ES2335742T3 - Dispositivo de control para motor de combustion interna. - Google Patents

Dispositivo de control para motor de combustion interna. Download PDF

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ES2335742T3 ES00962900T ES00962900T ES2335742T3 ES 2335742 T3 ES2335742 T3 ES 2335742T3 ES 00962900 T ES00962900 T ES 00962900T ES 00962900 T ES00962900 T ES 00962900T ES 2335742 T3 ES2335742 T3 ES 2335742T3
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Abstract

Dispositivo para controlar un motor de combustión interna que ajusta el grado de apertura objetivo de una válvula de mariposa del motor de combustión interna basándose en una cantidad presente de funcionamiento del pedal del acelerador y, tras haber pasado un tiempo de retardo predeterminado, comienza a accionar la válvula de mariposa de modo que el grado de apertura real de la válvula de mariposa se convierte en dicho grado de apertura objetivo, para estimar de ese modo el grado de apertura real de la válvula de mariposa en el futuro tras haber pasado un periodo de tiempo predeterminado desde el presente basándose en dicho grado de apertura objetivo, dicho tiempo de retardo y las características de funcionamiento de la válvula de mariposa, y para calcular la cantidad de aire que captará el motor en el futuro tras haber pasado dicho periodo de tiempo predeterminado basándose en dicho valor estimado, comprendiendo dicho dispositivo para controlar un motor de combustión interna: medios de ajuste de la sincronización de válvulas objetivo para ajustar una sincronización de válvulas objetivo del motor basándose en un grado de apertura real de válvula de mariposa; medios de sincronización variable de válvulas para controlar la sincronización de válvulas del motor a dicha sincronización de válvulas objetivo; medios de estimación de la sincronización de válvulas para calcular un valor estimado de dicha sincronización de válvulas objetivo en el futuro tras haber pasado dicho periodo de tiempo predeterminado basándose en dicho grado de apertura estimado de la válvula de mariposa, y para estimar una sincronización de válvulas del motor real en el futuro tras el paso de dicho periodo de tiempo predeterminado basándose en dicha sincronización de válvulas objetivo estimada; y medios de estimación de la cantidad de aire de admisión para estimar la cantidad de aire que captará el motor en el futuro tras haber pasado dicho periodo de tiempo predeterminado basándose en dicho grado de apertura estimado de la válvula de mariposa y dicha sincronización de válvulas estimada.

Description

Dispositivo de control para motor de combustión interna.
Campo técnico
La presente invención se refiere a un dispositivo para controlar un motor de combustión interna. Más específicamente, la invención se refiere a un dispositivo para controlar un motor de combustión interna que estima un valor futuro del grado de apertura de la válvula de mariposa de un motor tras haber transcurrido un periodo de tiempo predeterminado retardando el inicio del funcionamiento para controlar un grado de apertura de la válvula de mariposa de un motor a un valor objetivo y, basándose en este valor estimado del grado de apertura de la válvula de mariposa, estimar con precisión la cantidad de aire de admisión captado por el motor en el futuro.
Técnica anterior
Se conoce un dispositivo para controlar un motor de combustión interna que incluye una denominada válvula de mariposa controlada electrónicamente cuyo grado de apertura puede controlarse independientemente de la cantidad de funcionamiento del pedal del acelerador por el conductor y estimar con precisión la cantidad de aire que captará el motor retardando el inicio del funcionamiento para controlar el grado de apertura de la válvula de mariposa a un valor objetivo determinado a partir de la cantidad de funcionamiento del pedal del acelerador en un tiempo de retardo predeterminado.
En general, se ha empleado un sistema denominado de control de la cantidad de combustible basado en la cantidad de aire en el que se mide en primer lugar la cantidad de aire captado por el motor de combustión interna, y se controla la cantidad de inyección de combustible basándose en la cantidad de aire medida, de modo que la relación aire-combustible del motor se convierte en un valor óptimo. En un motor de este tipo, es importante medir con precisión la cantidad de aire captado por el motor. En un estado en el que la cantidad de aire captado por el motor está variando debido a cambios en el grado de apertura de la válvula de mariposa y en la velocidad de rotación como resultado de un estado de funcionamiento transitorio, sin embargo, a menudo se vuelve difícil medir con precisión la cantidad de aire captado por el motor. La cantidad de aire captado realmente por los cilindros del motor se determina en el momento en el que se cierran las válvulas de admisión de los respectivos cilindros. Por tanto, con el fin de ajustar con precisión la cantidad de inyección de combustible, debe ajustarse la cantidad de inyección de combustible basándose en la cantidad de aire captado por el motor en un momento en el que se cierra la válvula de admisión del cilindro. Generalmente, sin embargo, el momento para calcular la cantidad de inyección de combustible para cada cilindro precede al momento en el que se cierra la válvula de admisión. Con el fin de ajustar con precisión la cantidad de inyección de combustible basándose en la cantidad de aire captado realmente por el cilindro, por tanto, es necesario estimar con precisión la cantidad de aire captado por el motor en un momento en el que la válvula de admisión se cerrará en el futuro en un momento de cálculo de la cantidad de inyección de combustible.
La cantidad de aire captado por el motor varía dependiendo del grado de apertura de la válvula de mariposa y la velocidad de rotación del motor. Puesto que la tasa de cambio en el grado de apertura de la válvula de mariposa es relativamente mayor que una tasa de cambio en la velocidad de rotación del motor durante el funcionamiento transitorio, si pudiera estimarse con precisión el grado de apertura de la válvula de mariposa en el momento en el que se cierra la válvula de admisión, entonces, podría estimarse la cantidad de aire captado por el motor en el momento en el que se cierra la válvula de admisión. En un motor equipado con una válvula de mariposa controlada electrónicamente que puede operarse independientemente del funcionamiento del pedal de aceleración por el conductor, se ha propuesto un método denominado de cálculo inverso con avance de fase en el que se estima con precisión el grado de apertura futuro de la válvula de mariposa retardando la operación de apertura o cierre de la válvula de mariposa en un periodo de tiempo predeterminado y se estima con precisión la cantidad de aire que captará el motor en el futuro (cantidad de aire captado por el motor cuando la válvula de admisión se cierra en el cilindro) basándose en el grado de apertura estimado de la válvula de mariposa.
Un dispositivo para controlar un motor de combustión interna estimando la cantidad de aire de admisión de este tipo se ha dado a conocer, por ejemplo, en la publicación de patente japonesa no examinada (Kokai) n.º 10-169469.
Según el dispositivo de esta publicación, se ajusta el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa controlada electrónicamente basándose en la cantidad presente de funcionamiento del pedal del acelerador (cantidad de depresión). Sin embargo, la válvula de mariposa no se acciona hasta el grado de apertura objetivo inmediatamente tras ajustarse el grado de apertura objetivo. En su lugar, la válvula de mariposa se acciona tras haber transcurrido un tiempo de retardo predeterminado. En general, la válvula de mariposa controlada electrónicamente implica un retraso en el funcionamiento debido al retardo en la operación de control o debido al retardo en la activación del mecanismo. Incluso cuando el grado de apertura objetivo ha cambiado rápidamente (por ejemplo, gradualmente), por tanto, se produce un tiempo de retardo D determinado a partir de las características de funcionamiento de la válvula de mariposa hasta que el grado de apertura de la válvula de mariposa llega realmente al grado de apertura objetivo. Por tanto, si se conocen con precisión las características de funcionamiento de la válvula de mariposa, se hace posible calcular el grado de apertura de la válvula de mariposa en cada momento hasta que la válvula de mariposa llega realmente al grado de apertura objetivo incluso cuando el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa varía gradualmente. En teoría, es posible estimar el grado de apertura de la válvula de mariposa en cada momento basándose en las características de funcionamiento de la válvula de mariposa en un momento en el que el grado de apertura objetivo ha cambiado gradualmente.
En el funcionamiento real, sin embargo, cuando se mueve el pedal del acelerador una gran cantidad por el conductor y el grado de apertura objetivo cambia continuamente, un cambio en el grado de apertura objetivo tras el momento de estimación no se refleja en el valor estimado incluso cuando se estima el grado de apertura futuro de la válvula de mariposa en cada momento basándose en las características de funcionamiento de la válvula de mariposa en un momento dado. Por tanto, el grado de apertura estimado de la válvula de mariposa pierde precisión.
Según el dispositivo de la publicación anterior, tras haberse ajustado el grado de apertura objetivo, se retarda el inicio de la operación para accionar la válvula de mariposa dependiendo del grado de apertura objetivo en un tiempo de retardo predeterminado (un periodo del tiempo de retardo es tan corto que el conductor no siente realmente el retardo), de modo que un cambio en el grado de apertura objetivo se refleja completamente en el grado de apertura estimado de la válvula de mariposa. Concretamente, en el dispositivo de la publicación anterior, el funcionamiento real de la válvula de mariposa se retarda en el tiempo de retardo anterior hasta después del cambio en el grado de apertura objetivo. Esto hace, en otras palabras, que sea posible conocer exactamente, en un momento en el que la válvula de mariposa comienza realmente a funcionar, cómo cambiará el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa posteriormente. Por tanto, se hace posible reflejar completamente un cambio en el grado de apertura objetivo en el grado de apertura estimado de la válvula de mariposa y, así, estimar con precisión un cambio real en el grado de apertura de la válvula de mariposa. Según el dispositivo de la publicación anterior, se estima con precisión el grado de apertura de la válvula de mariposa en un momento en el que se cierra la válvula de admisión en un momento en el que se calcula la cantidad de inyección de combustible, y se calcula la cantidad de aire captado por el motor en un momento en el que se cierra la válvula de admisión basándose en este grado de apertura estimado de la válvula de mariposa.
Cuando se aplica a un motor de sincronización fija de válvulas en el que las válvulas de admisión y escape tienen sincronizaciones fijas de apertura/cierre, el dispositivo de la publicación anterior hace que sea posible estimar con precisión la cantidad de aire captado por el motor. Sin embargo, cuando se aplica a un motor de sincronización variable de válvulas en el que las sincronizaciones para la apertura y el cierre de las válvulas de admisión y escape varían dependiendo de las condiciones de funcionamiento del motor, el dispositivo de la publicación anterior no puede estimar con precisión la cantidad de aire captado por el motor.
En el motor de sincronización variable de válvulas, se ajusta la sincronización de válvulas objetivo dependiendo de la carga del motor (la cantidad de aire captado por el motor y la velocidad de rotación). Sin embargo, la cantidad de aire captado por el motor no está determinada exclusivamente por el grado de apertura de la válvula de mariposa y la velocidad de rotación, sino que varía según un cambio en la sincronización de válvulas. Por tanto, si se estima la cantidad de aire captado por el motor basándose únicamente en el grado de apertura estimado de la válvula de mariposa como lo hace el dispositivo de la publicación de patente japonesa no examinada (Kokai) n.º 10-169469 mencionada anteriormente, disminuye enormemente la precisión de la estimación de la cantidad de aire captado por el motor cuando cambia la sincronización de válvulas.
En este caso, la velocidad de funcionamiento del mecanismo de sincronización variable de válvulas habitualmente es considerablemente menor que la velocidad de funcionamiento de la válvula de mariposa controlada electrónicamente. Cuando el grado de apertura de la válvula de mariposa cambia rápidamente, por tanto, un cambio en la sincronización de válvulas del motor cuando el grado de apertura de la válvula de mariposa está cambiando es insignificantemente pequeño, y la precisión para estimar la cantidad de aire captado por el motor no se ve muy afectada. En el momento de una lenta aceleración o una lenta desaceleración en las que el cambio en el grado de apertura de la válvula de mariposa es relativamente pequeño, sin embargo, un cambio en la sincronización de válvulas durante el tiempo en que está cambiando el grado de apertura de la válvula de mariposa se vuelve relativamente grande, y disminuye enormemente la precisión para estimar la cantidad de aire captado.
