JP2004150381A - Intake air quantity estimating device for internal combustion engine - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the problem when starting an engine due to a lack of accurate learning of the atmospheric air pressure, in an intake air quantity estimating device for an internal combustion engine for computing the intake pipe pressure to use it for estimation of the intake air quantity. <P>SOLUTION: This intake-air quantity estimating device is provided with an intake pipe pressure computing means for computing the intake pipe pressure based on the throttle valve opening and the atmospheric air pressure (step 105) and an intake air quantity computing means for computing the intake air quantity based on the computed intake pipe pressure (step 110). When the throttle valve opening is the set opening or more, the atmospheric air pressure to be used in the intake pipe pressure computing means is a corrected atmospheric air pressure corrected by learning when the throttle valve opening is the set opening or more. The atmospheric air pressure to be used in the intake pipe pressure computing means when computing the intake pipe pressure first when starting the engine is a value between the corrected atmospheric air pressure corrected during the operation of the engine before starting the engine and the standard atmospheric air pressure (step 102). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【００１７】
ここで、μ_（ｉ）は流量係数であり、Ａ_（ｉ）はスロットル弁６の開口面積（ｍ^３）である。もちろん、機関吸気系にアイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣ弁）が設けられている時には、Ａ_（ｉ）には、ＩＳＣ弁の開口面積が加えられる。流量係数及びスロットル弁の開口面積は、それぞれがスロットル弁開度ＴＡ_（ｉ）（度）の関数となっており、図２及び３には、それぞれのスロットル弁開度ＴＡに対するマップが図示されている。Ｒは気体定数であり、Ｔａはスロットル弁上流側の吸気温度（Ｋ）であり、Ｐａはスロットル弁上流側の吸気通路圧力（ｋＰａ）であり、Ｐｍ_（ｉ）はスロットル弁下流側の吸気管圧力（ｋＰａ）である。また、関数Φ（Ｐｍ_（ｉ）／Ｐａ）は、比熱比κを使用して次式（２）によって表されるものであり、図４にはＰｍ／Ｐａに対するマップが図示されている。
【数２】

【００１８】
次いで、吸気弁をモデル化する。気筒内へ供給される吸入空気量ｍｃ_（ｉ）（ｇ／ｓｅｃ）は、吸気管圧力Ｐｍ_（ｉ）に基づきほぼ線形に変化するものであるために、次式（３）によって表すことができる。
【数３】

【００１９】
ここで、Ｔｍ_（ｉ）はスロットル弁下流側の吸気温度（Ｋ）であり、ａ及びｂは経験則から得られた定数である。但し、ｂは気筒内の残留既燃ガス量に相当する値であり、バルブオーバーラップがある場合には、吸気管へ既燃ガスが逆流するために、ｂの値は無視できないほど増加する。それにより、バルブオーバーラップの有無と、機関回転数ＮＥとに基づき、正確な吸入空気量ｍｃが算出されるように、ａ及びｂの値をマップ化することが好ましい。また、バルブオーバーラップがある場合において、吸気管圧力Ｐｍが所定圧力以上である時には、吸気管圧力が高いほど既燃ガスの逆流が顕著に減少するために、所定値以下である時に比較して、ａの値を大きくしｂの値を小さくすることが好ましい。
【００２０】
ところで、機関定常時においては、この時のスロットル弁通過空気量ｍｔＴＡと吸入空気量とが一致するために、式（１）において、吸気管圧力をこの機関定常時の吸気管圧力ＰｍＴＡとしたスロットル弁通過空気量ｍｔＴＡは、吸入空気量（ａ・ＰｍＴＡ−ｂ）と等しく、それにより、式（１）は、次式（４）と書き換えることもできる。
【数４】

【００２１】
ここで、機関定常時の吸気管圧力ＰｍＴＡは、現在を定常時とした時の今回のスロットル弁開度ＴＡ_（ｉ）、機関回転数ＮＥ_（ｉ）、及び、バルブオーバーラップの大きさＶＴ_（ｉ）に基づいて予めマップ化しておくことができる。
【００２２】
次いで、吸気管をモデル化する。吸気管内に存在する吸気の質量保存則、エネルギ保存則、及び、状態方程式を使用して、吸気管圧力Ｐｍとスロットル弁下流側の吸気温度Ｔｍとの比における時間変化率は次式（５）によって表され、また、吸気管圧力Ｐｍの時間変化率は次式（６）によって表される。ここで、Ｖは吸気管の容積（ｍ^３）であり、具体的には、サージタンク２と吸気枝管３との合計容積である。
【数５】

【００２３】
式（５）及び式（６）は離散化され、それぞれ、次式（７）及び（８）が得られ、式（８）によって今回の吸気管圧力Ｐｍ_（ｉ）が得られれば、式（７）によって今回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ_（ｉ）を得ることができる。式（７）及び（８）において、離散時間Δｔは、現在の吸入空気量ｍｃ_（ｉ）を算出するための第一フローチャート（図５及び６）の実行間隔とされ、例えば８ｍｓである。
【数６】

