或在S25中感測(估計)的噴射量以及發動機旋轉 速度NE等參數、基于圖等來計算可變葉片54d的目標打開程度。微型計算 機控制致動器(未示出)的驅動以便獲得目標打開程度，從而將可變葉片 54d控制到目標打開程度。當發動機旋轉速度NE增大或燃料噴射量增大時， 目標打開程度被設置得更大，由此增大了增壓壓力。
ECU 30的微型計算機控制EGR閥52a的打開程度。也就是說，微型 計算機通過使用諸如在S12中設定的燃料噴射量(噴射命令信號)或在S25 中感測(估計)的噴射量以及發動機旋轉速度NE等參數、基于圖等來計算 排放氣體中的氧氣濃度(排放氧氣濃度)的目標值，即目標排放氧氣濃度。 然后，微型計算機控制EGR閥52a的打開程度(作為EGR反饋控制)，以 使由下面所述的排放氧氣濃度預測部分31 (參照圖6)預測的排放氧氣濃度接近于目標排放氧氣濃度。ECU 30的微型計算機基于氣流計47所感測 的進氣量、EGR閥52a的打開程度等來控制節流閥51a的打開程度。
當EGR量過小時，可能無法獲得足夠的NOx降低效果。當EGR量過 大時，汽缸中的氧氣變得不足并且顆粒物質(尤其是煙)增多。為了避免 這些情況，需要將所述EGR量增大為接近于煙生成極限，從而降低了NOx 且不會生成煙。因此，如此設置上述目標排放氧氣濃度，使得利用上述EGR 反饋控制將排放氧氣濃度變為預定值或者大于預定值，由此將所述EGR量 增大為接近于煙生成極限，其中所述排放氧氣濃度與顆粒物質(或者尤其 是煙)的生成量強相關。根據凈化設備56的條件來設定目標排放氧氣濃度。
接下來介紹圖6中的與上述EGR反饋控制相關的控制框圖。圖6的各 個部分31、 32、 33、 34和35構成了該控制框圖，并且所述各個部分3K 32、 33、 34和35是由ECU30的微型計算機執行的部分。
排放氧氣濃度預測部分31對用于上述EGR反饋控制的排放氧氣濃度 進行預測計算。該預測部分31存儲模擬所述進氣-排氣系統的物理模型。將 下列參數作為物理模型的輸入值。也就是說，該物理模型的輸入值包括 在S25中基于燃料壓力傳感器20a感測的感測壓力P估計(感測)出的噴 射量感測值、由氣流計47感測的進氣量感測值、在S12中設定的燃料的請 求噴射量Q、由曲柄角度傳感器42感測的發動機旋轉速度NE、由進氣壓 力傳感器45感測的進氣壓力、由進氣溫度傳感器46感測的進入空氣溫度 等。然后，預測部分31基于這些輸入值進行物理模型的計算。作為計算結 果，可以獲得排放氧氣濃度，將該排放氧氣濃度作為物理模型的輸出值。
根據本發明的發明人的知識，如前面使用表達式(1) _ (8)和(7') 所介紹的那樣，進氣量傳感器、噴射量傳感器和氧氣濃度傳感器中的任何 一個傳感器的感測目標可以基于其它兩個傳感器的感測值計算得出。因此， 可以說成是可以基于噴射量感測值和進氣量感測值計算出氧氣濃度。可 以說成是上述物理模型基于該知識來計算氧氣濃度。也就是說，上述物 理模型基于燃料壓力傳感器20a所感測的噴射量感測值和氣流計47所感測 的進氣量感測值來計算排放氧氣濃度。
在本實施例中，可以對以這種方式計算出的排放氧氣濃度計算值與A/F 傳感器48所感測的實際排放氧氣濃度感測值之間的差值進行計算，并且將該差值看作是上述物理模型中使用的進氣量感測值的感測誤差。也就是說，
使用上述物理模型、基于燃料壓力傳感器20a所感測的噴射量感測值和A/F 傳感器48所感測的氧氣濃度感測值來計算進氣量，并且將進氣量計算值與 氣流計47感測的進氣量感測值之間的差值看作是進氣量感測值的感測誤 差。
誤差學習部分33通過在定義了感測誤差值與進氣量之間關系的圖中存 儲感測誤差值來學習以這種方式計算出的氣流計47的感測誤差的值。誤差 學習部分33基于該圖來校正氣流計47的感測值，從而反映出在由排放氧 氣濃度預測部分31所執行的排放氧氣濃度的后續計算程序中的學習結果。