En el dispositivo de la publicación mencionada anteriormente, además, se mantiene constante el retardo desde cuando cambia el grado de apertura objetivo hasta cuando funciona de manera correspondiente la válvula de mariposa. Por tanto, la sincronización para iniciar el funcionamiento de la válvula de mariposa según se observa desde el ciclo de carrera de cada cilindro varía dependiendo de la sincronización de cambio en el grado de apertura objetivo. En un motor de combustión interna real, la cantidad de aire captado realmente por el cilindro varía en cierta medida dependiendo de en qué parte del ciclo de carrera del cilindro ha cambiado la cantidad de aire captado por el motor (es decir, en qué parte ha cambiado el grado de apertura de la válvula de mariposa). Por tanto, cuando el grado de apertura de la válvula de mariposa comienza a cambiar en el ciclo de carrera del cilindro como lo hace en el dispositivo de la publicación anterior, la cantidad de aire captado realmente por el cilindro cambia a menudo aun cuando la cantidad de aire captado por el motor siga siendo la misma cuando se cierra la válvula de admisión del cilindro. Esto provoca una disminución en la precisión de estimación de la cantidad de aire captado por el cilindro.
Descripción de la invención
Es un objeto de la presente invención proporcionar un dispositivo para controlar un motor de combustión interna que hace que sea posible calcular con precisión la cantidad de aire captado por el cilindro resolviendo los problemas mencionados anteriormente.
Según la presente invención, se proporciona un dispositivo para controlar un motor de combustión interna que ajusta el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa del motor de combustión interna basándose en una cantidad presente de funcionamiento del pedal del acelerador y, tras haber pasado un tiempo de retardo predeterminado, comienza a accionar la válvula de mariposa de modo que el grado de apertura real de la válvula de mariposa se convierte en dicho grado de apertura objetivo, para estimar de ese modo el grado de apertura real de la válvula de mariposa en el futuro tras haber pasado un periodo de tiempo predeterminado desde el presente basándose en dicho grado de apertura objetivo, dicho tiempo de retardo y las características de funcionamiento de la válvula de mariposa, y para calcular la cantidad de aire que captará el motor en el futuro tras haber pasado dicho periodo de tiempo predeterminado basándose en dicho valor estimado, comprendiendo dicho dispositivo para controlar un motor de combustión interna:
medios de ajuste de la sincronización de válvulas objetivo para ajustar la sincronización de válvulas objetivo del motor basándose en un grado de apertura real de la válvula de mariposa;
medios de sincronización variable de válvulas para controlar la sincronización de válvulas del motor con respecto a dicha sincronización de válvulas objetivo
medios de estimación de la sincronización de válvulas para calcular un valor estimado de dicha sincronización de válvulas objetivo en el futuro, tras haber pasado dicho periodo de tiempo predeterminado, basándose en dicho grado de apertura estimado de la válvula de mariposa, y para estimar una sincronización de válvulas del motor real en el futuro tras el paso de dicho periodo de tiempo predeterminado basándose en dicha sincronización de válvulas objetivo estimada; y
medios de estimación de la cantidad de aire de admisión para estimar la cantidad de aire que captará el motor en el futuro tras haber pasado dicho periodo de tiempo predeterminado basándose en dicho grado de apertura estimado de la válvula de mariposa y dicha sincronización de válvulas estimada.
Es decir, la presente invención estima no sólo el grado de apertura de la válvula de mariposa sino también la sincronización de válvulas del motor al mismo tiempo en un momento en el futuro.
Habitualmente, se ajusta un valor objetivo de la sincronización de válvulas del motor basándose en la cantidad de aire captado realmente por el motor y la velocidad de rotación del motor. Sin embargo, tal como se explicó anteriormente, la cantidad de aire captado por el motor también varía dependiendo de la sincronización de válvulas. Por tanto, es difícil estimar con precisión tanto la cantidad de aire captado por el motor como la sincronización de válvulas. En la presente invención, la sincronización de válvulas objetivo se determina basándose, por ejemplo, en el grado de apertura de la válvula de mariposa sin usar la cantidad de aire captado por el motor que varía debido a la sincronización de válvulas. Por tanto, se hace que sea posible estimar una sincronización de válvulas objetivo en un momento en el futuro usando el grado de apertura estimado de la válvula de mariposa. Si la sincronización de válvulas objetivo pudiera medirse en un momento en el futuro, podría estimarse la sincronización de válvulas real en un momento en el futuro basándose en las características de funcionamiento de los medios de sincronización variable de válvulas usando el mismo método que el usado para estimar el grado de apertura real de la válvula de mariposa. Según la presente invención, por tanto, es posible estimar el grado de apertura de la válvula de mariposa así como la sincronización de válvulas en un momento en el futuro (por ejemplo, en un momento en el que se cierra la válvula de admisión del cilindro), y se calcula con precisión la cantidad de aire captado por el motor que refleja un cambio en la sincronización de válvulas.
Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un dispositivo para controlar un motor de combustión interna que ajusta el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa del motor de combustión interna basándose en una cantidad presente de funcionamiento del pedal del acelerador y, tras haber pasado un tiempo de retardo predeterminado, comienza a accionar la válvula de mariposa de modo que el grado de apertura real de la válvula de mariposa se convierte en dicho grado de apertura objetivo, para estimar de ese modo el grado de apertura real de la válvula de mariposa en el futuro tras haber pasado un periodo de tiempo predeterminado desde el presente basándose en dicho grado de apertura objetivo, dicho tiempo de retardo y las características de funcionamiento de la válvula de mariposa, y para calcular la cantidad de aire que captará el motor en el futuro tras haber pasado dicho periodo de tiempo predeterminado basándose en dicho valor estimado, comprendiendo dicho dispositivo para controlar un motor de combustión interna:
medios de ajuste del tiempo de retardo para ajustar así dicho tiempo de retardo en el que dicha válvula de mariposa comienza el accionamiento en un momento predeterminado en una carrera de un cilindro particular del motor.
Es decir, según este aspecto de la invención, el tiempo de retardo se ajusta de modo que la válvula de mariposa se acciona de manera que se ajusta al grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa en un momento predeterminado en una carrera de un cilindro particular (por ejemplo, el primer cilindro). Por tanto, la válvula de mariposa comienza a funcionar siempre que el cigüeñal del motor llega a una posición angular de rotación predeterminada. En el motor de combustión interna real tal como se describió anteriormente, la cantidad de aire captado realmente por el cilindro difiere ligeramente dependiendo de en qué parte del ciclo de carrera del cilindro haya cambiado la cantidad de aire captado por el motor (es decir, en qué parte ha cambiado el grado de apertura de la válvula de mariposa). Por tanto, cuando el grado de apertura de la válvula de mariposa comienza a cambiar en el ciclo de carrera del cilindro, la cantidad de aire captado realmente por el cilindro a menudo cambia aun cuando la cantidad de aire captado por el motor sea la misma en un momento en el que se cierra la válvula de admisión del cilindro, produciendo una disminución en la precisión de la estimación de la cantidad de aire captado por el cilindro. En la presente invención, el grado de apertura de la válvula de mariposa siempre comienza a cambiar a un ángulo de cigüeñal predeterminado. El aire comienza a captarse por el motor siempre en la misma posición del ciclo de carrera de cada cilindro. Por tanto, no se produce una dispersión en la cantidad de aire captado, que se produce por un cambio en la posición cuando el grado de apertura de la válvula de mariposa comienza a cambiar y, así, se mejora la precisión para estimar la cantidad de aire que se capta.
Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un dispositivo para controlar un motor de combustión interna que ajusta un grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa del motor de combustión interna basándose en una cantidad presente de funcionamiento del pedal del acelerador, comienza a accionar la válvula de mariposa, tras haber pasado un tiempo de retardo predeterminado, de modo que el grado de apertura real de la válvula de mariposa se convierte en dicho grado de apertura objetivo, para estimar de ese modo el grado de apertura real de la válvula de mariposa en el futuro tras haber pasado un periodo de tiempo predeterminado desde el presente basándose en dicho grado de apertura objetivo, dicho tiempo de retardo y las características de funcionamiento de la válvula de mariposa y, para calcular la cantidad de aire que captará el motor en el futuro tras haber pasado dicho periodo de tiempo predeterminado basándose en dicho valor estimado, comprendiendo dicho dispositivo para controlar un motor de combustión interna:
medios de ajuste del tiempo de retardo para ajustar así dicho tiempo de retardo en el que dicha válvula de mariposa comienza el accionamiento en un momento predeterminado en una carrera de un cilindro particular del motor cuando el motor está al ralentí;
medios que evitan el calado para evitar un calado del motor ajustando un grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa independientemente de la cantidad de funcionamiento del pedal del acelerador cuando es probable que el motor que está al ralentí pueda calarse; y
medios para iniciar el accionamiento de la válvula de mariposa de modo que el grado de apertura de la válvula de mariposa alcance dicho grado de apertura objetivo inmediatamente cuando el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa se ajusta mediante dichos medios que evitan el calado para evitar el calado de un motor independientemente del tiempo de retardo ajustado mediante dichos medios de ajuste del tiempo de retardo.
Según esta realización de la invención, la válvula de mariposa se acciona inmediatamente sin ajustar un tiempo de retardo cuando se acciona la válvula de mariposa (se aumenta el grado de apertura de la válvula de mariposa) para evitar que el motor que está al ralentí se cale debido al empeoramiento de la combustión o similar. Cuando la velocidad de rotación del motor que está al ralentí disminuye enormemente debido al empeoramiento de la combustión o similar, el grado de apertura de la válvula de mariposa debe aumentarse lo más rápidamente posible para evitar el calado del motor. En tal caso, un inicio con retraso del funcionamiento de la válvula de mariposa puede hacer que el motor se cale cuando la velocidad de rotación del motor disminuye enormemente puesto que no se produce un cambio en el grado de apertura de la válvula de mariposa en ese momento. Según la presente invención, por tanto, cuando se aumenta el grado de apertura de la válvula de mariposa para impedir que se cale el motor que está al ralentí, se aumenta inmediatamente el grado de apertura de la válvula de mariposa sin proporcionar un tiempo de retardo de ese modo para impedir un calado del motor.
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Breve descripción de los dibujos
la figura 1 es un diagrama que ilustra esquemáticamente la disposición del dispositivo para controlar un motor de combustión interna de la presente invención cuando se aplica a un motor de combustión interna para automóviles;
las figuras 2, 3(A), 3(B), 4 y 5 son diagramas que ilustran un método de estimación de la cantidad de aire de admisión mediante el dispositivo de control; y
la figura 6 es un diagrama de flujo para ilustrar concretamente la operación para estimar la cantidad de aire de admisión mediante el dispositivo de control de la figura 1.
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Mejor modo de llevar a cabo la invención
Ahora se describirán realizaciones de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos.
La figura 1 es una vista que ilustra esquemáticamente la constitución completa de la presente invención aplicada a un motor de combustión interna para automóviles. En la figura 1, el número de referencia 1 indica un cuerpo de un motor de combustión interna, 2 indica un depósito de compensación proporcionado en el conducto de admisión del motor 1, el número de referencia 2a indica un colector de admisión que conecta el depósito de compensación 2 con las lumbreras de admisión de los cilindros, 16 indica una válvula de mariposa dispuesta en el conducto de admisión aguas arriba del depósito de compensación 2, y el número de referencia 7 indica una válvula de inyección de combustible para inyectar el combustible a presión en la lumbrera de admisión de cada cilindro del motor 1.
En esta realización, la válvula de mariposa 16 se proporciona con un actuador 16a tal como un motor paso a paso. La válvula de mariposa 16 es del tipo en que el grado de apertura de la misma cambia dependiendo de una entrada de señal de control desde una ECU 10 que se describirá más adelante. Es decir, la válvula de mariposa 16 de esta realización es una denominada válvula de mariposa controlada electrónicamente que puede abrirse independientemente de la cantidad de funcionamiento del pedal del acelerador por parte de un conductor. La válvula de mariposa 16 está dotada además de un sensor de apertura de mariposa 17 que genera una señal de voltaje de conformidad con la cantidad de funcionamiento (grado de apertura) de la válvula de mariposa.