【００２４】
次に、図５及び６に示す第一フローチャートを説明する。本フローチャートは、機関始動完了（例えば、機関回転数が４００ｒｐｍ以上となった時に機関始動完了とすることができる）と同時に実行される。先ず、ステップ１０１において、フラグＦが１であるか否かが判断される。このフラグＦは機関停止と同時に０にリセットされるものであり、当初は、ステップ１０１における判断は否定されて、ステップ１０２へ進む。ステップ１０２においては、大気圧の初期値Ｐａが次式（９）により算出される。
Ｐａ＝｛Ｋ１・ｅｋｐａ＋（１−Ｋ１）｝・Ｐａｓ …（９）
【００２５】
ここで、ｅｋｐａは、詳しくは後述するが、基準大気圧Ｐａｓ（例えば、標準大気圧１０１．３ｋＰａ）を標高に応じた現在の大気圧に補正するための補正係数であり、通常時は、基準大気圧Ｐａｓへ直接乗算されて補正大気圧（ｅｋｐａ・Ｐａｓ）が算出される。現在の補正係数ｅｋｐａは、今回の機関始動以前の機関運転により学習及び更新された値とされている。
【００２６】
次いで、ステップ１０３において、ステップ１０２において算出された大気圧の初期値Ｐａが前回の吸気管圧力Ｐｍ_{（ｉ−１）}とされ、ステップ１０４においてはフラグＦが１に設定される。それにより、次回の本フローチャートの実施においては、ステップ１０１における判断が肯定されることとなり、以下に説明するステップ１０５以降の処理だけが行われる。
【００２７】
ステップ１０５においては、式（８）を使用して吸気管圧力Ｐｍ_（ｉ）が算出される。式（８）は、前回の吸気管圧力Ｐｍ_{（ｉ−１）}と、前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ_{（ｉ−１）}と、前回の吸入空気量ｍｃ_{（ｉ−１）}と、前回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ_{（ｉ−１）}とに基づき、今回の吸気管圧力Ｐｍ_（ｉ）を算出するようになっている。これらの初期値として、Ｐｍ_{（ｉ−１）}はステップ１０３において大気圧の初期値Ｐａとされており、Ｔｍ_{（ｉ−１）}にはスロットル弁上流側の吸気温度Ｔａが実測されて使用され、ｍｔ_{（ｉ−１）}には、これらのＰｍ_{（ｉ−１）}及びＴｍ_{（ｉ−１）}を使用して式（１）又は（４）から算出された値が使用され、また、ｍｃ_{（ｉ−１）}には、これらのＰｍ_{（ｉ−１）}及びＴｍ_{（ｉ−１）}を使用して式（３）により算出された値が使用される。
【００２８】
次いで、ステップ１０６において、ステップ１０１において算出された今回の吸気管圧力Ｐｍ_（ｉ）がガード値Ｐｇより高いか否かが判断される。ガード値Ｐｇに関しては詳しくは後述するが、このガード処理は、吸気管圧力が大気圧より高くはならないことに基づいている。通常は、この判断は否定されてステップ１０８に進み、式（７）を使用して今回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ_（ｉ）が算出される。次いで、ステップ１０９において、式（１）又は（４）を使用して今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ_（ｉ）が算出される。この式（１）又は（４）を使用するスロットル弁通過空気量ｍｔ_（ｉ）の算出において、現在のスロットル弁開度ＴＡは、スロットル弁の駆動装置（ステップモータ）の応答遅れが考慮される。
【００２９】
次いで、ステップ１１０において、式（３）を使用して今回の吸入空気量ｍｃ_（ｉ）が算出される。その後は、ステップ１１１から１１４において、今回の吸気管圧力Ｐｍ_（ｉ）は前回の吸気管圧力Ｐｍ_{（ｉ−１）}とされ、今回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ_（ｉ）は前回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ_{（ｉ−１）}とされ、今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ_（ｉ）は前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ_{（ｉ−１）}とされ、今回の吸入空気量ｍｃ_（ｉ）は前回の吸入空気量ｍｃ_{（ｉ−１）}とされる。こうして、吸入空気量ｍｃは、機関始動完了と同時に逐次算出される吸気管圧力Ｐｍに基づき、逐次推定されることとなる。
【００３０】
しかしながら、何らかの要因により、算出された今回の吸気管圧力Ｐｍ_（ｉ）がガード値Ｐｇより高くなってしまうことがある。この時には、算出された今回の吸気管圧力Ｐｍ_（ｉ）は明らかな異常値であり、ステップ１０６における判断が肯定されてステップ１０７に進み、算出された今回の吸気管圧力Ｐｍ_（ｉ）はガード値Ｐｇに置換される。
【００３１】
前述した補正係数ｅｋｐａ及びガード値Ｐｇは、学習及び更新されるものであり、図８はそのための第二フローチャートである。第二フローチャートでは、エアフローメータ７の出力に基づき算出されるスロットル弁通過空気量ｍｔ’及び吸気管圧力Ｐｍ’（それぞれにはダッシュを付してスロットル弁開度に基づき算出された前述のものと区別する）が使用される。それにより、先ず、エアフローメータ７の出力に基づくスロットル弁通過空気量ｍｔ’の算出について説明する。
【００３２】
図７はエアフローメータ７の断面モデルを示している。エアフローメータ７は、熱線７ａの周囲を吸気が通過する際に熱線７ａから奪われる熱量がこの吸気量、すなわち、スロットル弁通過空気量に応じて変化するのを利用してスロットル弁通過空気量を検出するものである。こうして、エアフローメータ７の出力に基づきマップ等からスロットル弁通過空気量ＧＡ_（ｉ）（このマップ値には、算出されるスロットル弁通過空気量ｍｔ’_（ｉ）と区別するために異なる記号を付する）を得ることができる。
【００３３】
しかしながら、一般的なエアフローメータにおいて、熱線７ａの回りにはガラス層７ｂが設けられていて、このガラス層７ｂの熱容量は比較的大きい。それにより、実際のスロットル弁通過空気量の変化に対してエアフローメータ７の出力は直ぐには変化せずに応答遅れが発生する。この応答遅れを見越してエアフローメータの出力から実際のスロットル弁通過空気量ｍｔ’_（ｉ）を算出することを考える。
【００３４】
現在の熱線７ａの温度をＴｈとすると、熱線７ａからガラス層７ｂへ伝達される熱量と、ガラス層７ｂから吸気へ伝達される熱量とは等しいために、ガラス層Ｂの温度変化量ｄＴｇ／ｄｔは次式（１０）のように表すことができる。
【数７】

【００３５】
ここで、Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤは、熱線７ａの断面積、長さ、及びその抵抗率や、ガラス層７ｂと熱線７ａとの間の熱伝達率、ガラス層７ｂと吸気との間の熱伝達率等に応じて決定される定数である。式（１０）において、定常運転時には、ガラス層７ｂと、熱線７ａ及び吸気との間の熱の授受が無くなるために、ガラス層７ｂの温度変化量ｄＴｇ／ｄｔ、すなわち、式（１０）の右辺は０になり、また、この時、スロットル弁通過空気量のマップ値ＧＡと算出値ｍｔとは等しくなる。この条件により、ＧＡを熱線７ａの温度Ｔｈ、ガラス層７ｂの温度Ｔｇ、及び、吸気温度Ｔａにより表して、式１０においてガラス層７ｂの温度Ｔｇを消去することにより、次式（１１）を得ることができる。
【数８】