在計算排放氧氣濃度計算值與排放氧氣濃度感測值之間的差值的計算 處理中，使用由大氣學習部分32校正的排放氧氣濃度感測值。由于個體差 異，因此A/F傳感器48的輸出值(輸出電壓)相對于實際排放氧氣濃度具 有偏差。因此，大氣學習部分32進行大氣學習，以在大氣狀態下對輸出值 中的偏差進行校正。
由于A/F傳感器48設置在凈化設備56的下游，所以從燃燒室50a到 A/F傳感器48的排放通道長度是長的，使得作為物理模塊的遲滯模塊的長 度無法被忽略。也就是說，在物理模型所計算的排放氧氣濃度計算值反映 在A/F傳感器48的實際感測值中之前，發生了遲滯。因此，當利用誤差學 習部分33來計算氣流計47的感測誤差時，利用遲滯補償部分34對遲滯模 塊進行補償。部分35基于排放氧氣濃度執行EGR反饋控制。接下來，將參照圖7來介紹用于計算上述EGR反饋控制中所使用的排 放氧氣濃度的預測值的處理過程和用于計算和學習氣流計47的感測誤差的 學習處理過程。
ECU 30的微型計算機以預定周期(例如，上述由CPU執行的計算的 周期)或以預定曲柄角的間隔執行圖7中所示的一系列處理。首先在S31 中，利用氣流計47感測進氣量。然后，在接下來的S32中，基于從氣流計 47輸出的感測值來計算進氣量。該進氣量等價于前面提到的表達式(1)中 的新鮮空氣量xl。因此，在使用表達式(1)進行計算的隨后步驟中，可以 使用在S32中基于由氣流計47感測到的進氣量感測值所計算的新鮮空氣量 xl。在接下來的S33中，計算重新循環的排放氣體中的EGR量和氧氣量。 該EGR量等價于上述表達式(2)中的變量x2，并且該EGR量是基于表達 式(1) 一 (3)計算出來的。通過將等價于表達式(2)中的值y2的重新 循環排放氧氣濃度乘以EGR量x2，可以計算出重新循環的排放氣體中的氧 氣量。也就是說，基于表達式(1) _ (8)來計算重新循環的排放氣體中 的氧氣量y2-x2。
在接下來的S34中，計算出汽缸內空氣量、吸入汽缸中的汽缸內氧氣 量和用于燃燒的燃燒氧氣量。汽缸內空氣量等價于表達式(3)的變量x3， 并且基于燃燒室50a的體積、活塞50b下降時的吸氣效率等在理論上計算 出該汽缸內空氣量。通過在重新循環的排放氣體與新鮮空氣混合的狀態下 將進入空氣的氧氣濃度(等價于表達式(7)的變量y3)乘以汽缸內空氣量 x3，可以計算出汽缸內氧氣量。也就是說，基于表達式(1)到(8)來計 算出汽缸內氧氣量y3.x3。基于燃料噴射量在理論上計算出燃燒氧氣量，該 燃料噴射量是基于噴射量傳感器20a的感測壓力、汽缸內氧氣量y3'x3等估 計(感測)出來的。
在接下來的S35中，獲得在S25中感測(估計)的燃料噴射量Q。因 此，在使用表達式(8)的計算中，可以使用在S35中獲得的噴射量感測值 Q。在接下來的S36中，利用上述排放氧氣濃度預測部分31計算出作為預 測值的排放氧氣濃度。更具體而言，利用下列表達式(9)計算排放氧氣濃 度。
表達式(9):
排放氧氣濃度=(汽缸內氧氣量一燃燒氧氣量)/ (汽缸內空氣量+噴 射量)
在表達式(9)右手側的參數之中，將在S34中計算出的值指定為汽缸 內氧氣量、燃燒氧氣量和汽缸內空氣量，并且將在S35中獲得的噴射量Q 指定為噴射量。這樣，計算出在表達式(9)左手側的排放氧氣濃度。
在接下來的S37中，獲得由A/F傳感器48感測出的實際排放氧氣濃度 感測值。在接下來的S38中，計算在S36中計算出的排放氧氣濃度計算值 與在S37中獲得的排放氧氣濃度感測值之間的差值，并且將該差值看作是 在S31中由氣流計47感測的進氣量的感測誤差。在接下來的S39中，判斷在S31中利用氣流計47進行的感測和在 S35中利用燃料壓力傳感器20a進行的感測是否是在發動機操作狀態是穩定 時執行的。基于是否滿足下列條件(1)到(7)來判斷所述發動機操作狀 態是否穩定。