En la figura 1, el número de referencia 11 indica un colector de escape para conectar las lumbreras de escape del cilindro con un tubo de escape 14 común, el número de referencia 20 indica un catalizador de tres vías dispuesto en el tubo de escape 14, el número de referencia 13 indica un sensor de la relación aire-combustible aguas arriba dispuesto en el colector de escape 11 en una parte en la que los gases de escape se fusionan entre sí (aguas arriba del catalizador de tres vías 20), y 15 indica un sensor de la relación aire-combustible aguas abajo dispuesto en el tubo de escape 14 aguas abajo del catalizador de tres vías 20. Cuando la relación aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el interior es próxima a una relación aire-combustible estequiométrica, el catalizador de tres vías 20 puede purificar los tres componentes, es decir, HC, CO y NO_{x} en el gas de escape simultáneamente. Los sensores de la relación aire-combustible 13 y 15 se usan para detectar las relaciones aire-combustible del gas de escape cuando la cantidad de inyección de combustible al motor se controla mediante realimentación, de modo que la relación aire-combustible del motor se convierte en una relación aire-combustible objetivo predeterminada cuando el motor está en funcionamiento normal.
En esta realización, el conducto de admisión está dotado en su entrada de un caudalímetro de aire 3 que genera una señal de voltaje correspondiente a la cantidad de aire captado por el motor, y una camisa de agua 8 del bloque de cilindros del cuerpo de motor 1 está dotada de un sensor de temperatura del agua 9 que genera una señal eléctrica de voltaje analógica dependiendo de la temperatura del agua de refrigeración.
Las señales de salida del sensor de apertura de la válvula de mariposa 17, el caudalímetro de aire 3, el sensor de temperatura del agua 9 y los sensores de la relación aire-combustible 13 y 15, se introducen en un convertidor A/D que contiene multiplexor 101 en la ECU 10 que se describirá más adelante.
En la figura 1, los números de referencia 5 y 6 indican sensores del ángulo de cigüeñal dispuestos cerca del árbol de cigüeñal (no mostrado) del motor 1. El sensor del ángulo de cigüeñal 5 genera una señal de impulso para detectar una posición de referencia a, por ejemplo, cada 720º del ángulo de cigüeñal, y el sensor del ángulo de cigüeñal 6 genera una señal de impulso para detectar un ángulo de cigüeñal a cada 30º del ángulo de cigüeñal. Las señales de impulso de estos sensores del ángulo de cigüeñal 5 y 6 se alimentan a una interfaz de entrada/salida 102 de la ECU 10, en la que la salida del sensor del ángulo de cigüeñal 6 se suministra a un terminal de interrupción de una CPU 103 en la ECU 10. La ECU 10 calcula el número de revoluciones (velocidad de rotación) del motor 1 basándose en un intervalo entre las señales de impulso del ángulo de cigüeñal del sensor del ángulo de cigüeñal 6 para usarlo para ejecutar diversos controles.
En esta realización, además, el motor 1 está dotado de un mecanismo de sincronización variable de válvulas 50. El mecanismo de sincronización variable de válvulas 50 en esta realización trabaja para variar continuamente la fase de rotación del árbol de levas (no mostrado) que acciona la válvula de admisión del motor con respecto al árbol de cigüeñal mientras que el motor está en funcionamiento. Generalmente puede usarse una variedad de tipos de mecanismos de sincronización variable de válvulas 50. En esta realización, sin embargo, no hay una limitación particular en el tipo de mecanismo de sincronización variable de válvulas que se usa, y puede usarse el mecanismo de sincronización variable de válvulas de cualquier tipo conocido siempre que pueda variar continuamente la sincronización de válvulas. En esta realización, además, sólo se varía la sincronización de válvulas de la válvula de admisión. Sin embargo, la invención puede aplicarse o bien al motor equipado con un mecanismo de sincronización variable de válvulas que varía las sincronizaciones de válvulas tanto de la válvula de admisión como de la válvula de escape o bien al motor equipado con un mecanismo de sincronización variable de válvulas que varía la sincronización de válvulas de la válvula de escape únicamente.
En los dibujos, el número de referencia 51 indica un sensor del ángulo de rotación de leva que está dispuesto cerca del árbol de levas del motor 1 para generar una señal de impulso de rotación de leva de referencia cada vez que el árbol de levas llega a la posición de rotación de referencia. La señal de impulso de rotación de leva de referencia se suministra a un interfaz de entrada/salida 102 en la ECU 10. La ECU 10 calcula la sincronización de válvulas presente VT de la válvula de admisión basándose en una diferencia de fase entre una entrada de señal de impulso de rotación de leva de referencia desde el sensor del ángulo de rotación de leva 51 y una señal de impulso de rotación de referencia de la entrada del árbol de cigüeñal desde el sensor del ángulo de cigüeñal 5.
La unidad electrónica de control (ECU) 10 del motor 1 está constituida, por ejemplo, como un microordenador, e incluye el convertidor A/D que contiene multiplexor 101, la interfaz de entrada/salida 102, la CPU 103, así como una ROM 104, una RAM 105, una RAM de seguridad 106 que puede mantener la memoria incluso cuando el conmutador principal se desconecta, y un circuito de generación de reloj 107.
Tal como se describirá más adelante, la ECU 10 ejecuta controles básicos del motor 1, tal como controlar la cantidad de inyección de combustible basándose en la cantidad de aire de admisión del motor, controlar el momento de ignición y controlar las sincronizaciones de válvulas del motor dependiendo de las condiciones de funcionamiento. En esta realización, la ECU 10 ejecuta además operaciones de control tales como para estimar la cantidad de aire captado por el motor basándose en el grado de apertura estimado de la válvula de mariposa tal como se explica más adelante.
Para ejecutar las operaciones de control anteriores, la ECU 10 recibe una señal de cantidad de aire de admisión del motor (KL) desde el caudalímetro de aire 3, una señal de apertura de mariposa (TA) desde el sensor de apertura de mariposa 17 y una señal de temperatura del agua de refrigeración (TW) desde el sensor de temperatura del agua 9 tras haberlos sometido a la conversión A/D según una rutina de conversión A/D ejecutada a intervalos de tiempo regulares.
La interfaz de entrada/salida 102 de la ECU 10 está conectada a la válvula de inyección de combustible 7 a través de un circuito de accionamiento 108 para controlar la cantidad de inyección de combustible desde la válvula de inyección de combustible 7 y el momento de inyección, y está conectada además a bujías de encendido 111 del motor 1 a través de un circuito 110 de ignición para controlar los momentos de ignición del motor. Además, la interfaz de entrada/salida 102 de la ECU 10 está conectada al actuador 16a de la válvula de mariposa 16 y al actuador (no mostrado) del mecanismo de sincronización variable de válvulas 50 a través de los circuitos de accionamiento 113 y 115, con el fin de controlar el grado de apertura de la válvula de mariposa 16 y la sincronización de válvulas de la válvula de admisión.
A continuación, se describe más abajo cómo calcular la cantidad de inyección de combustible para el motor según la realización.
En esta realización, la cantidad de inyección de combustible (tiempo de inyección de cada válvula de inyección de combustible) TAU se calcula basándose en la cantidad de aire captado por cada cilindro y la velocidad de rotación del motor de conformidad con la fórmula siguiente,
(1)TAU = (KL/NE) \ x \ KINJ \ x \ \alpha \ x \ FAF
en la que KL es la cantidad de aire (caudal) captado por el motor, y NE es la velocidad de rotación del motor.
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En esta realización, tal como se describirá más adelante, KL es una cantidad estimada de aire captado por el motor cuando se cierra la válvula de admisión del cilindro. Además, KINJ es una constante de conversión para calcular la cantidad de combustible para llevar la relación aire-combustible del motor a la relación aire-combustible objetivo (por ejemplo, relación aire-combustible estequiométrica). Es decir, (KL/NE) x KINJ representa una cantidad básica de inyección de combustible necesaria para llevar la relación aire-combustible de combustión en cada cilindro a la relación aire-combustible objetivo cuando la cantidad de aire de admisión del motor es KL y la velocidad de rotación es NE. Además, \alpha es un coeficiente de corrección determinado a partir del estado de calentamiento del motor o a partir de otras condiciones de funcionamiento, y FAF es un coeficiente de corrección de la relación aire-combustible. El coeficiente de corrección de la relación aire-combustible FAF es un coeficiente de corrección para controlar por realimentación la cantidad de inyección de combustible basándose en las salidas de los sensores de la relación aire-combustible 13 y 15 dispuestos en el conducto de escape, de modo que la relación aire-combustible del gas de escape del motor (es decir, la relación aire-combustible de combustión del motor) se convierte en la relación aire-combustible objetivo. Según esta realización, el control por realimentación de la relación aire-combustible puede ser de cualquier tipo conocido siempre que pueda controlar la relación aire-combustible para que sea la relación aire-combustible objetivo, y no se describe en el presente documento en detalle.
En esta realización, tal como se entenderá a partir de la formula (1) anterior, la cantidad de inyección de combustible TAU del motor se calcula, en primer lugar, calculando la cantidad de inyección de combustible básica (KL/NE) x KINJ basándose en la cantidad de aire captado por el motor y la velocidad de rotación del motor, y corrigiendo la cantidad de inyección de combustible básica basándose en el estado de funcionamiento (\alpha) del motor durante la operación de calentamiento y el coeficiente de corrección de realimentación de la relación aire-combustible FAF.
A continuación, se describe ahora el método de cálculo de la cantidad KL de aire captado por el motor según la realización. Cuando un motor ordinario está en funcionamiento estacionario (es decir, la velocidad de rotación del motor NE y el grado de apertura de la válvula de mariposa TA se mantienen constantes), la cantidad de aire captado por el motor se convierte en una función del grado de apertura de la válvula de mariposa TA y la velocidad de rotación del motor NE, y se determina exclusivamente si se determinan el grado de apertura de la válvula de mariposa TA y la velocidad de rotación del motor NE.
En esta realización, las cantidades KL de aire captado por el motor se miden de antemano en las condiciones de combinaciones de la velocidad de rotación del motor NE y el grado de apertura de la válvula de mariposa TA usando un motor real que está en funcionamiento estacionario, y los valores de las cantidades KL de aire captado se almacenan en una ROM 104 de la ECU 10 en la forma de un mapa numérico usando TA y NE. Cuando el motor está en funcionamiento, la ECU 10 calcula la cantidad de aire captado por el motor a partir del mapa cuando el motor está en funcionamiento estacionario usando el grado de apertura de la válvula de mariposa TA detectado por el sensor de apertura de mariposa 17 y la velocidad de rotación del motor NE. La cantidad de aire facilitada por el mapa de TA y NE es un valor cuando el motor se hace funcionar de manera estacionaria en el estado convencional, y a menudo puede ser diferente de la cantidad de aire detectada realmente por el caudalímetro de aire 3. En la descripción siguiente, por tanto, el valor medido de la cantidad de aire captado (valor detectado por el caudalímetro de aire 3) está indicado por KLSM, y el valor de la cantidad de aire captado almacenada en el mapa como una función de TA y NE está indicado por KLTA para distinguirlas entre sí.
Tal como se describió anteriormente, la cantidad de aire captado realmente por el cilindro se fija en un momento en el que la válvula de admisión del cilindro está cerrada. En el funcionamiento real, además, la cantidad de aire (caudal) captado por el cilindro en un momento en el que se cierra la válvula de admisión, corresponde de manera más precisa a la cantidad de aire captado por el cilindro. Con el fin de suministrar el combustible al cilindro, sin embargo, el combustible debe inyectarse desde la válvula de inyección de combustible 7 mientras que la válvula de admisión se está abriendo, y la cantidad KL de aire captado debe calcularse antes de que se cierre la válvula de admisión. En esta realización, por tanto, se estima la cantidad de aire captado cuando se cierra la válvula de admisión (a continuación en el presente documento, la cantidad estimada de aire captado cuando se cierra la válvula de admisión se denomina KLFWD) usando los valores de KLTA y KLSM en el momento de inyección de combustible (cuando la válvula de admisión se está abriendo), y la cantidad de inyección de combustible TAU se calcula basándose en el valor de KLFWD estimado.
A continuación se describe un método de cómo calcular el valor de KLFWD.