【００３６】
式（１１）において、α及びβは、前述の定数Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤによって定まる定数であり、こうして、スロットル弁通過空気ｍｔ’_（ｉ）は、エアフローメータの応答遅れを考慮して、現在のエアフローメータ７の出力に基づくスロットル弁通過空気量のマップ値ＧＡ_（ｉ）と、前回のエアフローメータ７の出力に基づくスロットル弁通過空気量のマップ値ＧＡ_{（ｉ−１）}とに基づいて算出することができる。
【００３７】
次に、第二フローチャートを説明する。本フローチャートも第一フローチャートと同様に機関始動と同時に実行され、実行間隔は例えば８ｍｓである。先ず、ステップ２０１において、今回のスロットル弁開度ＴＡが設定開度ＴＡ１より大きいか否かが判断される。この判断が肯定される時にはステップ２０２において、第一フローチャートにより今回算出されたスロットル弁開度に基づくスロットル弁通過空気量ｍｔ_（ｉ）が前述の式（１１）により算出されたエアフローメータの出力に基づくスロットル弁通過空気量ｍｔ’_（ｉ）より大きいか否かが判断される。式（１１）において、ＧＡ_{（ｉ−１）}の初期値は０とされる。
【００３８】
ステップ２０２における判断が肯定される時には、ステップ２０３へ進み、大気圧の補正係数ｅｋｐａからは比較的小さな所定値ｑが減算される。一方、ステップ２０２における判断が否定される時には、ステップ２０４へ進み、大気圧の補正係数ｅｋｐａへは所定値ｑが加算される。補正係数ｅｋｐａは、車両出荷時においては、例えば１が設定されており、ステップ２０２における判断が肯定されると、すなわち、式１又は（４）を使用して大気圧とスロットル弁開度とに基づき算出されたスロットル弁通過空気量ｍｔ_（ｉ）が、式（１１）を使用してエアフローメータの出力に基づき算出されたスロットル弁通過空気量ｍｔ’_（ｉ）より大きくなると、式（１）又は（４）において算出に使用した大気圧が、実際より高くなっているとし、補正係数ｅｋｐａを減少させるのである。また、スロットル弁通過空気量ｍｔ_（ｉ）が、スロットル弁通過空気量ｍｔ’_（ｉ）より小さくなると、式（１）又は（４）において算出に使用した大気圧が、実際より低くなっているとし、補正係数ｅｋｐａを増加させるのである。
【００３９】
次いで、ステップ２０５においては、こうして、エアフローメータの出力に基づき算出されるスロットル弁通過空気量ｍｔ’を真値として学習及び更新された補正係数ｅｋｐａによって基準大気圧Ｐａｓを乗算補正し、標高に応じて変化する現在の大気圧Ｐａを算出する。この大気圧Ｐａが第一フローチャートにおいて使用されることとなる。
【００４０】
補正係数ｅｋｐａの学習及び更新は、ステップ２０１における判断が肯定される時、すなわち、スロットル弁開度ＴＡ_（ｉ）が設定開度ＴＡ１より大きい時にだけ実施される。これは、スロットル弁開度ＴＡ_（ｉ）が設定開度ＴＡ１以下であると、実際のスロットル弁通過空気量が少なくなり、スロットル弁の経時変化及び吸気系の付着デポジットによって大きく影響を受けるために、スロットル弁開度に基づき算出されるスロットル弁通過空気量ｍｔ_（ｉ）とエアフローメータの出力に基づき算出されるスロットル弁通過空気量ｍｔ’_（ｉ）との違いをもたらす主要因が現在の大気圧とはならない可能性があるためである。このようにして学習及び更新された補正係数ｅｋｐａは、機関停止に際しても記憶され、次回の運転時にも現在の大気圧算出に使用される。
【００４１】
ところで、車両が低地から高地へ向かう時には、登坂走行となってスロットル弁開度が設定開度ＴＡ１より大きくなる機会は多く、補正係数ｅｋｐａの良好な学習及び更新が実施される。しかしながら、高地から低地へ向かう時には、降坂走行となってスロットル弁開度を設定開度ＴＡ１より大きくする機会が少なく、補正係数ｅｋｐａが十分に学習されていないことがある。こうして、特に、高地から低地への降坂走行直後に車両停止した場合には、補正係数ｅｋｐａが、高地の大気圧に適応する値のまま記憶されている可能性が高い。
【００４２】
一般的には、機関始動時において、最初にスロットル弁開度に基づき吸気管圧力Ｐｍ_（ｉ）を算出する時には、大気圧Ｐａ及び前回の吸気管圧力Ｐｍ_{（ｉ−１）}として基準大気圧Ｐａｓに記憶されている補正係数ｅｋｐａを乗算した補正大気圧Ｐａが使用される。しかしながら、これでは、前述の場合において、算出される今回の吸気管圧力Ｐｍ_（ｉ）が実際より異常に低くなって、それに基づき算出される吸入空気量ｍｃ_（ｉ）は実際より異常に少なくなり、この吸入空気量ｍｃ_（ｉ）に基づき所望空燃比を実現するように算出される燃料噴射量では、実際の空燃比は非常にリーンとなって機関始動完了と同時に吸入空気量の推定が開始されるが、その直後には、エンジンストールが発生してしまう。また、クランキングから吸入空気量を推定する場合には、機関始動が不可能となる。
【００４３】
本実施形態では、このような問題を解決するために、第一フローチャートのステップ１０１から１０４の処理により、初回の吸入空気量ｍｃ_（ｉ）の推定に使用される大気圧Ｐａは、記憶されている補正係数ｅｋｐａを単に基準大気圧Ｐａｓに乗算して算出するのではなく、前述の式（９）に基づき算出するようになっている。すなわち、現在の大気圧Ｐａは、適合定数Ｋ１（０＜Ｋ１＜１）を使用して、補正係数ｅｋｐａを基準大気圧に乗算した補正大気圧と、基準大気圧Ｐａｓとの間の値とされる。こうして、大気圧の初期値Ｐａが算出されるために、もし、補正係数ｅｋｐａが現在の大気圧に対して異常に小さく記憶されていても、吸入空気量ｍｃ_（ｉ）が異常に少なく推定されることはなく、エンジンストールを防止することができる。また、記憶されている補正係数ｅｋｐａが現在の大気圧に対して正確なものである場合には、推定される吸入空気量ｍｃ_（ｉ）が実際より多く推定されることとなるが、大気圧の初期値Ｐａが基準大気圧を超えて算出されることはなく、それほど問題とはならない。この大気圧の初期値Ｐａは、第二フローチャートにおいて、スロットル弁開度ＴＡが設定開度ＴＡ１より大きくなって補正係数ｅｋｐａが更新される（ステップ２０５）まで大気圧として使用されることとなる。
【００４４】
次に、第一フローチャートのステップ１０６におけるガード処理に使用されるガード値Ｐｇに関して、第二フローチャートに戻り説明する。実際の吸気管圧力は大気圧を超えることはなく、それにより、一般的には、スロットル弁開度に基づき算出される吸気管圧力Ｐｍ_（ｉ）は現在の大気圧によってガード処理される。現在の大気圧は、補正係数ｅｋｐａが正しいものであれば、基準大気圧Ｐａｓとｅｋｐａとの積としての補正大気圧であり、この補正大気圧がガード値とされるが、補正大気圧に僅かな余裕分として係数Ｋ２（例えば、１．０５）を乗算してガード値とされることもある。
【００４５】
しかしながら、前述した場合のように、機関始動直後において、補正係数ｅｋｐａが不正確である場合があり、この時に補正大気圧に基づくガード値によりガード処理されると、スロットル弁開度に基づき算出された吸気管圧力Ｐｍ_（ｉ）が比較的正確であるにも係らずに、ガード処理によって吸気管圧力Ｐｍ_（ｉ）が低くされてしまう。それにより、吸入空気量ｍｃ_（ｉ）は実際より異常に少なく推定され、燃焼空燃比が異常にリーンとなって、失火が発生したり、また、機関排気系に空燃比センサが配置されて燃料噴射量のフィードバック制御が実施される場合には、燃料噴射量を増加するために、フィードバック補正係数が異常に大きくなってしまう。
【００４６】
この問題を解決するために、本実施形態では、第二フローチャートのステップ２０６以降の処理によりガード値Ｐｇを更新するようにしている。第二フローチャートでは、前述の式（８）において、式（１）又は（４）を使用してスロットル弁開度に基づき算出されたスロットル弁通過空気量ｍｔではなく、式（１１）を使用してエアフローメータの出力に基づき算出されたスロットル弁通過空気量ｍｔ’を使用して吸気管圧力Ｐｍ’が算出されるようになっており、ステップ２０６では、今回算出された吸気管圧力Ｐｍ’_（ｉ）が前回算出された吸気管圧力Ｐｍ’_{（ｉ−１）}より小さいか否かが判断される。
【００４７】
機関始動完了直後においては、機関排気系に設けられた触媒装置を早期に暖機するために、燃料噴射量を増大すると共にスロットル弁開度が比較的大きくされて吸入空気量も多くされる。それにより、エアフローメータの出力に基づき算出される初回の吸気管圧力Ｐｍ’_（ｉ）は現在の大気圧に比較的近い値となる。しかしながら、Ｐｍ’_{（ｉ−１）}の初期値は、第一フローチャートのステップ１０２において算出された大気圧の初期値Ｐａであるために、初回におけるステップ２０６の判断は肯定されることが多く、ステップ２０７において、ガード値Ｐｇは、エアフローメータの出力に基づき算出された今回（初回）の吸気管圧力Ｐｍ’_（ｉ）とされる。次いで、ステップ２０８では、この吸気管圧力Ｐｍ’_（ｉ）とされたガード値Ｐｇが、補正係数ｅｋｐａにより基準大気圧Ｐａｓを補正した前述の補正大気圧に基づく値より小さいか否かが判断される。
【００４８】
補正係数ｅｋｐａが比較的大きい時には、第一フローチャートのステップ１０２において算出された大気圧Ｐａよりは小さな値とされているガード値Ｐｇより、補正大気圧に係数Ｋ２を乗算した値の方が大きくなる傾向にあり、ステップ２０８における判断は肯定され、ステップ２０９においてガード値Ｔｇは、補正大気圧に基づく一般的な値とされる。
【００４９】
しかしながら、前述したように補正係数ｅｋｐａが現在の大気圧に対して異常に小さい場合には、補正大気圧に基づく値は、かなり小さくなり、これをガード値とすると、前述したような失火等を引き起こすこととなる。このような場合には、ステップ２０８における判断が否定され、ガード値Ｐｇとしては、エアフローメータの出力に基づき算出された吸気管圧力とされる。この吸気管圧力Ｐｍ’は、エアフローメータの出力に基づく実際的な圧力であり、実際の大気圧は、この吸気管圧力より確実に高いものである。それにより、スロットル弁開度に基づき算出された吸気管圧力Ｐｍは、少なくとも、この吸気管圧力Ｐｍ’までは異常ではない。こうして、補正係数ｅｋｐａが異常に小さい場合には、エアフローメータの出力に基づき算出された吸気管圧力Ｐｍ’をガード値として使用することが有効であり、それにより、スロットル弁開度に基づき算出された吸気管圧力Ｐｍが異常に小さくガードされることはなく、前述したような失火及びフィードバック補正係数が異常値となることは防止される。
【００５０】
しかしながら、エアフローメータの出力に基づく吸気管圧力をガード値として使用するのはあくまでも暫定処置であり、スロットル弁開度が大きくされた運転が頻繁に行われて、大気圧の補正係数ｅｋｐａが適正な値に学習補正されれば、現在の正確な大気圧が算出されるようになり、この時には、補正大気圧に基づくガード値が使用されることが好ましい。それにより、第二フローチャートのステップ２０８及び２０９において、補正大気圧に基づき算出される値がエアフローメータの出力に基づく吸気管圧力より大きくなれば、補正大気圧に基づく値がガード値Ｐｇとして使用されるようになっている。
【００５１】
また、エアフローメータの出力に基づき算出される吸気管圧力Ｐｍ’は、機関始動直後において車両が高地へ向かう場合もあり、現在の大気圧が初回に算出した吸気管圧力より低くなることがある。それにより、初回に算出した吸気管圧力Ｐｍ’を大気圧の補正係数ｅｋｐａが適正な値となるまで使用することは好ましくなく、第二フローチャートのステップ２０６及び２０７では、エアフローメータの出力に基づき算出された今回の吸気管圧力Ｐｍ’_（ｉ）が前回Ｐｍ’_{（ｉ−１）}より小さくなれば、ガード値Ｐｇとして確実に使用可能な値は、今回の吸気管圧力Ｐｍ’_（ｉ）であるとして、これをガード値Ｐｇとするようになっている。
【００５２】
例えば、記憶されている補正係数ｅｋｐａが不適当な場合に備えて、機関始動直後はガード処理を実施しない又は第一フローチャートのステップ１０２において算出したような大気圧Ｐａを単にガード値として使用することも考えられるが、補正係数ｅｋｐａが、何時の時点で適当な値に学習更新されるかが明確ではないために、補正大気圧に基づくガード処理を開始した時に、依然として失火等の問題が発生することがある。本実施形態では、前述したように、このような問題が発生することはない。
【００５３】
ところで、第二フローチャートにおいて、補正係数ｅｋｐａの学習更新には、スロットル弁開度に基づくスロットル弁通過空気量ｍｔとエアフローメータの出力に基づくスロットル弁通過空気量ｍｔ’とが比較されるようにした。しかしながら、これは、本発明を限定するものではなく、例えば、比較する特定値は、スロットル弁通過空気量ではなく、スロットル弁開度及びエアフローメータの出力に基づきそれぞれに算出される吸気管圧力でも、吸入空気量でも良い。
【００５４】
ところで、燃焼空燃比を正確に制御するためには、燃料噴射を開始する以前に気筒内への正確な吸入空気量を推定して、燃料噴射量を決定しなければならない。しかしながら、正確な吸入空気量を推定するためには、厳密には、吸気弁閉弁時における吸入空気流量を算出しなければならない。すなわち、燃料噴射量を決定する時において、現在の吸入空気量ｍｃ_（ｉ）ではなく、吸気弁閉弁時における吸入空気量ｍｃ_{（ｉ＋ｎ）}を算出しなければならない。これは、図１に示すような吸気枝管３に燃料を噴射する内燃機関だけでなく、吸気行程において筒内へ直接燃料を噴射する内燃機関においても同様である。
【００５５】
そのためには、現在において、現在のスロットル弁開度ＴＡ_（ｉ）だけでなく、吸気弁閉弁時までの時間Δｔ毎のスロットル弁開度ＴＡ_{（ｉ＋１）}，ＴＡ_{（ｉ＋２）}，・・・ＴＡ_{（ｉ＋ｎ）}に基づき、式（１）においてμ・Ａを変化させ、又は、式（４）においてＰｍＴＡを変化させ、各時間のスロットル弁通過空気量ｍｔを算出することが必要となる。
【００５６】
各時間のスロットル弁開度ＴＡは、現在の時間に対するアクセルペダルの踏み込み変化量に基づき、この踏み込み変化量が吸気弁閉弁時まで持続するとして、各時間のアクセルペダルの踏み込み量を推定し、それぞれの推定踏み込み量に対して、スロットル弁アクチュエータの応答遅れを考慮して決定することが考えられる。この方法は、スロットル弁がアクセルペダルと機械的に連結されている場合にも適用することができる。
【００５７】