(1) EGR閥52a被連續固定在全關閉狀態。
(2) 節流閥51a被連續固定在全打幵狀態。
(3) 渦輪增壓器54的容量(即，可變葉片54d的打開程度)被連續 設定在預定范圍內。
(4) 渦輪增壓器54的增壓壓力在指定時間內或在超過指定時間的時 間內保持穩定。
(5) 發動機旋轉速度NE在指定時間內或在超過指定時間的時間內保 持穩定。
(6) 氣流計47感測的進氣量感測值在指定時間內或在超過指定時間 的時間內保持穩定。
(7) 基于燃料壓力傳感器20a感測的感測壓力而估計的噴射量在指定 時間內或在超過指定時間的時間內保持穩定。
當在S39中判斷出滿足穩定性條件(1)到(7)中的全部條件或者至 少一個條件時，過程進行到S40。在S40中，誤差學習部分33對在S38中 計算出的氣流計47的進氣量感測誤差的值進行學習，將該值存儲在定義了 感測誤差值與進氣量之間關系的圖中。
在圖7所示的處理中，執行S31 — S38的處理與在S39中的穩定性條件 判斷的結果無關。可選地，可以在S31的處理之前執行穩定性條件判斷。 然后，當判斷出發動機操作狀態是穩定時，執行S31 — S38的處理；而在判 斷出發動機操作狀態不穩定時，不執行S31—S38的處理。這樣，可以降低 微型計算機的處理負載。
上述的本實施例具有下列效果。
利用物理模型、基于燃料壓力傳感器20a感測的噴射量感測值和氣流 計47感測的進氣量感測值來計算排放氧氣濃度。計算以這種方式計算的排 放氧氣濃度計算值與A/F傳感器48感測的實際排放氧氣濃度感測值之間的 差值，并且將該差值看作是在上述物理模型中使用的進氣量感測值的感測誤差。基于以這種方式獲得的氣流計47的感測誤差值來校正氣流計47的 感測值。也就是說，可以基于其它傳感器20a、 48的感測值(即，噴射量 感測值和氧氣濃度感測值)來校正氣流計47的感測值。
燃料壓力傳感器20a和A/F傳感器48的感測值的感測精度高于氣流計 47的感測值的感測精度。相應地，可以校正氣流計47的感測值。因此，可 以對排放氧氣濃度預測部分31使用氣流計47的感測值執行預測計算的精 度進行改善。能夠以高精度執行其它使用氣流計47的感測值的控制(例如， 節流閥51a的控制等)。
氣流計47的感測誤差值被存儲在定義了感測誤差值與進氣量之間的關 系的圖中，并且被學習。相應地，可以將氣流計47的整個感測范圍中的誤 差值存儲在該圖中。因此，可以在氣流計47的整個感測范圍內校正進氣量 感測值。
在氣流計47的感測誤差之中，只將那些基于在內燃機的操作狀態是穩 定時(即，當滿足上述條件(1) 一 (7)中的全部條件或至少一個條件時) 感測的噴射量感測值、氧氣濃度感測值和進氣量感測值所計算出的誤差存 儲在圖中，并且學習它們。相應地，只存儲和學習以高精度獲得的感測誤 差，因此可以改善氣流計47的感測值的校正精度。
根據從燃燒室50a排出的排放氣體到達A/F傳感器48所需要的循環時 間，在A/F傳感器48的感測值中出現了響應延遲。鑒于這一點，在本實施 例中，使用基于噴射量感測值和進氣量感測值計算出的氧氣濃度計算值來 進行EGR閥52a的打開程度的反饋控制。因此，與使用由A/F傳感器48 感測的排放氧氣濃度感測值進行反饋控制的情況相比，能夠以高響應控制 EGR閥52a。
可以修改上述實施例，并且將上述實施例實現為例如下列方式。此外， 本發明并不限于上述實施例。本實施例的特征結構可以任意組合。