El valor de la cantidad KLTA de aire captado durante el funcionamiento estacionario leído a partir del mapa usando TA y NE, cambia inmediatamente si cambia el grado de apertura de la válvula de mariposa TA o la velocidad de rotación del motor NE. Sin embargo, la cantidad KL real de aire captado no cambia inmediatamente al valor de KLTA que corresponde a los valores cambiados de TA y NE. En cambio, la cantidad KL real cambia tras un cierto tiempo de retardo.
La figura 2 es un diagrama que ilustra un cambio en la cantidad KL real de aire captado cuando el valor de KLTA del mapa de la cantidad de aire captado ha cambiado gradualmente debido a cambios en TA y NE. Cuando KLTA cambia gradualmente tal como se muestra en la figura 2, KL cambia de manera relativamente lenta y llega a KLTA que ha cambiado tras el paso de un periodo de tiempo dado. El comportamiento de KL puede aproximarse mediante una respuesta de retardo de primer orden en relación con el cambio en KLTA. Por consiguiente, puede calcularse la cantidad presente de aire captado a partir de la cantidad pasada de aire captado y el valor presente de KLTA usando el modelo de respuesta de retardo de primer orden. Es decir, si la cantidad presente de aire captado (valor calculado) está indicada por KLCRT, entonces, KLCRT puede expresarse usando la siguiente fórmula de respuesta de retardo de primer orden,
(2)KLCRT = KLCRT_{i-1} + (KLTA - KLCRT_{i-1}) \ x \ (1/N)
en la que KLCRT es la cantidad presente de aire captado (valor calculado), KLCRT_{i-1} es la cantidad de aire captado un tiempo \Deltat antes del tiempo presente, y KLTA es la cantidad de aire captado (valor del mapa) en un funcionamiento en estado estacionario determinada a partir del grado de apertura de la válvula de mariposa TA y la velocidad de rotación del motor NE presentes.
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Además, N es un coeficiente de ponderación y se expresa como N = T/\Deltat usando una constante de tiempo T de respuesta de retardo de primer orden y el tiempo \Deltat. La constante de tiempo T está determinada por el grado de apertura de la válvula de mariposa TA y la velocidad de rotación del motor NE, y se determina de antemano como una función de TA y NE mediante experimentación usando un motor real.
En esta realización, el cálculo de conformidad con la anterior fórmula (2) comienza en el arranque del motor usando un valor inicial de KLCRT = KLTA. Después, se repite el cálculo de la fórmula (2) tras cada periodo de tiempo \Deltat mientras que el motor está en funcionamiento con el fin de calcular la cantidad KLCRT presente de aire captado como resultado del cálculo secuencial desde el arranque del motor. Tal como resultará obvio a partir de la fórmula (2), cuando el motor funciona de manera estacionaria (es decir, funciona en un estado en el que KLTA permanece constante) durante algún periodo de tiempo, el valor de KLCRT concuerda con KLTA.
Aunque el valor de KLCRT calculado anteriormente representa la cantidad presente de aire captado, el valor que refleja con más precisión la cantidad de aire captado realmente por el cilindro es la cantidad de aire captado por cada cilindro cuando se cierra la válvula de admisión. Por tanto, con el fin de calcular con precisión la cantidad KL de aire captado, se desea llevar a cabo el cálculo usando la cantidad de aire captado cuando se cierra la válvula de admisión. Por otra parte, la cantidad KLCRT presente de aire captado se calcula aproximando la respuesta en la cantidad de aire captado por el sistema de respuesta de retardo de primer orden, tal como se muestra en la figura 2. Por tanto, si se supone que la cantidad KLCRT presente de aire captado se mantiene constante tras haber cambiado KLTA y, entonces, puede estimarse la cantidad de aire captado en un momento posterior al presente (el momento en el que se calcula KLCRT) repitiendo sucesivamente el cálculo de la fórmula (2) usando el mismo modelo de respuesta de retardo de primer orden. Es decir, una vez calculado KLCRT, puede calcularse la cantidad de aire captado tras haber transcurrido el tiempo \Deltat desde el presente ejecutando la fórmula (2) una vez usando el mismo valor de KLTA. Si el cálculo de la fórmula (2) se repite dos veces, puede calcularse la cantidad de aire captado tras el paso de 2 x \Deltat. En otras palabras, si el tiempo desde el momento presente (el momento en el que se calcula KLCRT) hasta cuando se cierra la válvula de admisión de cualquier cilindro a continuación, se indica mediante L, entonces, es posible calcular la cantidad de aire captado en el momento en el que se cierra la válvula de cualquier cilindro a continuación repitiendo el cálculo de la fórmula (2) L/\Deltat veces usando el KLTA presente con el valor presente de KLCRT como valor inicial. Aquí, si la cantidad calculada de aire captado cuando se cierra la válvula de admisión de cualquier cilindro se denomina KLVLV (véase la figura 4), entonces, puede calcularse KLVLV repitiendo secuencialmente,
100
El valor de KLTA usado para el cálculo secuencial anterior es un valor de mapa basándose en TA y NE presentes. Aquí, sin embargo, el valor de NE no cambia enormemente dentro de un corto periodo de tiempo. Por tanto, la precisión de estimación no disminuye mucho, aunque el cálculo se lleve a cabo usando la velocidad de rotación presente. Sin embargo, el valor de TA puede cambiar enormemente dentro de un corto periodo de tiempo durante el estado de funcionamiento transitorio (en el momento de aceleración rápida o desaceleración rápida). Por tanto, con el fin de aumentar la precisión para estimar KLVLV, si KLVLV se calcula a partir del valor presente de KLCRT mediante el cálculo secuencial anterior, se vuelve necesario calcular KLTA basándose no en el valor presente de TA sino en el valor del grado de apertura de la válvula de mariposa TA cuando se cierra la válvula de admisión.
En esta realización, por tanto, se estima con precisión el grado de apertura de la válvula de mariposa TA cuando se cierra la válvula de admisión basándose en el método de cálculo inverso con avance de fase propuesto en la publicación de patente japonesa no examinada (Kokai) n.º 10-169469 mencionada anteriormente.
Esta realización usa la válvula de mariposa controlada electrónicamente que está equipada con un actuador 16a independiente pero no está acoplada mecánicamente al pedal del acelerador. La ECU 10 lee la cantidad de depresión del pedal del acelerador del sensor de apertura del acelerador (no mostrado) dispuesto cerca del pedal del acelerador en un momento predeterminado, determina el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa basándose en la cantidad de depresión del pedal del acelerador, y acciona el actuador 16a de modo que el grado de apertura de la válvula de mariposa 16 se controla al grado de apertura objetivo. En esta realización, la ECU 10 calcula el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa TAG basándose en el grado de apertura presente del acelerador y, tras mantener el grado de apertura objetivo calculado durante un tiempo de retardo D predeterminado, emite el grado de apertura objetivo TAG al actuador 16a tras haber transcurrido el tiempo de retardo TAG. Es decir, el movimiento real de la válvula de mariposa se retarda en el tiempo D con respecto al funcionamiento del pedal del acelerador.
A continuación se describe el motivo para retardar el funcionamiento de la válvula de mariposa en el tiempo D.
La figura 3(A) es un diagrama que ilustra una relación entre el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa TAG y el cambio en el grado de apertura real de la válvula de mariposa. Incluso cuando el conductor cambia rápidamente la cantidad de depresión del pedal del acelerador (el grado de apertura del acelerador), el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa TAG cambia casi simultáneamente con el cambio en el grado de apertura del acelerador. Sin embargo, el grado de apertura real de la válvula de mariposa se retarda, mientras está cambiando, en una cantidad predeterminada posterior al grado de apertura objetivo TAG debido a un retardo en el funcionamiento del actuador 16a y debido a un retardo en la operación de control. Es decir, aunque el grado de apertura objetivo TAG haya cambiado rápidamente tal como se indica mediante una línea continua en la figura 3(A), el grado de apertura real de la válvula de mariposa TA cambia tal como se aproxima de manera aproximada mediante un retardo de primer orden posterior al cambio en TAG tal como se representa mediante la línea discontinua. Las características de la actuación de la válvula de mariposa se conocen en este caso. Por tanto, suponiendo que el grado de apertura objetivo haya cambiado gradualmente en un momento t_{0} tal como se muestra en la figura 3(A), puede estimarse con precisión el grado de apertura real de la válvula de mariposa tras haber transcurrido el tiempo L desde el presente mediante la aproximación de retardo de primer orden. Sin embargo, el grado de apertura objetivo TAG realmente no cambia gradualmente, sino que cambia incluso tras el momento t_{0}. Por tanto, si se estima el grado de apertura de la válvula de mariposa tras el paso del tiempo L basándose en el grado de apertura objetivo TAG en el momento t_{0}, entonces, no se refleja en la estimación un cambio en el grado de apertura objetivo TAG hasta el paso del tiempo L, cuando el grado de apertura objetivo TAG cambia rápidamente y, de ese modo, se produce un problema de una gran disminución en la precisión para estimar el grado de apertura de la válvula de mariposa.
En esta realización, por tanto, el funcionamiento de la válvula de mariposa se retarda intencionadamente en el tiempo D para aumentar la precisión para estimar el grado de apertura de la válvula de mariposa. La figura 3(B) es un diagrama que ilustra un caso en el que se retarda el funcionamiento de la válvula de mariposa en el tiempo D en relación con la figura 3(A). Suponiendo que el grado de apertura del acelerador AC comienza a cambiar en un momento t_{i}, se introduce el grado de apertura objetivo TAG correspondiente a un cambio en el grado de apertura del acelerador AC en el actuador de la válvula de mariposa, y la válvula de mariposa comienza la apertura en un momento (t_{0} en la figura 3(B)) tras haber transcurrido el tiempo D desde el momento t_{i}. En el momento t_{0}, ya se ha ajustado y se conoce el grado de apertura objetivo TAG tras el momento t_{i} hasta el momento t_{0}. Concretamente, si se considera basándose en el tiempo t_{0}, esto significa que se ha conocido en el momento t_{0} un cambio en el grado de apertura objetivo TAG desde el momento t_{0} hacia el futuro en el tiempo D (hasta el momento t_{1} en la figura 3(B). Por tanto, puede estimarse con precisión el grado de apertura de la válvula de mariposa desde el momento t_{0} hasta el momento t_{1} basándose en las características de funcionamiento de la válvula de mariposa y en el cambio en el grado de apertura objetivo TAG. Por tanto, si el momento en el que se cierra la válvula de un cilindro dado se encuentra dentro del tiempo D desde el momento t_{0} (es decir, antes del momento t_{1} en la figura 3(B)), puede estimarse el grado de apertura de la válvula de mariposa en un momento en el que la válvula se cierra en el cilindro con una precisión casi perfecta. Cuando el momento en el que se cierra la válvula del cilindro es posterior al momento t_{1}, se repite el mismo cálculo que el usado para la KLCRT mencionada anteriormente desde el momento t_{1}, con el fin de estimar de manera sumamente precisa el grado de apertura de la válvula de mariposa cuando se cierra la válvula de admisión.
El tiempo de retardo se ajusta para que sea tan corto (por ejemplo, de aproximadamente 50 a aproximadamente 100 milisegundos) que el conductor no pueda notar un retardo en el funcionamiento de la válvula de mariposa. Por tanto, un retardo en el funcionamiento de la válvula de mariposa no produce ningún problema desde el punto de vista del funcionamiento.
En esta realización, se estima con precisión el grado de apertura de la válvula de mariposa TA en un momento en el que se cierra la válvula de admisión de un cilindro siguiente, y se mide la cantidad KLVLV de aire captado cuando se cierra la válvula de admisión ejecutando el cálculo de la fórmula (3) mencionada anteriormente usando KLTA que se calcula a partir del valor estimado anterior y la velocidad de rotación presente usando el mapa.
La figura 4 es un diagrama que ilustra una relación entre las cantidades de aire captado. En esta realización tal como se entenderá a partir de la figura 4, se calcula la cantidad KLVLV de aire captado cuando se cierra la válvula de admisión basándose en el grado de apertura de la válvula de mariposa TAVLV de cuando se cierra la válvula de admisión, la velocidad de rotación del motor NE presente y la cantidad calculada de KLCRT presente de aire captado.