しかしながら、こうして推定される吸気弁閉弁時におけるスロットル弁開度ＴＡ_{（ｉ＋ｎ）}は、あくまでも予測であり、実際と一致している保証はない。吸気弁閉弁時におけるスロットル弁開度ＴＡ_{（ｉ＋ｎ）}を実際と一致させるために、スロットル弁を遅れ制御するようにしても良い。アクセルペダルの踏み込み量が変化した時に、アクチュエータの応答遅れによって、スロットル弁開度は遅れて変化するが、この遅れ制御は、このスロットル弁の応答遅れを意図的に増大させるものである。
【００５８】
例えば、機関過渡時において、燃料噴射量を決定する時における現在のアクセルペダルの踏み込み量に対応するスロットル弁開度が、吸気弁閉弁時に実現されるように、実際の応答遅れ（無駄時間）を考慮してスロットル弁のアクチュエータを制御すれば、現在から吸気弁閉弁時までの時間毎のスロットル弁開度ＴＡ_（ｉ），ＴＡ_{（ｉ＋１）}，・・・ＴＡ_{（ｉ＋ｎ）}を正確に把握することができる。さらに具体的に言えば、アクセルペダルの踏み込み量が変化する時には、直ぐにアクチュエータへ作動信号を発するのではなく、燃料噴射量を決定する時から吸気弁閉弁時までの時間から無駄時間を差し引いた時間だけ経過した時にアクチュエータへの作動信号を発するようにするのである。もちろん、現在のアクセルペダルの踏み込み量に対応するスロットル弁開度を、吸気弁閉弁時以降に実現するようにスロットル弁の遅れ制御を実施しても良い。
【００５９】
エアフローメータ７の出力は機関定常時において信頼性が高く、それにより、機関定常時においては、式（１１）を使用して算出される現在のスロットル弁通過空気量ｍｔ_（ｉ）は、式（１）又は（４）により算出されるスロットル弁通過空気量よりも信頼性が高い。こうして、機関定常時には、式（１１）により算出された前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ_（ｉ）を使用して、式（８）において今回の吸気管圧力Ｐｍ_（ｉ）を算出すると共に式（７）において今回のスロットル弁下流側の吸気温度Ｔｍ_（ｉ）を算出して、式（３）により今回の吸入空気量ｍｃ（ｉ）を算出することが好ましい。
【００６０】
それにより、第一フローチャートを使用して、現在の吸入空気量ｍｃ_（ｉ）及び吸気弁閉弁時の吸入空気量ｍｃ_{（ｉ＋ｎ）}を算出すると共に、前述のように式（１１）、式（８）、式（７）及び式（３）を使用してエアフローメータの出力に基づく現在の吸入空気量ｍｃ_（ｉ）’を逐次算出し、吸気弁閉弁時の吸入空気量を、ｍｃ_{（ｉ＋ｎ）}−ｍｃ_（ｉ）＋ｍｃ_（ｉ）’により算出するようにしても良い。このような算出方法により、機関定常時には、同じモデル式に基づき同じスロットル弁開度として算出されるｍｃ_{（ｉ＋ｎ）}とｍｃ_（ｉ）とが確実に相殺され、エアフローメータの出力に基づき算出される正確な現在の吸入空気量が、吸気弁閉弁時の吸入空気量として得られる。また、機関過渡時には、ｍｃ_（ｉ）とｍｃ_（ｉ）’とがほぼ相殺されるために、ｍｃ_{（ｉ＋ｎ）}として算出された吸気弁閉弁時の吸入空気量を得ることができる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明による内燃機関の吸入空気量推定装置によれば、吸気管圧力算出手段で使用される大気圧は、スロットル弁開度が設定開度以上である時に学習更新されて機関停止に際しても記憶される補正大気圧であり、機関始動時に初めて吸気管圧力を算出する時において吸気管圧力算出手段において使用される大気圧は、補正大気圧と標準大気圧との間の値とされるようになっている。それにより、機関始動時において、記憶されている補正大気圧が正確に学習されていないものであっても、大気圧の初期値は、正確な大気圧へ近づけられ、機関始動時における吸入空気量の推定開始時において燃焼空燃比が過剰にリーンとなってエンジンストールが発生する問題を防止することができる。
【００６２】
また、本発明によるもう一つの内燃機関の吸入空気量推定装置によれば、吸気管圧力算出手段で使用される大気圧は、スロットル弁開度が設定開度以上である時に学習更新されて機関停止に際しても記憶される補正大気圧であり、吸入空気量推定装置には、吸気管圧力算出手段により算出された吸気管圧力がガード値より高い時に吸気管圧力をガード値と置換するガード手段が設けられ、このガード値は、補正大気圧に基づく値と、エアフローメータの出力に基づき機関始動時から新たに算出された吸気管圧力の最小値とを比較して大きい方の値とされるようになっている。それにより、機関始動時において、記憶されている補正大気圧が正確に学習されていないものであっても、ガード値は、当初、エアフローメータの出力に基づき算出された吸気管圧力とされ、異常に小さくされている補正大気圧に基づく値とはされないために、機関始動直後において、吸気管圧力算出手段により算出される吸気管圧力が異常に小さくガード処理されて燃焼空燃比が過剰にリーンとなり、失火が発生する等の問題を防止することができる。また、エアフローメータの出力に基づき算出された吸気管圧力の最小値は、実際の大気圧よりは確実に低いものとなり、ガード値が実際の大気圧を過剰に超えて設定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による吸入空気量推定装置が取り付けられる内燃機関の概略図である。
【図２】スロットル弁開度ＴＡと流量係数μとの関係を示すマップである。
【図３】スロットル弁開度ＴＡとスロットル弁の開口面積Ａとの関係を示すマップである。
【図４】吸気管圧力Ｐｍと大気圧Ｐａとの比と、関数Φとの関係を示すマップである。
【図５】吸入空気量を算出するための第一フローチャートの一部である。
【図６】図５の第一フローチャートの残り一部である。
【図７】モデル化したエアフローメータの断面図である。
【図８】補正係数ｅｋｐａ及びガード値Ｐｇの学習及び更新のための第二フローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
２…サージタンク
３…吸気枝管
４…吸気通路
６…スロットル弁
７…エアフローメータ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an intake air amount estimation device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In order to perform the air-fuel ratio control, it is necessary to know the amount of intake air supplied into the cylinder. Conventionally, the amount of intake air is detected by an air flow meter disposed upstream of the throttle valve, or calculated based on the intake pipe pressure detected by a pressure sensor disposed downstream of the throttle valve. Was. However, since the air flow meter and the pressure sensor have a response delay, it is not possible to accurately detect or calculate the intake air amount during a transition of the engine.
[0003]
It is proposed to calculate the intake pipe pressure Pm based on the throttle valve opening and to estimate the intake air quantity mc based on the calculated intake pipe pressure Pm in order to grasp the accurate intake air quantity even during engine transition. Have been. In such estimation of the intake air amount mc, an unrealistic intake pipe pressure Pm higher than the atmospheric pressure Pa may be calculated. In such a case, the calculated intake pipe pressure Pm is replaced with the atmospheric pressure Pa, and the intake air amount mc is estimated.
[0004]
In this way, the intake pipe pressure Pm is subjected to the guard processing by the atmospheric pressure Pa. However, since the atmospheric pressure Pa varies depending on the altitude, the guard processing is always performed at the standard atmospheric pressure (101.3 kPa). Absent. For this reason, it is conceivable to detect the current atmospheric pressure used for the guard process by a pressure sensor. However, the reliability of the output of the pressure sensor is not so high due to a response delay or the like. Increase costs.
[0005]
Thus, without using a pressure sensor, it is conceivable that the current atmospheric pressure used for the guard process is obtained by correcting a reference atmospheric pressure (for example, a standard atmospheric pressure) by a correction coefficient. This correction coefficient is, for example, assuming that the intake air amount estimated based on the output of the air flow meter is a true value, and that the intake air amount estimated based on the intake pipe pressure calculated based on the throttle valve opening is the output of the air flow meter. Is decreased when it exceeds the intake air amount estimated based on the above, and is increased when it falls below.
[0006]
In this way, the correction coefficient is learned and updated, but when the throttle valve opening is equal to or less than the predetermined value, the intake air amount decreases and is greatly affected by the aging of the throttle valve and the deposit attached to the intake system, At this time, if the above-described learning of the correction coefficient is performed, there is a high possibility of erroneous learning. Accordingly, it has been proposed to prohibit learning of the correction coefficient when the throttle valve opening is equal to or less than a predetermined value (for example, see Patent Document 1).
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-146989 (Paragraph No. 0014-0022, FIG. 4)
[Patent Document 2]
JP-A-2002-180877
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In general, when the vehicle goes from lowland to highland, it tends to be mainly uphill, and the throttle valve opening tends to be increased to achieve the intended vehicle speed, but when the vehicle goes from highland to lowland, There is little opportunity to increase the throttle valve opening because the vehicle mainly runs downhill and causes an excessive speed increase. As a result, in the above-described related art, the learning of the correction coefficient for the atmospheric pressure in the lowland may not be sufficiently performed immediately after the vehicle travels downhill from the highland to the lowland.