在上述實施例中的計算氣流計47的感測誤差中，基于噴射量感測值和 進氣量感測值、使用物理模型來計算排放氧氣濃度，并且將通過該計算獲 得的排放氧氣濃度計算值與實際排放氧氣濃度感測值之間的差值看作是上 述物理模型中使用的進氣量感測值的感測誤差。在這種情況下，使用該物 理模型對排放氧氣濃度進行計算的部分對應于根據本發明的計算裝置。可選地，可以基于排放氧氣濃度感測值和進氣量感測值、使用物理模 型來計算噴射量，并且通過將由該計算獲得的噴射量計算值與實際噴射量 感測值之間的差值看作是上述物理模型中使用的進氣量感測值的感測誤
差，可以計算氣流計47的感測誤差。在這種情況下，使用該物理模型對噴 射量進行計算的部分對應于所述計算裝置。
可選地，可以基于噴射量感測值和排放氧氣濃度感測值、使用物理模 型等來直接計算進氣量，并且可以將由該計算獲得的進氣量計算值與實際 進氣量感測值之間的差值計算為氣流計47的感測誤差。在這種情況下，使 用該物理模型等對進氣量進行計算的部分對應于所述計算裝置。
在上述實施例中，將氣流計47的進氣量感測誤差值存儲在圖中，同時 使該誤差值與進氣量相關聯。可選地，代替與進氣量相關聯，可以將進氣 量感測誤差存儲在該圖中，同時使該誤差值與其它參數相關聯，例如由進 氣壓力傳感器45感測的進氣壓力或由進氣溫度傳感器46感測的進氣溫度。
為了將燃料壓力傳感器20a固定在噴射器20上，在上述實施例中，將 燃料壓力傳感器20a固定在噴射器20的燃料入口 22上。可選地，如圖2 中的鏈線200a所示，可以將燃料壓力傳感器200a安裝在殼體20e的內部， 以對從燃料入口 22延伸到噴射孔20f的內部燃料通道25中的燃料壓力進行 感測。
與將燃料壓力傳感器200a安裝在殼體20e內部的情況相比，在如上所 述的將燃料壓力傳感器20a固定在燃料入口 22上的情況下，可以簡化燃料 壓力傳感器20a的固定結構。當將燃料壓力傳感器200a安裝在殼體20e的 內部時，燃料壓力傳感器200a的固定位置與燃料壓力傳感器20a固定在燃 料入口 22上的情況相比更加接近于噴射孔20f。因此，可以更加適當地感 測噴射孔20f中的壓力波動。
燃料壓力傳感器20a可以固定在高壓管14上。在這種情況下，優選將 燃料壓力傳感器20a固定在距公共軌道12預定距離的位置上。
可以在公共軌道12和高壓管14之間設置流率限制部分，以限制從公 共軌道12流到高壓管14的燃料的流率。當因高壓管14、噴射器20等損壞 而造成的燃料泄漏產生了過量的燃料流出時，該流率限制部分起到阻塞流 路的作用。例如，該流率限制部分可以由諸如球等閥部件構成，該閥部件可以在發生流率過高時阻塞流路。可選地，可以采用由節流口 12a (燃料脈 動減輕部分)和流率限制部分一體結合所構成的流動阻尼器。
除了相對于燃料流動方向將燃料壓力傳感器20a設置在節流口和流率 限制部分的下游的結構之外，還可以將燃料壓力傳感器20a設置在節流口 和流率限制閥中的至少一個的下游。
可以使用任意數量的燃料壓力傳感器20a。例如，兩個或多個傳感器 20a可以設置在一個汽缸的燃料流動通道上。除了上述燃料壓力傳感器20a 之外，還可以設置感測公共軌道12中的壓力的軌道壓力傳感器。
代替圖2中所示的電磁驅動噴射器20，可以使用壓電驅動噴射器。可 選地，還可以使用不會引起泄漏孔24等壓力泄漏的噴射器，例如不通過油 壓室Cd傳送驅動力的直動式噴射器(例如，近些年已經開發的直動式壓電 噴射器)。在使用直動式噴射器的情況下，噴射率的控制很容易。