Tal como se describió anteriormente, el valor de KLVLV se basa en la cantidad KLCRT presente de aire captado que se calcula sucesivamente a partir del arranque del motor, y puede contener errores que acompañan al cálculo sucesivo de KLCRT.
En esta realización, por tanto, se mejora la precisión para estimar la cantidad de aire captado corrigiendo una desviación estacionaria contenida en el valor de KLVLV usando la cantidad real de aire captado medida por el caudalímetro de aire 3.
La figura 5 es un diagrama que ilustra el principio de corregir la desviación estacionaria. En la figura 5, las abscisas representan el tiempo y las ordenadas representan la cantidad de aire captado. Una curva A representa un cambio en la cantidad KLCRT de aire captado, y una curva B representa un cambio en la cantidad KLSM de de aire captado realmente tal como se mide por el caudalímetro de aire 3 con el paso del tiempo. La salida del caudalímetro de aire 3 se suaviza de manera que experimenta un cambio del retardo de primer orden, como el mostrado en la figura 2, a diferencia del cambio real en la cantidad de aire captado, para eliminar las componentes de fluctuación fina en la cantidad de aire captado realmente. Por tanto, se produce una diferencia que incluye no sólo la desviación estacionaria sino también el retardo de respuesta mencionado anteriormente entre la cantidad KLCRT de aire captado que se calcula y el valor medido (salida del caudalímetro de aire).
En la figura 5, además, una curva C representa una respuesta de retardo de primer orden que corresponde al retardo en la respuesta de salida del caudalímetro de aire en relación con la curva A (a continuación en el presente documento, la cantidad calculada de aire captado correspondiente al retardo en la respuesta de salida del caudalímetro de aire se denomina KLCRT4). Es decir, una diferencia (\DeltaD en la figura 4) entre la curva A y la curva C (KLCRT4) representa un retardo en la respuesta de salida del caudalímetro de aire. Por tanto, si la cantidad KLCRT calculada de aire captado no contiene una diferencia estacionaria, la salida del caudalímetro de aire 3 cambia tal como se representa mediante la curva C (KLCRT4) en la figura 5 y así, una diferencia (\DeltaKLD en la figura 5) entre la curva C y la curva B (salida KLSM real del caudalímetro de aire 3) representa una desviación estacionaria contenida en la cantidad KLCRT calculada de aire captado.
Además, la curva C (KLCRT4) en la figura 5 representa características de retardo de primer orden con respecto a la curva A (KLCRT) y puede obtenerse así, repitiendo un cálculo de la misma como el de la fórmula (2) mencionada anteriormente.
La desviación estacionaria \DeltaKLD contenida en KLCRT se expresa como \DeltaKLD = KLCRT4 - KLSM (figura 5). La desviación estacionaria \DeltaKLD es un valor casi constante. Por tanto, se expresa el valor de KLVLV obtenido corrigiendo la desviación, es decir, la cantidad KLFWD estimada de aire captado cuando se cierra la válvula de admisión usada para calcular la cantidad de aire captado, se expresa como,
(4)KLFWD = KLVLV - \Delta KLD = KLVLV - KLCRT4 + KLSM
En esta realización, se calcula la cantidad de inyección de combustible usando el valor de KLFWD que se calcula tal como se describió anteriormente.
En el motor de sincronización variable de válvulas, el valor de KLTA usado para calcular KLFWD varía dependiendo no sólo de TA y NE sino también de la sincronización de válvulas del motor. Habitualmente, la sincronización de válvulas del motor VT se determina basándose en la cantidad KLSM de aire captado medida realmente por el caudalímetro de aire 3 y en la velocidad de rotación del motor NE. Por tanto, incluso cuando TA y NE siguen siendo iguales, el valor de KLTA varía cuando VT varía. Tal como se describió anteriormente, por otra parte, la sincronización de válvulas VT se determina basándose en la velocidad de rotación del motor NE y en la cantidad KLSM de aire captado realmente y así varía cuando varía la cantidad de aire captado realmente. Por tanto, se produce una diferencia entre el valor de KLFWD estimado calculado anteriormente y la cantidad de aire captado realmente cuando se cierra la válvula de admisión, excepto cuando el cambio en VT es insignificantemente pequeño y esto produce un problema de una disminución en la precisión para estimar KLFWD.
En una primera realización descrita a continuación, por tanto, se ajusta la sincronización de válvulas VT basándose en el grado de apertura de la válvula de mariposa TA sin usar la cantidad de aire captado por el motor, que está sometido a cambio dependiendo del valor de VT, en la determinación de la sincronización de válvulas del motor VT.
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1. Primera realización
En esta realización, se estima el grado de apertura real de la válvula de mariposa cuando se cierra la válvula de admisión en un cilindro de la válvula de admisión que va a cerrarse a continuación, basándose en el método mencionado anteriormente, y se estima la sincronización de válvulas real del motor cuando se cierra la válvula de admisión basándose en el grado de apertura estimado anterior de la válvula de mariposa y en las características de funcionamiento del dispositivo de sincronización variable de válvulas 50. Entonces, se estima la cantidad KLFWD de aire captado por el motor cuando se cierra la válvula de admisión del cilindro usando el grado de apertura de la válvula de mariposa estimado cuando se cierra la válvula de admisión, la sincronización de válvulas estimada y la velocidad de rotación presente del motor.
A continuación se describe un procedimiento para estimar KLFWD.
La figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento para estimar la cantidad de aire captado cuando se cierra la válvula de admisión. La operación de la figura 6 se ejecuta cada vez que se calcula la cantidad de inyección de combustible para el cilindro mediante la ECU 10.
(1) Cuando comienza la operación, la ECU 10, en primer lugar, calcula en la etapa 601 el tiempo Tv (milisegundos) desde el presente hasta que se cierra la válvula de admisión en un cilindro en el que va a cerrarse la válvula de admisión a continuación basándose en la velocidad de rotación del motor y el ángulo de rotación del cigüeñal presentes.
(2) A continuación, en la etapa 603, se estima el grado de apertura real de la válvula de mariposa en cada momento en el periodo desde el presente hasta que transcurre el tiempo D basándose en el grado de apertura presente de la válvula de mariposa TA_{0} detectado por el sensor de apertura de la válvula de mariposa 17 y en el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa TAG en el periodo desde un momento en el tiempo D antes del presente hasta el presente. Las características de funcionamiento de la válvula de mariposa pueden aproximarse mediante el retardo de respuesta de primer orden. Por tanto, puede expresarse el cambio en el grado de apertura real de la válvula de mariposa TA en relación con el cambio en el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa TAG mediante la fórmula siguiente similar a la fórmula (2) mencionada anteriormente,
1
en la que los subíndices i, i+1, - - -, D-1 y D representan valores en cada momento en el periodo desde el presente hasta que transcurre el momento del tiempo D en un intervalo de \Deltat, y NT es un coeficiente de ponderación determinado por las características de funcionamiento de la válvula de mariposa 16 y se determina a través de experimentación.
En esta realización, la ECU 10 ejecuta por separado la operación para leer el grado de apertura del acelerador AC a intervalos de tiempo regulares (para cada \Deltat) para ajustar el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa TAG basándose en una relación determinada de antemano dependiendo del valor de AC, y ejecuta la operación de retardo para mantener el grado de apertura objetivo durante un periodo de tiempo D prefijado y para enviarlo al actuador 16a de la válvula de mariposa. En el momento presente, por tanto, se han determinado y se conocen todos los grados de apertura objetivo TAG_{i} introducidos en el actuador de la válvula de mariposa en cada momento en el periodo desde el presente hasta el momento en el que transcurre el tiempo D. Usando estos valores conocidos, por tanto, pueden calcularse los valores de TAG_{i}, TAG_{i+1}, - - - - -, TAG_{D-1}, TAG_{D} de conformidad con la formula (5) anterior. Por tanto, se calcula con precisión el grado de apertura de la válvula de mariposa TA_{i} en cada momento desde el presente hasta que transcurre el tiempo D.
(3) En la etapa 605, se considera si el tiempo Tv hasta que se cierra la válvula calculado en la etapa 601 se encuentra en algún punto entre ahora y el tiempo D. Cuando se encuentra en algún punto antes del tiempo D, es decir, cuando
D \geq Tv, se ajusta el grado de apertura de la válvula de mariposa TA_{i} en un momento correspondiente al transcurso del tiempo Tv desde ahora, a partir de los grados de apertura de la válvula de mariposa TA_{i} en cada uno de los momentos calculados en la etapa 603 como el grado de apertura estimado de la válvula de mariposa TAv de cuando se cierra la válvula.
Cuando D < Tv, por otra parte, se repite adicionalmente la formula (5) anterior hasta que se cierra la válvula de admisión (hasta que transcurre Tv) para estimar el grado de apertura de la válvula de mariposa TAv de cuando se cierra la válvula de admisión. En este caso, no se conoce el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa TAG tras el transcurso del tiempo D en el momento presente. Por tanto, se usa el siguiente valor estimado mediante extrapolación lineal como el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa tras el transcurso del periodo D.
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Cuando el tiempo T_{v} hasta que se cierra la válvula de admisión es más largo que el tiempo D, se estima el grado de apertura de la válvula de mariposa de cuando se cierra la válvula de admisión repitiendo el cálculo de la fórmula (5) desde el transcurso del tiempo D hasta el transcurso de T_{v} usando el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa TAG_{i} que se estima tal como se describió anteriormente durante el periodo tras el paso del tiempo D hasta que transcurre T_{v}.
(4) En la etapa 607, se estima un valor objetivo VTG de la sincronización de válvulas del motor VT de cuando se cierra la válvula de admisión basándose en el grado de apertura estimado de la válvula de mariposa TA_{v} de cuando se cierra la válvula de admisión calculado en la etapa 605 y en la velocidad de rotación del motor NE presente.
El valor objetivo VTG de la sincronización de válvulas del motor se ha fijado hasta ahora basándose en la cantidad de aire captado por una revolución del motor 1 y la velocidad de rotación del motor. Sin embargo, la cantidad de aire captado varía dependiendo incluso de la sincronización de válvulas VT. Según el método convencional de ajuste de la sincronización de válvulas, por tanto, la sincronización de válvulas VT no se determina a menos que se determine la cantidad de aire captado. Por tanto, no es aceptable usar el método convencional de ajustar la sincronización de válvulas en la realización de la invención, en la que se tiene en cuenta el efecto de la sincronización de válvulas, en la estimación de la cantidad de aire captado cuando se cierra la válvula de admisión. En esta realización, por tanto, se ajusta el valor objetivo de la sincronización de válvulas VT usando el grado de apertura de la válvula de mariposa TA en lugar de la cantidad de aire captado. Es decir, en esta realización, se hallan sincronizaciones de válvulas VT óptimas de antemano a través de experimentación, mientras se cambia la combinación de la velocidad de rotación del motor NE y el grado de apertura de la válvula de mariposa TA. Las sincronizaciones de válvulas VT óptimas se almacenan en la ROM 104 en la ECU 10 en forma de un mapa numérico bidimensional usando NE y TA, y se ajusta un VTG de sincronización de válvulas objetivo a partir del mapa numérico basándose en los valores de NE y TA reales cuando el motor está en funcionamiento.
En esta realización, se estima la sincronización de válvulas VT real de cuando se cierra la válvula de admisión usando el mapa numérico de VTG de sincronizaciones de válvulas objetivo.
Es decir, cuando el cambio en la velocidad de rotación del motor NE desde ahora hasta cuando se cierra la válvula de admisión es insignificantemente pequeño, puede hallarse el VTG_{v} de sincronización de válvulas objetivo de cuando se cierra la válvula de admisión a partir del mapa anterior usando la velocidad de rotación del motor NE presente y el grado de apertura estimado de la válvula de mariposa TA_{v} de cuando se cierra la válvula de admisión. En la práctica, sin embargo, el mecanismo de sincronización variable de válvulas 50 implica un retardo en la respuesta en el funcionamiento, y se retarda el cambio real en la sincronización de válvulas VT a partir del cambio en el VTG de sincronización de válvulas objetivo. Las características de retardo del funcionamiento del mecanismo de sincronización variable de válvulas real pueden aproximarse mediante la respuesta de retardo de primer orden.