[0009]
If the opening degree of the throttle valve is increased in subsequent traveling on lowland, good learning of the correction coefficient is performed, and no particular problem occurs. However, when the engine is stopped immediately after traveling downhill, an incorrect correction coefficient is stored, and at the next engine start, the current atmospheric pressure calculated using this correction coefficient is different from the actual atmospheric pressure. The difference is that the engine start fails, or even after the engine start is completed, an engine stall occurs immediately after that, or the air-fuel ratio feedback coefficient is corrected to an abnormal value.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an intake air amount estimating apparatus for an internal combustion engine which calculates an intake pipe pressure on the downstream side of a throttle valve and estimates the intake air amount. If used, this correction factor) is to remedy problems at engine start caused by inaccurate learning.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The intake air amount estimating apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the intake pipe pressure calculating means calculates an intake pipe pressure downstream of the throttle valve based on a throttle valve opening and an atmospheric pressure. Intake air amount calculating means for calculating an intake air amount based on the intake pipe pressure calculated by the pressure calculating means, wherein the atmospheric pressure used by the intake pipe pressure calculating means is such that the throttle valve opening is The corrected atmospheric pressure stored when the engine is stopped and learned and updated when the opening degree is equal to or more than the set opening degree, and the atmospheric pressure used by the intake pipe pressure calculating means when the intake pipe pressure is calculated for the first time when the engine is started. Is a value between the corrected atmospheric pressure and the standard atmospheric pressure.
[0012]
Further, the intake air amount estimating device for an internal combustion engine according to claim 2 of the present invention is an intake pipe pressure calculating means for calculating an intake pipe pressure on the downstream side of the throttle valve based on the throttle valve opening and the atmospheric pressure, Intake air amount calculation means for calculating an intake air amount based on the intake pipe pressure calculated by the intake pipe pressure calculation means, wherein the atmospheric pressure used by the intake pipe pressure calculation means is determined by opening the throttle valve. The corrected atmospheric pressure is learned and updated when the degree is equal to or larger than the set opening degree and is stored even when the engine is stopped, and the intake pipe pressure calculated by the intake pipe pressure calculating means is supplied to the intake air amount estimating device. A guard means for replacing the intake pipe pressure with the guard value when the air pressure is higher than the guard value is provided, and the guard value is determined based on a value based on the corrected atmospheric pressure and an output of the air flow meter. Characterized in that it is the minimum value of the intake pipe pressure which is newly calculated from the start and the larger value by comparing the.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic diagram showing an internal combustion engine to which an intake air amount estimation device according to the present invention is attached. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an engine body, and 2 denotes a surge tank common to each cylinder. Reference numeral 3 denotes an intake branch pipe for communicating the surge tank 2 with each cylinder, and reference numeral 4 denotes an intake passage on the upstream side of the surge tank 2. A fuel injection valve 5 is disposed in each intake branch pipe 3, and a throttle valve 6 is disposed immediately upstream of the surge tank 2 in the intake passage 4. Here, the engine intake system (surge tank 2 and intake branch pipe 3) downstream of the throttle valve 6 is called an intake pipe. The throttle valve 6 is not linked to the accelerator pedal, but can be freely set in opening degree by a drive device such as a step motor. Reference numeral 7 denotes an air flow meter for detecting an intake air flow rate upstream of the throttle valve 6 in the intake passage 4. In the engine body 1, 8 is an intake valve, 9 is an exhaust valve, and 10 is a piston.
[0014]
In order to set the combustion air-fuel ratio in the internal combustion engine 1 to a desired air-fuel ratio such as, for example, a stoichiometric air-fuel ratio, it is necessary to accurately estimate the amount of intake air that has flowed into the cylinders even during engine transients. . The air flow meter 7 can measure the intake air amount relatively accurately when the engine is stationary. However, during the transition of the engine, the output of the air flow meter 7 does not immediately respond to the rapidly changing intake air amount, so that accurate measurement of the intake air amount is impossible.
[0015]
The intake air amount estimating apparatus estimates an intake air amount by modeling an engine intake system in order to be able to grasp an accurate intake air amount even during an engine transition.
[0016]
First, by modeling the throttle valve 6, the air amount mt passing through the throttle valve this time is calculated using the energy conservation law, the momentum conservation law, and the state equation when the intake air passes through the throttle valve 6. _(I) (G / sec) is represented by the following equation (1). Subscripts (i) of variables such as the amount of air passing through the throttle valve and the like, including the following equations, indicate the current time, and (i-1) indicates the previous time.
(Equation 1)