根據用途等，可以對作為控制目標的發動機的種類和系統結構進行任 意修改。雖然本發明在上述實施例中被應用于柴油發動機實例中，但是本 發明也可以應用于火花點火式汽油發動機(具體而言，直噴式發動機)或 基本采用類似方式的其它發動機。例如，直噴式汽油發動機的燃料噴射系 統通常具有存儲高壓狀態的燃料(汽油)的輸送管。在該系統中，燃料從 燃料泵泵送到輸送管，并且將輸送管中的高壓燃料分配給多個噴射器20， 并且將該高壓燃料噴射和供應給發動機燃燒室。在該系統中，輸送管對應 于蓄壓器。根據本發明的設備和系統不僅可以應用于將燃料直接噴射到汽 缸中的噴射器，而且還可以應用于將燃料噴射到發動機的進氣通道或者排 氣通道的噴射器。
盡管已經結合當前被認為是最實際且優選的實施例描述了本發明，但 要理解的是，本發明不限于所披露的實施例，而是相反，本發明旨在涵蓋 所附權利要求的精神和范圍之內包括的各種修改和等價設置。
權利要求
1、一種進氣量校正設備，包括進氣量獲取部分，其用于從進氣量傳感器處獲取進氣量感測值，所述進氣量傳感器感測從進氣系統流入內燃機的燃燒室中的進氣量；噴射量獲取部分，其用于從噴射量傳感器處獲取噴射量感測值，所述噴射量傳感器感測從噴射器噴射出的燃料的噴射量或者感測與所述噴射量有關的物理量；氧氣濃度獲取部分，其用于從氧氣濃度傳感器處獲取氧氣濃度感測值，所述氧氣濃度傳感器感測從所述內燃機排出的排放氣體中的氧氣濃度；計算部分，其用于對所述進氣量傳感器、所述噴射量傳感器和所述氧氣濃度傳感器中的特定一個傳感器的感測目標進行計算，該計算基于其它兩個傳感器的感測值；以及進氣量校正部分，其用于基于所述計算部分計算出的計算值與所述傳感器中的所述特定一個傳感器的感測值之間的差值來對所述進氣量感測值進行校正。
2、 如權利要求1所述的進氣量校正設備，其中所述計算部分基于所述噴射量感測值和所述氧氣濃度感測值來計算所 述進氣量，并且所述進氣量校正部分基于由所述計算部分計算出的所述進氣量計算值 與所述進氣量感測值之間的差值來對所述進氣量感測值進行校正。
3、 如權利要求1所述的進氣量校正設備，其中所述計算部分基于所述進氣量感測值和所述噴射量感測值來計算所述 氧氣濃度，并且所述進氣量校正部分基于由所述計算部分計算出的所述氧氣濃度計算 值與所述氧氣濃度感測值之間的差值來對所述進氣量感測值進行校正。
4、 如權利要求1所述的進氣量校正設備，還包括學習部分，其用于將由所述計算部分計算出的所述計算值與所述傳感器中的所述特定一個傳感器的感測值之間的差值看作是所述進氣量感測值 的誤差，并且還用于將所述誤差的值存儲在定義了所述誤差與所述進氣量 之間的關系的圖中。
5、 如權利要求1所述的進氣量校正設備，其中所述內燃機具有排放氣體重新循環閥，用于對從排氣系統重新循環到 進氣系統的排放氣體重新循環量進行調節，并且所述計算部分執行所述計算，并且所述進氣量校正部分基于所述排放 氣體重新循環閥連續固定在全關閉狀態時感測到的所述噴射量感測值、所 述氧氣濃度感測值和所述進氣量感測值來執行所述校正。
6、 如權利要求1所述的進氣量校正設備，其中所述內燃機具有節流閥，該節流閥調節流入所述燃燒室中的所述進氣 量，并且所述計算部分執行所述計算，并且所述進氣量校正部分基于所述節流 閥連續固定在全打開狀態時感測到的所述噴射量感測值、所述氧氣濃度感 測值和所述進氣量感測值來執行所述校正。
7、 如權利要求1所述的進氣量校正設備，其中所述內燃機具有增壓器，該增壓器通過使用所述排放氣體作為驅動力 源來對進入空氣進行增壓，所述增壓器被構造成能夠對將所述排放氣體的流體能轉換成所述驅動 力的轉換率進行可變的設定，并且所述計算部分執行所述計算，并且所述進氣量校正部分基于所述增壓 器的所述轉換率被連續設定在預定范圍內時感測到的所述噴射量感測值、 所述氧氣濃度感測值和所述進氣量感測值來執行所述校正。
8、 如權利要求1所述的進氣量校正設備，其中所述內燃機具有增壓器，該增壓器通過使用所述排放氣體作為驅動力 源來對進入空氣進行增壓，并且所述計算部分執行所述計算，并且所述進氣量校正部分基于所述增壓器提供的增壓壓力在指定時間內或在超過該指定時間的時間內保持穩定時 感測到的所述噴射量感測值、所述氧氣濃度感測值和所述進氣量感測值來 執行所述校正。