En esta realización, por tanto, se halla la sincronización de válvulas VT real de cuando se cierra la válvula de admisión repitiendo el mismo cálculo que la fórmula (2) mencionada anteriormente,
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en la que VT_{v} es una sincronización de válvulas VT estimada de cuando se cierra la válvula de admisión, y VTG_{v} es una sincronización de válvulas objetivo determinada a partir del mapa de sincronizaciones de válvulas objetivo basándose en el grado de apertura estimado de la válvula de mariposa TA_{v} calculado en la etapa 605 y la velocidad de rotación del motor NE presente (es decir, la sincronización de válvulas objetivo estimada de cuando se cierra la válvula de admisión). En la fórmula anterior, además, NV es un coeficiente de ponderación determinado a partir de las características de funcionamiento del mecanismo de sincronización variable de válvulas, y se determina a través de experimentación. Repitiendo el cálculo de la fórmula (7), por tanto, se hace posible en el tiempo presente estimar con precisión la sincronización de válvulas de cuando se cierra la válvula de admisión tras el transcurso del tiempo T_{v}.
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En esta realización, se determina el VTG de la sincronización de válvulas del motor objetivo mediante la velocidad de rotación del motor NE y mediante el grado de apertura de la válvula de mariposa VA únicamente. En la práctica, sin embargo, incluso cuando el grado de apertura de la válvula de mariposa TA, la velocidad de rotación del motor NE y la sincronización de válvulas VT siguen siendo iguales, la cantidad de aire captado por el motor varía cuando cambia la presión atmosférica (altitud). Por tanto, con el fin de hacer que la cantidad de aire captado por el motor se convierta siempre en el mismo valor cuando el grado de apertura de la válvula de mariposa TA y la velocidad de rotación del motor NE siguen siendo iguales, debe corregirse la sincronización de válvulas VT dependiendo de la presión atmosférica (altitud). En esta realización, se preparan de antemano los mapas de VTG de sincronizaciones de válvulas objetivo basándose en los NE y TA mencionados anteriormente a las diversas presiones atmosféricas, y se usa un mapa de VTG de sincronizaciones de válvulas objetivo correspondientes a la presión atmosférica realmente medida o calculada durante el funcionamiento del motor. Por tanto, incluso cuando cambia la presión atmosférica, se calcula con precisión la cantidad de aire captado por el motor.
(5) A continuación, en la etapa 609 en la figura 6, se calcula la cantidad KLFWD de aire captado cuando se cierra la válvula de admisión usando el grado de apertura estimado de la válvula de mariposa TA_{v} de cuando se cierra la válvula de admisión y la velocidad de rotación del motor NE presente. La cantidad KLFWD se calcula de conformidad con las fórmulas (2) a (4) mencionadas anteriormente usando el grado de apertura estimado de la válvula de mariposa de cuando se cierra la válvula de admisión TA_{v}.
Por tanto, se hace posible estimar con precisión la cantidad de aire captado por el motor cuando se cierra la válvula de admisión calculando la cantidad de inyección de combustible para cada uno de los cilindros, y ajustar la cantidad de inyección de combustible que cumple las condiciones de funcionamiento del motor.
(6) El momento de ignición del motor se calcula en la etapa 611 en la figura 6. El momento de ignición del motor óptimo varía dependiendo de la velocidad de rotación del motor NE, de la cantidad (carga) KL de aire captado y de la sincronización de válvulas VT. En el motor de sincronización variable de válvulas convencional, era difícil estimar con precisión la cantidad de aire captado cuando se cierra la válvula de admisión y la sincronización de válvulas. Durante el funcionamiento transitorio, por tanto, el momento de ignición a menudo se desviaba del valor óptimo y esto da como resultado el deterioro de la combustión. En esta realización, por otra parte, la sincronización de válvulas VT_{v} y la cantidad KLFWD de aire captado cuando se cierra la válvula de admisión, pueden estimarse con precisión en las etapas 607 y 609. En esta realización, por tanto, se ajusta el momento de ignición que corresponde con precisión al estado de funcionamiento real, usando la cantidad KLFWD de aire captado, la sincronización de válvulas VT_{v} y la velocidad de rotación del motor NE presente estimadas anteriormente. Incluso durante el estado de funcionamiento transitorio, por tanto, el momento de ignición no se desvía del valor óptimo y se impide que la combustión se deteriore durante el funcionamiento transitorio.
A continuación, se describe ahora otra realización de la presente invención.
En la realización mencionada anteriormente, se retarda el funcionamiento de la válvula de mariposa en el tiempo D con el fin de estimar con precisión el grado de apertura de la válvula de mariposa de cuando se cierra la válvula de admisión mediante el cálculo inverso con avance de fase. Habitualmente, el tiempo de retardo D se ajusta de tal manera que la válvula de admisión del cilindro se cierre antes de que transcurra el tiempo D desde el momento en el que se calcula la cantidad de inyección de combustible en un intervalo de velocidad normal del motor, con el fin de mejorar la precisión para estimar el grado de apertura de la válvula de mariposa. Sin embargo, cuando se ajusta el tiempo de retardo para que sea constante, se produce un cambio en la posición de rotación del cigüeñal en el que la válvula de mariposa comienza a funcionar en respuesta a un cambio cuando se cambia el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa. Cuando varía el ángulo de cigüeñal en el que la válvula de mariposa comienza a funcionar, es decir, cuando varía la posición de rotación del cigüeñal (ángulo de rotación) en el que la cantidad de aire captado comienza a cambiar, también varía la posición en el ciclo de carrera de cada cilindro en el que la cantidad de aire captado comienza a cambiar. Por tanto, la cantidad de aire captado realmente por el motor resulta ligeramente afectada por un cambio en el grado de apertura de la válvula de mariposa. En particular, cuando cambia enormemente el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa debido a un paso del funcionamiento estacionario al funcionamiento transitorio, a menudo puede aparecer dispersión en la medición de la cantidad de aire captado si se produce un cambio en la cantidad de aire captado en diferentes posiciones del ciclo de carrera en el cilindro. El efecto se vuelve particularmente significativo cuando la velocidad de rotación es baja, tal como durante el funcionamiento al ralentí del motor. En las realizaciones descritas más adelante, por tanto, se mejora la precisión para estimar la cantidad de aire captado haciendo que la válvula de mariposa comience a funcionar a una sincronización particular de un cilindro particular cuando cambia el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa tal como cuando se pasa del funcionamiento estacionario al funcionamiento transitorio.
A continuación se describe el cambio de la sincronización en que la válvula de mariposa comienza a funcionar según las realizaciones. En un estado en el que el cambio en el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa es pequeño, tal como en el estado de funcionamiento al ralentí o en el estado de funcionamiento estacionario, la ECU 10 mantiene el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa calculado basándose en la cantidad de funcionamiento del pedal del acelerador durante un tiempo de retardo D predeterminado y lo envía al actuador de la válvula de mariposa tras haber pasado el tiempo de retardo D, tal como se explica en la primera realización.
Sin embargo, cuando el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa cambia bruscamente tales como cuando el funcionamiento estacionario pasa al funcionamiento transitorio, la ECU 10 cambia el tiempo para mantener el grado de apertura objetivo calculado y, por tanto, cambia el tiempo de retardo en que la válvula de mariposa comienza la apertura a una sincronización particular en un ciclo de carrera de un cilindro particular (por ejemplo, un primer cilindro).
Es decir, cuando el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa calculado esta vez está cambiando en más de una cantidad predeterminada en comparación con el valor calculado la vez anterior, la ECU 10 considera si el momento de esta vez es para cambiar el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa, es decir, si se continuaba el funcionamiento estacionario hasta la vez anterior cambiando un poco el grado de apertura objetivo. Cuando el momento de esta vez es para cambiar el grado de apertura objetivo, es decir, para iniciar el funcionamiento transitorio, la ECU 10 calcula entonces el tiempo T_{R} hasta que el ciclo de carrera del cilindro particular llega a una sincronización particular basándose en la velocidad de rotación del motor y en el ángulo de cigüeñal, y cambia el tiempo (tiempo de retardo) para mantener el grado de apertura objetivo calculado esta vez dentro de T_{R}. Entonces, el grado de apertura objetivo justo después de haber cambiado se envía al actuador de la válvula de mariposa cuando el ciclo de carrera del cilindro particular ha llegado a una sincronización particular, de modo que la válvula de mariposa comienza la apertura a partir de la sincronización particular. Aquí, el tiempo de retardo se cambia de manera que la válvula de mariposa comienza a funcionar a la sincronización particular del cilindro particular sólo una vez justo después de que haya cambiado la velocidad de rotación objetivo. Después, el tiempo de retardo se ajusta a un valor D constante.
A continuación se describe una realización para seleccionar una sincronización particular en el ciclo de carrera del cilindro particular para la que comienza a funcionar la válvula de mariposa.
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2. Segunda realización
En la segunda realización de la invención, se ajusta la sincronización a la que la válvula de mariposa comienza a funcionar, cuando ha cambiado el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa, teniendo en cuenta el retardo de la respuesta en el sistema de admisión, de modo que el aire de admisión que ha pasado a través de la válvula de mariposa llega a un cilindro particular cuando la válvula de admisión del cilindro particular (por ejemplo, el primer cilindro) se eleva hasta su grado máximo y cuando ha cambiado el grado de apertura de la válvula de mariposa.
En un motor de varios cilindros, en general, existe un periodo en el que se solapan los periodos de apertura de la válvula de admisión de dos o más cilindros. En tal periodo, se capta aire por dos o más cilindros, y la cantidad de aire captado tal como se mide por el caudalímetro de aire puede aumentar temporalmente. En este periodo, por tanto, la cantidad de aire que llena el cilindro puede no corresponder necesariamente a la cantidad de aire captado tal como se mide por el caudalímetro de aire. Por tanto, puede disminuir la precisión de estimación si la cantidad mencionada anteriormente del aire de admisión se estima durante el periodo en el que se están solapando los periodos de apertura de la válvula de admisión de una pluralidad de cilindros durante el funcionamiento transitorio.
En el motor de varios cilindros, por otra parte, cuando la válvula de admisión se eleva hasta un grado máximo en un cilindro, las válvulas de admisión de los otros cilindros están casi completamente cerradas. En este periodo, por tanto, si se permite que llegue al cilindro el aire de admisión en un momento en el que ha comenzado a cambiar el grado de apertura de la válvula de mariposa, se evita la interferencia con el aire de admisión de otros cilindros, y la cantidad de aire de admisión medida por el caudalímetro de aire concuerda con precisión con la cantidad de aire que llena realmente el cilindro. En esta realización, por tanto, se ajusta la sincronización a la que la válvula de mariposa comienza a funcionar de modo que el aire de admisión que ha pasado a través de la válvula de mariposa en el inicio del funcionamiento de la válvula de mariposa llega al cilindro particular cuando la válvula de admisión de ese cilindro particular se eleva hasta un grado máximo teniendo en cuenta el retardo de respuesta en el sistema de admisión (es decir, el tiempo hasta que el aire de admisión que ha pasado a través de la válvula de mariposa llega al cilindro particular).
Es decir, tras haber calculado el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa basándose en la cantidad de funcionamiento del pedal del acelerador, la ECU 10 considera si ha comenzado el funcionamiento transitorio tal como la aceleración o similar basándose en el grado de apertura objetivo que se calcula. Cuando, por ejemplo, el grado de apertura objetivo calculado esta vez se desvía en más de una cantidad predeterminada del grado de apertura objetivo calculado la vez anterior, puede considerarse por tanto que ha comenzado el funcionamiento transitorio. Cuando se considera que ha comenzado el funcionamiento transitorio, la ECU 10, considera entonces si se logra primero el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa presente tras el inicio del funcionamiento transitorio. Por ejemplo, cuando no hay cambio en el grado de apertura objetivo hasta la vez anterior, sino que el grado de apertura objetivo está cambiando esta vez en más de un valor predeterminado, puede considerarse por tanto que el grado de apertura objetivo calculado esta vez es el primero tras el inicio del funcionamiento transitorio.