[0017]
Where μ _(I) Is the flow coefficient and A _(I) Is the opening area of the throttle valve 6 (m ³ ). Of course, when an idle speed control valve (ISC valve) is provided in the engine intake system, A _(I) , The opening area of the ISC valve is added. The flow coefficient and the opening area of the throttle valve are respectively the throttle valve opening TA _(I) 2 and 3 show maps for the respective throttle valve opening degrees TA. R is a gas constant, Ta is an intake air temperature (K) upstream of the throttle valve, Pa is an intake passage pressure (kPa) upstream of the throttle valve, and Pm _(I) Is the intake pipe pressure (kPa) downstream of the throttle valve. Also, the function Φ (Pm _(I) / Pa) is expressed by the following equation (2) using the specific heat ratio κ, and FIG. 4 shows a map for Pm / Pa.
(Equation 2)

[0018]
Next, the intake valve is modeled. Intake air amount mc supplied into cylinder _(I) (G / sec) is the intake pipe pressure Pm _(I) Since it changes almost linearly based on the following equation (3), it can be expressed by the following equation (3).
[Equation 3]

[0019]
Where Tm _(I) Is the intake air temperature (K) on the downstream side of the throttle valve, and a and b are constants obtained from empirical rules. However, b is a value corresponding to the residual burned gas amount in the cylinder, and when there is a valve overlap, the burned gas flows back to the intake pipe, so that the value of b cannot be ignored. Accordingly, it is preferable to map the values of a and b based on the presence / absence of valve overlap and the engine speed NE so that the accurate intake air amount mc is calculated. Further, when there is a valve overlap, when the intake pipe pressure Pm is equal to or higher than a predetermined pressure, the backflow of the burned gas is significantly reduced as the intake pipe pressure is higher. , A is increased and the value of b is decreased.
[0020]
By the way, when the engine is in a steady state, the throttle valve passing air amount mtTA at this time matches the intake air amount. Therefore, in equation (1), the throttle pipe is set to the intake pipe pressure PmTA in the engine steady state. The valve passing air amount mtTA is equal to the intake air amount (a · PmTA−b), so that the equation (1) can be rewritten as the following equation (4).
(Equation 4)

[0021]
Here, the intake pipe pressure PmTA at steady state of the engine is the present throttle valve opening TA at the time of steady state. _(I) , Engine speed NE _(I) And the magnitude VT of the valve overlap _(I) Can be mapped in advance based on
[0022]
Next, the intake pipe is modeled. Using the law of conservation of energy, the law of conservation of energy, and the equation of state of the intake air present in the intake pipe, the time rate of change in the ratio between the intake pipe pressure Pm and the intake air temperature Tm downstream of the throttle valve is expressed by the following equation (5). The rate of change of the intake pipe pressure Pm with time is represented by the following equation (6). Here, V is the volume of the intake pipe (m ³ ), Specifically, the total volume of the surge tank 2 and the intake branch pipe 3.
(Equation 5)

[0023]
Equations (5) and (6) are discretized to obtain the following equations (7) and (8), respectively. _(I) Is obtained by the equation (7), the intake air temperature Tm in the intake pipe this time is obtained. _(I) Can be obtained. In the equations (7) and (8), the discrete time Δt is equal to the current intake air amount mc. _(I) Is calculated, for example, 8 ms.
(Equation 6)

[0024]
Next, the first flowchart shown in FIGS. 5 and 6 will be described. This flowchart is executed simultaneously with the completion of the engine start (for example, the engine start can be completed when the engine speed becomes 400 rpm or more). First, in step 101, it is determined whether or not the flag F is 1. This flag F is reset to 0 at the same time when the engine is stopped. At first, the determination in step 101 is denied, and the process proceeds to step 102. In step 102, the initial value Pa of the atmospheric pressure is calculated by the following equation (9).
Pa = {K1 · ekpa + (1-K1)} · Pas (9)
[0025]
Here, ekpa is a correction coefficient for correcting a reference atmospheric pressure Pas (for example, a standard atmospheric pressure of 101.3 kPa) to a current atmospheric pressure corresponding to the altitude, which will be described in detail later. The corrected atmospheric pressure (ekpa · Pas) is calculated by directly multiplying the atmospheric pressure Pas. The current correction coefficient ekpa is a value learned and updated by the engine operation before the current engine start.
[0026]
Next, in step 103, the initial value Pa of the atmospheric pressure calculated in step 102 is set to the previous intake pipe pressure Pm. _(I-1) In step 104, the flag F is set to 1. As a result, in the next execution of the present flowchart, the determination in step 101 is affirmed, and only the processing in step 105 and thereafter described below is performed.
[0027]
In step 105, the intake pipe pressure Pm is calculated using equation (8). _(I) Is calculated. Equation (8) is based on the previous intake pipe pressure Pm. _(I-1) And the previous throttle valve passing air amount mt _(I-1) And the previous intake air amount mc _(I-1) And the previous intake air temperature Tm in the intake pipe _(I-1) And the current intake pipe pressure Pm _(I) Is calculated. As these initial values, Pm _(I-1) Is the initial value of the atmospheric pressure Pa in step 103, and Tm _(I-1) Is used by actually measuring and using the intake air temperature Ta on the upstream side of the throttle valve. _(I-1) Have these Pm _(I-1) And Tm _(I-1) Is used, and the value calculated from equation (1) or (4) is used. _(I-1) Have these Pm _(I-1) And Tm _(I-1) And the value calculated by equation (3) is used.
[0028]
Next, at step 106, the current intake pipe pressure Pm calculated at step 101 _(I) Is higher than the guard value Pg. Although the guard value Pg will be described later in detail, the guard process is based on the fact that the intake pipe pressure does not become higher than the atmospheric pressure. Normally, the determination is denied and the routine proceeds to step 108, where the intake air temperature Tm in the intake pipe at this time is calculated using the equation (7). _(I) Is calculated. Next, at step 109, the present throttle valve passing air amount mt is calculated using the equation (1) or (4). _(I) Is calculated. Throttle valve passing air amount mt using this equation (1) or (4) _(I) Is calculated in consideration of the response delay of the throttle valve driving device (step motor).
[0029]
Next, at step 110, using the equation (3), the current intake air amount mc _(I) Is calculated. Thereafter, in steps 111 to 114, the current intake pipe pressure Pm _(I) Is the previous intake pipe pressure Pm _(I-1) And the intake air temperature Tm in the intake pipe this time. _(I) Is the previous intake air temperature Tm in the intake pipe _(I-1) And the current amount of air passing through the throttle valve mt _(I) Is the previous throttle valve airflow mt _(I-1) And the current intake air amount mc _(I) Is the previous intake air amount mc _(I-1) It is said. In this way, the intake air amount mc is sequentially estimated based on the intake pipe pressure Pm which is sequentially calculated at the same time as the completion of the engine start.
[0030]
However, due to some factor, the calculated intake pipe pressure Pm _(I) May be higher than the guard value Pg. At this time, the calculated current intake pipe pressure Pm _(I) Is a clear abnormal value, the determination in step 106 is affirmed, and the routine proceeds to step 107, where the calculated current intake pipe pressure Pm _(I) Is replaced by the guard value Pg.
[0031]
The aforementioned correction coefficient ekpa and guard value Pg are learned and updated, and FIG. 8 is a second flowchart for that. In the second flowchart, the throttle valve passage air amount mt ′ and the intake pipe pressure Pm ′ calculated based on the output of the air flow meter 7 (each with a dash, and Distinguishing) is used. Accordingly, first, the calculation of the throttle valve passing air amount mt ′ based on the output of the air flow meter 7 will be described.
[0032]
FIG. 7 shows a cross-sectional model of the air flow meter 7. The air flow meter 7 uses the fact that the amount of heat taken from the heating wire 7a when the intake air passes around the heating wire 7a changes according to the intake air amount, that is, the air amount passing through the throttle valve. It is to detect. In this manner, the throttle valve passing air amount GA _(I) (This map value includes the calculated throttle valve passing air amount mt ′ _(I) With a different symbol to distinguish them).
[0033]
However, in a general air flow meter, a glass layer 7b is provided around the heating wire 7a, and the heat capacity of the glass layer 7b is relatively large. As a result, the output of the air flow meter 7 does not change immediately with respect to the actual change in the amount of air passing through the throttle valve, but a response delay occurs. In anticipation of this response delay, the actual amount of air passing through the throttle valve mt 'is calculated from the output of the air flow meter. _(I) Is calculated.
[0034]
Assuming that the current temperature of the heating wire 7a is Th, the amount of heat transferred from the heating wire 7a to the glass layer 7b is equal to the amount of heat transferred from the glass layer 7b to the intake air. Therefore, the temperature change amount dTg / dt of the glass layer B. Can be expressed as in the following equation (10).
(Equation 7)