9、 如權利要求1所述的進氣量校正設備，其中所述計算部分執行所述計算，并且所述進氣量校正部分基于所述內燃 機的輸出軸的旋轉速度在指定時間內或在超過該指定時間的時間內保持穩 定時感測到的所述噴射量感測值、所述氧氣濃度感測值和所述進氣量感測 值來執行所述校正。
10、 如權利要求l所述的進氣量校正設備，其中所述計算部分執行所述計算，并且所述進氣量校正部分基于所述進氣 量獲取部分感測的所述進氣量在指定時間內或在超過該指定時間的時間內 保持穩定時感測到的所述噴射量感測值、所述氧氣濃度感測值和所述進氣 量感測值來執行校正。
11、 如權利要求1所述的進氣量校正設備，其中所述計 算部分執行所述計算，并且所述進氣量校正部分基于所述噴射 量獲取部分感測的所述噴射量或與所述噴射量有關的所述物理量在指定時 間內或在超過該指定時間的時間內保持穩定時感測到的所述噴射量感測 值、所述氧氣濃度感測值和所述進氣量感測值來執行所述校正。
12、 如權利要求1所述的進氣量校正設備，其中所述進氣量校正設備 應用于內燃機控制設備，該內燃機控制設備包括氧氣濃度計算部分，其基于由所述進氣量校正部分校正的所述進氣量 感測值和所述噴射量感測值來計算所述排放氣體中的氧氣濃度；并且排放氣體重新循環控制部分，其對排放氣體重新循環閥的打開程度進 行反饋控制，以使所述氧氣濃度計算部分所計算的氧氣濃度計算值接近于 目標值。
13、 如權利要求1所述的進氣量校正設備，其中所述內燃機被構造成將用于積累燃料的蓄壓器中的所述燃料分配并供 應給所述噴射器，并且所述噴射量傳感器是一種對供應給所述噴射器的所述燃料的作為所述 物理量的壓力進行感測的燃料壓力傳感器，并且所述噴射量傳感器設置在 從所述蓄壓器延伸到所述噴射器的噴射孔的燃料通道中的、位于距所述噴 射孔比距所述蓄壓器更近的位置處。
14、 如權利要求13所述的進氣量校正設備，其中 所述燃料壓力傳感器固定在所述噴射器上。
15、 如權利要求14所述的進氣量校正設備，其中 所述燃料壓力傳感器固定在所述噴射器的燃料入口上。
16、 如權利要求14所述的進氣量校正設備，其中所述燃料壓力傳感器安裝在所述噴射器的內部，以對從所述噴射器的 所述燃料入口延伸到所述噴射器的所述噴射孔的內部燃料通道中的燃料壓 力進行感測。
17、 如權利要求13的進氣量校正設備，其中節流口設置在從所述蓄壓器延伸到所述噴射器的燃料入口的燃料通道 中，以用于衰減所述蓄壓器中的所述燃料的壓力脈動，并且相對于燃料流動方向，所述燃料壓力傳感器設置在所述節流口的下游。
18、 一種進氣量校正設備，包括進氣量傳感器、噴射量傳感器和氧氣濃度傳感器中的至少一個傳感器， 其中所述進氣量傳感器感測進氣量，所述噴射量傳感器感測噴射量或者與 所述噴射量有關的物理量，所述氧氣濃度傳感器感測排放氣體中的氧氣濃 度；以及如權利要求1到17中的任意一項所述的進氣量校正設備。
全文摘要
一種進氣量校正設備基于燃料壓力傳感器(噴射量傳感器)感測的噴射量感測值和A/F傳感器(氧氣濃度傳感器)感測的氧氣濃度感測值來對作為氣流計(進氣量傳感器)的感測目標的進氣量進行計算。所述進氣量校正設備將以這種方式計算出的進氣量計算值與所述氣流計感測的進氣量感測值之間的差值作為所述氣流計的感測誤差，并基于所述感測誤差對所述氣流計的進氣量感測值進行校正。
文檔編號F02D45/00GK101418744SQ200810170888
公開日2009年4月29日 申請日期2008年10月23日 優先權日2007年10月24日
發明者中田謙一郎, 石塚康治 申請人:株式會社電裝