Cuando el grado de apertura objetivo calculado esta vez es el primero tras el inicio del funcionamiento transitorio, la ECU 10 calcula el tiempo T_{R} hasta que la válvula de admisión del cilindro particular se eleva casi hasta su grado máximo basándose en la velocidad de rotación del motor y en el ángulo de cigüeñal presente. La ECU 10, entonces, calcula el tiempo de retardo de respuesta t_{d} del sistema de admisión determinado a partir de la cantidad presente de aire captado por el motor (caudal de admisión), y ajusta el tiempo para que se mantenga que el grado de apertura objetivo calculado esta vez sea (T_{R} - t_{d}). Por tanto, cuando transcurre (T_{R} - t_{d}) desde el presente, el grado de apertura objetivo se envía al actuador de la válvula de mariposa, y la válvula de mariposa comienza a funcionar. El aire de admisión que ha pasado a través de la válvula de mariposa, es decir, el aire de admisión correspondiente a un momento en el que el caudal comienza a cambiar, pasa a través de la válvula de mariposa y llega al cilindro particular en el que la válvula de admisión se eleva casi hasta su grado máximo tras el transcurso del tiempo t_{d}. Por tanto, casi toda la cantidad de aire que ha pasado a través de la válvula de mariposa se llena en el cilindro particular, y la cantidad de aire captado por el motor tal como se mide por el caudalímetro de aire 3 corresponde casi a la cantidad de aire que llena el cilindro particular. Por tanto, se hace posible estimar con precisión la cantidad de aire captado desde el inicio del funcionamiento transitorio.
En este caso, además, el tiempo de retardo se cambia para cumplir la sincronización particular del cilindro particular sólo una vez justo después del inicio del funcionamiento transitorio. Desde la vez siguiente en adelante, el tiempo de retardo se ajusta de nuevo para que sea un valor D constante.
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3. Tercera realización
En esta realización, como en la segunda realización, la sincronización a que la válvula de mariposa comienza a funcionar se controla de manera que el aire de admisión que ha pasado a través de la válvula de mariposa al inicio de la operación llega al cilindro particular cuando su válvula de admisión se eleva hasta el grado máximo cuando se pasa del funcionamiento estacionario, tal como funcionamiento al ralentí, al funcionamiento transitorio. En esta realización, sin embargo, cuando el grado de apertura de la válvula de mariposa cambia bruscamente, la válvula de mariposa comienza a funcionar a una sincronización en la que la válvula de admisión se eleva hasta su grado máximo en un cilindro del que se eleva la válvula de admisión, en primer lugar, hasta el grado máximo tras el paso de un periodo de tiempo predeterminado sin esperar una sincronización en la que la válvula de admisión se eleva hasta el grado máximo en el cilindro particular.
Concretamente, en el caso de una aceleración normal desde el funcionamiento al ralentí en esta realización, la sincronización a la que la válvula de mariposa comienza a funcionar concuerda con la sincronización particular en el cilindro particular. En este caso, el tiempo de retardo desde cuando el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa ha cambiado hasta cuando la válvula de mariposa comienza a moverse, se vuelve largo o corto dependiendo de una fase de cigüeñal en un momento en el que ha cambiado el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa. Durante la aceleración suave normal, este tiempo de retardo no afecta al funcionamiento. En el caso, por ejemplo, de aceleración brusca, sin embargo, no es deseable un aumento del retardo en el funcionamiento de la válvula de mariposa. En esta realización, por tanto, cuando ha cambiado enormemente el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa debido a aceleración brusca o similar, la válvula de mariposa comienza a funcionar a una sincronización en la que la válvula de admisión se eleva hasta su grado máximo en un cilindro del que se eleva la válvula de admisión, en primer lugar, hasta un grado máximo tras el paso de un periodo de tiempo predeterminado sin esperar una sincronización en la que la válvula de admisión se eleva hasta el grado máximo en el cilindro particular. Cuando el estado de funcionamiento cambia bruscamente, por tanto, la válvula de mariposa funciona dentro de un corto periodo de tiempo y pueden obtenerse buenas características de respuesta para la aceleración.
Se considera si el estado de funcionamiento cambia bruscamente basándose en la cantidad de cambio en el grado de apertura objetivo. Es decir, tras haber calculado el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa basándose en la cantidad de funcionamiento del pedal del acelerador, la ECU 10 considera si el grado de apertura objetivo calculado a continuación ha cambiado desde la vez anterior en más de una cantidad predeterminada. Cuando el grado de apertura objetivo cambia en más de la cantidad predeterminada, se considera si se alcanza en primer lugar el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa esta vez tras el inicio del funcionamiento transitorio. El funcionamiento hasta este punto es el mismo que el de la segunda realización descrita anteriormente. En esta realización, sin embargo, el grado de apertura objetivo cambia en más de la cantidad predeterminada. Cuando el grado de apertura objetivo calculado esta vez es el primero tras el inicio del funcionamiento transitorio, entonces se considera si la cantidad de cambio del grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa calculado esta vez con respecto a la de la vez anterior, es mayor que un segundo valor predeterminado que es mayor que el valor predeterminado anterior. Cuando el cambio en el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa es menor que el segundo valor predeterminado, el cambio en el grado de apertura de la válvula de mariposa es relativamente suave. Como en la segunda realización, por tanto, se ajusta el tiempo de retardo (T_{R} - t_{d}) teniendo en cuenta el retardo de respuesta en el sistema de admisión, de modo que el aire de admisión que ha pasado al inicio del funcionamiento de la válvula de mariposa llegará al cilindro particular cuando la válvula de admisión se eleva hasta su grado máximo.
Cuando la cantidad de cambio en el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa es mayor que el segundo valor predeterminado, por otra parte, el estado de funcionamiento cambia enormemente y la válvula de mariposa debe hacerse funcionar rápidamente. En este caso, por tanto, la ECU 10 considera un cilindro en el que la válvula de admisión se eleva hasta su grado máximo en primer lugar tras el paso de un periodo de tiempo predeterminado (casi el tiempo de retardo D normal) basándose en la velocidad de rotación del motor y en el ángulo de cigüeñal presente, calcula el tiempo requerido para que la válvula de admisión de este cilindro se eleve hasta su grado máximo, y ajusta este tiempo para que sea T_{R}. La ECU 10 calcula además el tiempo de retardo de respuesta t_{d} en el sistema de admisión determinado a partir de la cantidad presente de aire (caudal de admisión) captado por el motor, y ajusta el tiempo para que se mantenga que el grado de apertura objetivo calculado esta vez sea (T_{R} - t_{d}). Por tanto, cuando el tiempo (T_{R} - t_{d}) transcurre desde ahora, el grado de apertura objetivo se emite al actuador de la válvula de mariposa, y la válvula de mariposa comienza a funcionar. El aire de admisión que ha pasado a través de la válvula de mariposa, es decir, el aire de admisión correspondiente a un momento en el que el caudal comienza a cambiar, llega al cilindro en el que la válvula de admisión se eleva hasta su grado máximo en primer lugar, tras el transcurso de un periodo de tiempo predeterminado cuando la válvula de admisión se eleva casi hasta su grado máximo. Por tanto, casi toda la cantidad de aire que ha pasado a través de la válvula de mariposa se llena en el cilindro particular, y la cantidad de aire captado por el motor tal como se mide por el caudalímetro de aire 3 corresponde casi a la cantidad de aire que llena este cilindro. Por tanto, se hace posible estimar con precisión la cantidad de aire captado desde el inicio del funcionamiento transitorio sin deteriorar las características de respuesta frente a un cambio brusco en las condiciones de funcionamiento.
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4. Cuarta realización
En esta realización, la válvula de mariposa se hace funcionar para impedir que el motor se cale cuando se ejerce repentinamente una carga durante el funcionamiento al ralentí del motor debido al arranque de equipo auxiliar tal como el aire acondicionado. En la tercera realización mencionada anteriormente, el tiempo de retardo se acorta en caso de una rápida aceleración desde el funcionamiento estacionario para impedir el deterioro en las características de respuesta sin producir una disminución en la precisión para estimar la cantidad de aire captado. Al impedirse el calado de un motor durante el funcionamiento al ralentí, sin embargo, un funcionamiento retardado de la válvula de mariposa hace que el motor se cale o hace que la velocidad de rotación cambie enormemente cuando la velocidad de rotación del motor disminuye bruscamente. En esta realización, por tanto, cuando se hace funcionar la válvula de mariposa para evitar un calado durante el funcionamiento al ralentí, accionar la válvula de mariposa simultáneamente con el cambio en el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa tiene prioridad sobre el mantenimiento de la precisión para estimar la cantidad de aire captado. Esto evita el calado del motor durante el funcionamiento al ralentí.
En este caso, durante el funcionamiento al ralentí normal, la ECU estima la cantidad de aire captado al ejecutar el cálculo inverso con avance de fase basándose en el retardo en el funcionamiento de la válvula de mariposa de la realización 2 ó 3 mencionadas anteriormente. Con la detección del arranque del equipo auxiliar durante el funcionamiento al ralentí o con la detección de que la velocidad de rotación del motor disminuyó hasta un valor inferior al valor predeterminado, sin embargo, la ECU 10 aumenta el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa desde el valor presente en una cantidad predeterminada independientemente de la cantidad de funcionamiento del pedal del acelerador, ajusta el tiempo (tiempo de retardo) para mantener el grado de apertura objetivo en 0 y envía inmediatamente el grado de apertura objetivo al actuador de la válvula de mariposa. La válvula de mariposa, entonces, comienza inmediatamente a funcionar, impide la aparición del calado del motor producido por una disminución en la velocidad de rotación del motor.
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5. Quinta realización
En esta realización, cuando se pasa del funcionamiento estacionario al funcionamiento transitorio, el tiempo de retardo se ajusta de modo que la válvula de mariposa comienza a funcionar a una sincronización particular de un cilindro particular y, de ese modo, el aire de admisión que ha pasado a través de la válvula de mariposa cuando comienza a cambiar llega al cilindro particular a una sincronización en la que la velocidad de descenso del pistón durante la carrera de admisión del cilindro particular se convierte en un máximo.
El momento en el que la velocidad de descenso del pistón durante la carrera de admisión se convierte en un máximo es un momento en el que el caudal de aire captado por el cilindro se convierte en el mayor (la tasa de llenado de aire se convierte en la mayor). Por tanto, el periodo cerca del momento en el que la velocidad de descenso del pistón se convierte en el máximo está menos afectado por las carreras de admisión de otros cilindros. Por tanto, es posible medir con precisión la cantidad de aire captado por el motor excluyendo la interferencia con la admisión por otros cilindros permitiendo que el aire de admisión que ha pasado a través de la válvula de mariposa llegue al cilindro particular en un momento en el que la cantidad de aire captado comienza a cambiar teniendo en cuenta el retardo de respuesta en el sistema de admisión como en las realizaciones mencionadas anteriormente.
6. Sexta realización
En esta realización, cuando se pasa del funcionamiento estacionario al funcionamiento transitorio, el tiempo de retardo se ajusta de modo que la válvula de mariposa comienza a funcionar a una sincronización particular de un cilindro particular y, de ese modo, el aire de admisión que ha pasado a través de la válvula de mariposa cuando comienza a cambiar llega al cilindro particular en un momento distinto al periodo de solapamiento de válvulas en el que se abren tanto la válvula de admisión como la válvula de escape.
Durante el periodo de solapamiento de válvulas en el que se abren tanto la válvula de admisión como la válvula de escape, se produce una purga del gas quemado hacia la lumbrera de admisión; es decir, el gas quemado de alta presión en el cilindro fluye de vuelta a través de la válvula de admisión hacia la lumbrera de admisión. Durante este periodo, por tanto, no se capta aire por el cilindro. Cuando el aire de admisión tras haber comenzado a cambiar llega al cilindro particular durante el periodo de solapamiento de válvulas, por tanto, la cantidad de aire captado por el cilindro no se corresponde menudo con precisión con la cantidad de aire captado por el motor. En esta realización, el error debido a la purga del gas quemado puede eliminarse de la medición de la cantidad de aire captado permitiendo así que el aire de admisión que ha pasado a través de la válvula de mariposa cuando comienza a cambiar su grado de apertura llegue al cilindro particular en un momento distinto al periodo de solapamiento de válvulas del cilindro particular.