[0035]
Here, A, B, C, and D are the cross-sectional area, length, and resistivity of the hot wire 7a, the heat transfer coefficient between the glass layer 7b and the hot wire 7a, and the Is a constant determined according to the heat transfer coefficient or the like. In the equation (10), during the steady operation, heat exchange between the glass layer 7b, the heating wire 7a and the intake air is eliminated, so that the temperature change amount dTg / dt of the glass layer 7b, that is, the right side of the equation (10) Becomes 0, and at this time, the map value GA of the throttle valve passing air amount becomes equal to the calculated value mt. Under these conditions, GA is represented by the temperature Th of the heating wire 7a, the temperature Tg of the glass layer 7b, and the intake air temperature Ta, and the following equation (11) is obtained by eliminating the temperature Tg of the glass layer 7b in Equation 10. be able to.
(Equation 8)

[0036]
In the equation (11), α and β are constants determined by the aforementioned constants A, B, C, and D, and thus, the air mt ′ passing through the throttle valve. _(I) Is a map value GA of the air amount passing through the throttle valve based on the current output of the air flow meter 7 in consideration of the response delay of the air flow meter. _(I) And the map value GA of the air amount passing through the throttle valve based on the output of the previous air flow meter 7 _(I-1) And can be calculated based on
[0037]
Next, a second flowchart will be described. This flowchart is also executed at the same time as the engine start, similarly to the first flowchart, and the execution interval is, for example, 8 ms. First, in step 201, it is determined whether or not the current throttle valve opening TA is larger than the set opening TA1. When the determination is affirmative, in step 202, the throttle valve passing air amount mt based on the throttle valve opening calculated this time according to the first flowchart. _(I) Is the amount of air passing through the throttle valve mt ′ based on the output of the air flow meter calculated by the above equation (11). _(I) It is determined whether it is greater than. In equation (11), GA _(I-1) Is set to 0.
[0038]
If the determination in step 202 is affirmative, the process proceeds to step 203, where a relatively small predetermined value q is subtracted from the atmospheric pressure correction coefficient ekpa. On the other hand, if the determination in step 202 is negative, the process proceeds to step 204, where a predetermined value q is added to the atmospheric pressure correction coefficient ekpa. The correction coefficient ekpa is set to, for example, 1 at the time of shipping the vehicle, and if the determination in step 202 is affirmative, that is, the atmospheric pressure and the throttle valve opening are calculated using equation (1) or (4). Mt calculated through the throttle valve _(I) Is the amount of air passing through the throttle valve mt ′ calculated based on the output of the air flow meter using the equation (11). _(I) If it becomes larger, it is assumed that the atmospheric pressure used for calculation in equation (1) or (4) is higher than the actual pressure, and the correction coefficient ekpa is reduced. Also, the throttle valve passing air amount mt _(I) Is the amount of air passing through the throttle valve mt ' _(I) If it becomes smaller, it is assumed that the atmospheric pressure used for calculation in equation (1) or (4) is lower than the actual pressure, and the correction coefficient ekpa is increased.
[0039]
Next, in step 205, the reference atmospheric pressure Pas is multiplied and corrected by the learned and updated correction coefficient ekpa with the throttle valve passing air amount mt ′ calculated based on the output of the air flow meter as a true value. Is calculated to change the current atmospheric pressure Pa. This atmospheric pressure Pa will be used in the first flowchart.
[0040]
The learning and updating of the correction coefficient ekpa are performed when the determination in step 201 is affirmative, that is, when the throttle valve opening TA _(I) Is larger than the set opening degree TA1. This is the throttle valve opening TA _(I) Is less than or equal to the set opening TA1, the actual amount of air passing through the throttle valve decreases, and is greatly affected by the aging of the throttle valve and deposits on the intake system. Valve passing air volume mt _(I) And the amount of air passing through the throttle valve mt ′ calculated based on the output of the air flow meter _(I) The main cause of the difference may not be the current atmospheric pressure. The correction coefficient ekpa learned and updated in this manner is stored even when the engine is stopped, and is used for calculating the current atmospheric pressure at the next operation.
[0041]
By the way, when the vehicle goes from a lowland to a highland, there are many chances that the throttle valve opening becomes larger than the set opening TA1 due to uphill traveling, and good learning and updating of the correction coefficient ekpa are performed. However, when going from a high altitude to a low altitude, there is little opportunity to make the throttle valve opening larger than the set opening TA1 due to downhill traveling, and the correction coefficient ekpa may not be sufficiently learned. Thus, particularly when the vehicle is stopped immediately after traveling downhill from a highland to a lowland, it is highly possible that the correction coefficient ekpa is stored as a value adapted to the atmospheric pressure of the highland.
[0042]
Generally, when the engine is started, the intake pipe pressure Pm is first determined based on the throttle valve opening. _(I) Is calculated, the atmospheric pressure Pa and the previous intake pipe pressure Pm _(I-1) Is used as the corrected atmospheric pressure Pa multiplied by the correction coefficient ekpa stored in the reference atmospheric pressure Pas. However, in this case, in this case, the calculated intake pipe pressure Pm _(I) Becomes abnormally lower than the actual value, and the intake air amount mc calculated based on the abnormally low _(I) Is abnormally smaller than the actual one, and this intake air amount mc _(I) With the fuel injection amount calculated to realize the desired air-fuel ratio based on the actual air-fuel ratio, the actual air-fuel ratio becomes very lean and the estimation of the intake air amount is started at the same time as the completion of the engine start. Engine stall occurs. In addition, when estimating the intake air amount from cranking, the engine cannot be started.
[0043]
In the present embodiment, in order to solve such a problem, the first intake air amount mc _(I) Is not calculated by simply multiplying the stored correction coefficient ekpa by the reference atmospheric pressure Pas, but is calculated based on the above-described equation (9). That is, the current atmospheric pressure Pa is a value between the corrected atmospheric pressure obtained by multiplying the reference atmospheric pressure by the correction coefficient ekpa using the adaptation constant K1 (0 <K1 <1) and the reference atmospheric pressure Pas. You. Since the initial value Pa of the atmospheric pressure is calculated in this way, even if the correction coefficient ekpa is stored abnormally smaller than the current atmospheric pressure, the intake air amount mc _(I) Is not estimated to be abnormally small, and engine stall can be prevented. If the stored correction coefficient ekpa is accurate for the current atmospheric pressure, the estimated intake air amount mc _(I) Is estimated more than the actual value, but the initial value Pa of the atmospheric pressure does not exceed the reference atmospheric pressure, which is not a problem. The initial value Pa of the atmospheric pressure is used as the atmospheric pressure until the throttle valve opening TA becomes larger than the set opening TA1 and the correction coefficient ekpa is updated (step 205) in the second flowchart.
[0044]
Next, the guard value Pg used in the guard process in step 106 of the first flowchart will be described by returning to the second flowchart. The actual intake pipe pressure does not exceed the atmospheric pressure, so that, in general, the intake pipe pressure Pm calculated based on the throttle valve opening degree _(I) Is guarded by the current atmospheric pressure. If the correction coefficient ekpa is correct, the current atmospheric pressure is a corrected atmospheric pressure as a product of the reference atmospheric pressure Pas and ekpa, and this corrected atmospheric pressure is used as a guard value. A guard value may be obtained by multiplying by a coefficient K2 (for example, 1.05) as a margin.
[0045]