Las realizaciones segunda, quinta y sexta mencionadas anteriormente han ilustrado cómo seleccionar la sincronización para accionar la válvula de mariposa en el cilindro particular. Seleccionando la sincronización para accionar la válvula de mariposa del cilindro particular tal como se describió anteriormente, se hace posible eliminar un error de la cantidad medida de aire captado. En las realizaciones mencionadas anteriormente, sin embargo, el funcionamiento a menudo resulta ligeramente afectado dependiendo de qué cilindro del motor se selecciona como cilindro particular. La siguiente realización explica qué cilindro ha de seleccionarse como el cilindro particular.
7. Séptima realización
Esta realización selecciona, como cilindro particular, el cilindro que no desarrolla inmediatamente detonación durante un funcionamiento transitorio. La detonación durante el funcionamiento transitorio se produce debido a un retardo en el retraso del momento de ignición en comparación con el aumento en la cantidad de aire que llena el cilindro. Además, un motor de varios cilindros incluye cilindros en los que se produce fácilmente detonación y cilindros en los que no se produce fácilmente detonación debido a la disposición de los cilindros. En esta realización, los cilindros en los que no se produce fácilmente detonación durante el funcionamiento transitorio se especifican de antemano a través de experimentación, y estos cilindros se ajustan como los cilindros particulares. Mientras se está pasando al funcionamiento transitorio, por tanto, los cilindros en los que no se produce fácilmente detonación se llenan en primer lugar con
el aire de admisión y, de ese modo, puede eliminarse la aparición de detonación durante el funcionamiento transitorio.
8. Octava realización
Esta realización selecciona, como cilindro particular, el cilindro a partir del cual el gas de escape incide más eficazmente en el sensor de la relación aire-combustible aguas arriba 13 dispuesto en el colector de escape (figura 1). En esta realización, tal como se describió anteriormente, la cantidad de inyección de combustible se controla mediante realimentación basándose en la relación aire-combustible del gas de escape detectada por los sensores de la relación aire-combustible 13 y 15, de modo que la relación aire-combustible del motor se convierte en la relación aire-combustible objetivo. Los gases de escape de los cilindros se mezclan homogéneamente entre sí en una posición del sensor de la relación aire-combustible aguas abajo 13, aguas abajo del catalizador 20. En una posición del sensor de la relación aire-combustible aguas arriba 13 en el colector de escape 11, sin embargo, el gas de escape de un cilindro dado puede detectarse más fácilmente por un sensor que los gases de escape de otros cilindros debido a la forma del colector de escape 11 o a la posición en la que está montado el sensor 13. En este caso, la salida del sensor 13 se convierte en lo más susceptible de un cambio en la relación aire-combustible del gas de escape con respecto al cilindro dado anteriormente. En esta realización, el cilindro dado anteriormente que más afecta a la salida del sensor de la relación aire-combustible aguas arriba 13 se especifica de antemano a través de experimentación, y este cilindro se selecciona como un cilindro particular. Por tanto, el cilindro que más afecta a la salida del sensor de la relación aire-combustible se selecciona como el cilindro particular. Por tanto, un cambio en la relación aire-combustible del gas de escape durante el funcionamiento transitorio se refleja sensiblemente en la salida del sensor de la relación aire-combustible mejorando las características de respuesta de la operación de control por realimentación de la relación aire-combustible durante el funcionamiento transitorio.
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9. Novena realización
Esta realización selecciona el cilindro que se llena más fácilmente con el aire de admisión como un cilindro particular. En un motor de varios cilindros, la eficacia de carga da aire se dispersa dependiendo de los cilindros debido a la forma del colector de admisión y a la disposición de los cilindros. En esta realización, se selecciona el cilindro que tiene la mayor eficacia de carga de aire entre los cilindros, es decir, se selecciona como cilindro particular el cilindro que se llena más fácilmente con el aire de admisión. Por tanto, con la selección del cilindro que se llena fácilmente con el aire de admisión como cilindro particular, el aire se suministra primero al interior del cilindro que puede llenarse más fácilmente con el aire de admisión al inicio del funcionamiento transitorio y, de ese modo, se mejoran las características de aceleración durante el funcionamiento transitorio, tal como durante la aceleración.
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10. Décima realización
Esta realización selecciona como cilindro particular el cilindro que tiene el tiempo de retardo más corto en la respuesta de admisión. Tal como se describió anteriormente, existe un tiempo de retardo que corresponde al tiempo para que el aire de admisión fluya desde la válvula de mariposa hacia el cilindro antes de que aparezca un cambio en el grado de apertura de la válvula de mariposa como un cambio en la cantidad de aire que fluye hacia el cilindro cuando ha cambiado el grado de apertura de la válvula de mariposa. Este tiempo varía ligeramente entre los cilindros debido a la forma del colector de admisión y a la disposición de los cilindros. En esta realización, se selecciona como cilindro particular el cilindro que tiene el tiempo de retardo más corto en la respuesta de admisión. Al hacerlo así, se hace posible llenar el cilindro que tiene la respuesta más rápida con el aire primero al inicio del funcionamiento transitorio. Por tanto, se mejoran las características de aceleración durante un funcionamiento transitorio, tal como durante la aceleración.
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11. Undécima realización
En las realizaciones segunda a décima mencionadas anteriormente, la válvula de mariposa comienza el accionamiento en un momento particular en el ciclo de carrera del cilindro particular. En el motor de sincronización variable de válvulas, sin embargo, el ángulo de cigüeñal que crea la sincronización particular anterior (por ejemplo, la sincronización a la que la válvula de admisión se eleva hasta su grado máximo o periodo de solapamiento de válvulas) varía dependiendo de un cambio en la sincronización de válvulas del motor. En esta realización, por tanto, se calcula la sincronización particular anterior teniendo en cuenta un cambio en la sincronización de válvulas del motor al inicio del funcionamiento transitorio.
Concretamente, en esta realización, la ECU 10 corrige el ángulo de cigüeñal que se alcanza a una sincronización particular basándose en la sincronización de válvulas presente, y calcula el tiempo T_{R} basándose en el ángulo de cigüeñal corregido, en el ángulo de cigüeñal presente y en la velocidad de rotación del motor en el momento de calcular el tiempo (tiempo T_{R} en las realizaciones segunda y tercera) hasta que se alcanza la sincronización particular en el cilindro particular. Por tanto, el aire que ha pasado a través de la válvula de mariposa que ha comenzado a cambiar precisamente llega al cilindro particular a una sincronización particular en el ciclo de carrera, mejorando adicionalmente la precisión para medir la cantidad de aire captado.
Según la presente invención, tal como se describió anteriormente, se hace posible calcular con precisión la cantidad de aire captado por el cilindro estimando la cantidad de aire captado por el cilindro retardando el inicio del funcionamiento de la válvula de mariposa en un periodo de tiempo predeterminado.

Claims (7)

1. Dispositivo para controlar un motor de combustión interna que ajusta el grado de apertura objetivo de una válvula de mariposa del motor de combustión interna basándose en una cantidad presente de funcionamiento del pedal del acelerador y, tras haber pasado un tiempo de retardo predeterminado, comienza a accionar la válvula de mariposa de modo que el grado de apertura real de la válvula de mariposa se convierte en dicho grado de apertura objetivo, para estimar de ese modo el grado de apertura real de la válvula de mariposa en el futuro tras haber pasado un periodo de tiempo predeterminado desde el presente basándose en dicho grado de apertura objetivo, dicho tiempo de retardo y las características de funcionamiento de la válvula de mariposa, y para calcular la cantidad de aire que captará el motor en el futuro tras haber pasado dicho periodo de tiempo predeterminado basándose en dicho valor estimado, comprendiendo dicho dispositivo para controlar un motor de combustión interna:
medios de ajuste de la sincronización de válvulas objetivo para ajustar una sincronización de válvulas objetivo del motor basándose en un grado de apertura real de válvula de mariposa;
medios de sincronización variable de válvulas para controlar la sincronización de válvulas del motor a dicha sincronización de válvulas objetivo;
medios de estimación de la sincronización de válvulas para calcular un valor estimado de dicha sincronización de válvulas objetivo en el futuro tras haber pasado dicho periodo de tiempo predeterminado basándose en dicho grado de apertura estimado de la válvula de mariposa, y para estimar una sincronización de válvulas del motor real en el futuro tras el paso de dicho periodo de tiempo predeterminado basándose en dicha sincronización de válvulas objetivo estimada; y
medios de estimación de la cantidad de aire de admisión para estimar la cantidad de aire que captará el motor en el futuro tras haber pasado dicho periodo de tiempo predeterminado basándose en dicho grado de apertura estimado de la válvula de mariposa y dicha sincronización de válvulas estimada.
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2. Dispositivo para controlar un motor de combustión interna según la reivindicación 1, en el que dichos medios de ajuste de la sincronización de válvulas objetivo ajusta, como una sincronización de válvulas objetivo, un valor obtenido corrigiendo, basándose en la presión atmosférica, un ajuste de la sincronización de válvulas que se basa en dicho grado de apertura real de la válvula de mariposa.
3. Dispositivo para controlar un motor de combustión interna según la reivindicación 1, que comprende además medios para ajustar una sincronización de ignición del motor basándose en la cantidad estimada de aire que captará el motor en el futuro tras el paso de dicho periodo de tiempo predeterminado y en la sincronización de válvulas
estimada.
4. Dispositivo para controlar un motor de combustión interna que ajusta un grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa del motor de combustión interna basándose en una cantidad presente de funcionamiento del pedal del acelerador y, tras haber pasado un tiempo de retardo predeterminado, comienza a accionar la válvula de mariposa de modo que el grado de apertura real de la válvula de mariposa se convierte en dicho grado de apertura objetivo, para estimar de ese modo el grado de apertura real de la válvula de mariposa en el futuro tras haber pasado un periodo de tiempo predeterminado desde el presente basándose en dicho grado de apertura objetivo, dicho tiempo de retardo y las características de funcionamiento de la válvula de mariposa, y para calcular la cantidad de aire que captará el motor en el futuro tras haber pasado dicho periodo de tiempo predeterminado basándose en dicho valor estimado, comprendiendo dicho dispositivo para controlar un motor de combustión interna:
medios de ajuste del tiempo de retardo para ajustar así dicho tiempo de retardo en el que dicha válvula de mariposa comienza el accionamiento en un momento predeterminado en una carrera de un cilindro particular del motor.
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5. Dispositivo para controlar un motor de combustión interna según la reivindicación 4, en el que dichos medios de ajuste del tiempo de retardo ajustan así dicho tiempo de retardo en el que el aire de admisión que ha pasado a través de la válvula de mariposa cuando ha comenzado a accionarse llega a dicho cilindro particular cuando la válvula de admisión se eleva hasta su grado máximo en dicho cilindro particular.
6. Dispositivo para controlar un motor de combustión interna según la reivindicación 4, en el que, cuando la tasa de cambio en dicho grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa es mayor que un valor predeterminado, dichos medios de ajuste del tiempo de retardo ajustan así dicho tiempo de retardo en el que el aire de admisión que ha pasado a través de la válvula de mariposa llega, en primer lugar, a un cilindro del que se eleva la válvula de admisión hasta su grado máximo tras haber pasado un periodo de tiempo predeterminado cuando la válvula de admisión de dicho cilindro se eleva hasta su grado máximo independientemente de dicho momento predeterminado.
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7. Dispositivo para controlar un motor de combustión interna según la reivindicación 4 con el motor en un estado de ralentí;
que comprende además:
medios que evitan el calado para evitar un calado del motor ajustando el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa independientemente de la cantidad de funcionamiento del pedal del acelerador cuando es probable que el motor que está al ralentí pueda calarse; y
medios para iniciar el accionamiento de la válvula de mariposa de modo que el grado de apertura de la válvula de mariposa alcance dicho grado de apertura objetivo inmediatamente cuando el grado de apertura objetivo de la válvula de mariposa se ajusta mediante dichos medios que evitan el calado para evitar un calado del motor independientemente del tiempo de retardo ajustado mediante dichos medios de ajuste del tiempo de retardo.
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