However, as described above, the correction coefficient ekpa may be inaccurate immediately after the start of the engine. At this time, when the guard processing is performed with the guard value based on the corrected atmospheric pressure, the correction coefficient ekpa is calculated based on the throttle valve opening. Intake pipe pressure Pm _(I) Despite being relatively accurate, the guarding process allows the intake pipe pressure Pm _(I) Is lowered. Thereby, the intake air amount mc _(I) Is estimated to be abnormally lower than the actual case, the combustion air-fuel ratio becomes abnormally lean, causing misfire, or when the air-fuel ratio sensor is arranged in the engine exhaust system and the feedback control of the fuel injection amount is performed In this case, the feedback correction coefficient becomes abnormally large in order to increase the fuel injection amount.
[0046]
In order to solve this problem, in the present embodiment, the guard value Pg is updated by the processing after step 206 in the second flowchart. In the second flowchart, in the aforementioned equation (8), instead of using the throttle valve passing air amount mt calculated based on the throttle valve opening using the equation (1) or (4), the equation (11) is used. The intake pipe pressure Pm ′ is calculated using the throttle valve passing air amount mt ′ calculated based on the output of the air flow meter. In step 206, the intake pipe pressure Pm ′ calculated this time is calculated. _(I) Is the intake pipe pressure Pm 'calculated previously. _(I-1) It is determined whether it is smaller than.
[0047]
Immediately after the start of the engine, in order to quickly warm up the catalyst device provided in the engine exhaust system, the fuel injection amount is increased, the throttle valve opening is relatively increased, and the intake air amount is also increased. Thereby, the initial intake pipe pressure Pm ′ calculated based on the output of the air flow meter _(I) Is relatively close to the current atmospheric pressure. However, Pm ' _(I-1) Is the initial value Pa of the atmospheric pressure calculated in step 102 of the first flowchart, the determination in step 206 in the first time is often affirmed, and in step 207, the guard value Pg is The current (first time) intake pipe pressure Pm ′ calculated based on the output of the meter _(I) It is said. Next, at step 208, the intake pipe pressure Pm ' _(I) It is determined whether the guard value Pg is smaller than a value based on the above-described corrected atmospheric pressure obtained by correcting the reference atmospheric pressure Pas by the correction coefficient ekpa.
[0048]
When the correction coefficient ekpa is relatively large, the value obtained by multiplying the correction atmospheric pressure by the coefficient K2 is larger than the guard value Pg that is smaller than the atmospheric pressure Pa calculated in step 102 of the first flowchart. There is a tendency, and the determination in step 208 is affirmed. In step 209, the guard value Tg is set to a general value based on the corrected atmospheric pressure.
[0049]
However, as described above, when the correction coefficient ekpa is abnormally small with respect to the current atmospheric pressure, the value based on the corrected atmospheric pressure becomes considerably small. Will cause it. In such a case, the determination in step 208 is denied, and the guard value Pg is the intake pipe pressure calculated based on the output of the air flow meter. The intake pipe pressure Pm 'is a practical pressure based on the output of the air flow meter, and the actual atmospheric pressure is definitely higher than the intake pipe pressure. Thus, the intake pipe pressure Pm calculated based on the throttle valve opening is not abnormal at least up to this intake pipe pressure Pm '. In this way, when the correction coefficient ekpa is abnormally small, it is effective to use the intake pipe pressure Pm ′ calculated based on the output of the air flow meter as a guard value, thereby calculating based on the throttle valve opening. The intake pipe pressure Pm is not guarded abnormally small, and the misfire and the feedback correction coefficient described above are prevented from being abnormal values.
[0050]
However, the use of the intake pipe pressure based on the output of the air flow meter as the guard value is only a provisional measure, and the operation in which the throttle valve opening is increased is frequently performed, and the correction coefficient ekpa of the atmospheric pressure is appropriate. If the value is learned and corrected, the current accurate atmospheric pressure is calculated. At this time, it is preferable to use a guard value based on the corrected atmospheric pressure. Accordingly, in steps 208 and 209 of the second flowchart, if the value calculated based on the corrected atmospheric pressure is larger than the intake pipe pressure based on the output of the air flow meter, the value based on the corrected atmospheric pressure is used as the guard value Pg. It has become so.
[0051]
Also, the intake pipe pressure Pm ′ calculated based on the output of the air flow meter may be such that the vehicle goes to a high altitude immediately after the engine is started, and the current atmospheric pressure may be lower than the intake pipe pressure calculated initially. Accordingly, it is not preferable to use the intake pipe pressure Pm ′ calculated for the first time until the atmospheric pressure correction coefficient ekpa becomes an appropriate value. In steps 206 and 207 of the second flowchart, the calculation is performed based on the output of the air flow meter. This intake pipe pressure Pm ' _(I) Is Pm 'last time _(I-1) If it becomes smaller, the value that can be reliably used as the guard value Pg is the current intake pipe pressure Pm ′. _(I) Is set as the guard value Pg.
[0052]
For example, in preparation for a case where the stored correction coefficient ekpa is inappropriate, the guard process is not performed immediately after the engine is started, or the atmospheric pressure Pa calculated in step 102 of the first flowchart is simply used as the guard value. However, since it is not clear when the correction coefficient ekpa is learned and updated to an appropriate value, a problem such as misfire still occurs when the guard process based on the corrected atmospheric pressure is started. Sometimes. In the present embodiment, as described above, such a problem does not occur.
[0053]
By the way, in the second flowchart, in the learning update of the correction coefficient ekpa, the throttle valve passing air amount mt based on the throttle valve opening and the throttle valve passing air amount mt ′ based on the output of the air flow meter are compared. . However, this does not limit the present invention.For example, the specific value to be compared is not the throttle valve passing air amount but the intake pipe pressure calculated based on the throttle valve opening and the output of the air flow meter. Alternatively, the intake air amount may be used.
[0054]
By the way, in order to accurately control the combustion air-fuel ratio, it is necessary to determine the fuel injection amount by estimating an accurate intake air amount into the cylinder before starting the fuel injection. However, in order to accurately estimate the intake air amount, it is strictly necessary to calculate the intake air flow rate when the intake valve is closed. That is, when determining the fuel injection amount, the current intake air amount mc _(I) Not the intake air amount mc when the intake valve is closed _{(I + n)} Must be calculated. This applies not only to an internal combustion engine that injects fuel into the intake branch pipe 3 as shown in FIG. 1 but also to an internal combustion engine that injects fuel directly into the cylinder during the intake stroke.
[0055]
To achieve this, the current throttle valve opening TA _(I) Not only that, the throttle valve opening TA for each time Δt until the intake valve closes _{(I + 1)} , TA _{(I + 2)} , ... TA _{(I + n)} , It is necessary to change μ · A in equation (1) or PmTA in equation (4) to calculate the throttle valve passing air amount mt at each time.
[0056]
The throttle valve opening TA at each time is based on the amount of depression of the accelerator pedal with respect to the current time, and assuming that this amount of depression changes continues until the intake valve closes, the amount of depression of the accelerator pedal at each time is estimated, It is conceivable that each estimated stepping amount is determined in consideration of a response delay of the throttle valve actuator. This method can also be applied when the throttle valve is mechanically connected to the accelerator pedal.
[0057]
However, the estimated throttle valve opening TA when the intake valve is closed is _{(I + n)} Is a prediction only and there is no guarantee that it matches the actual situation. Throttle valve opening TA when intake valve is closed _{(I + n)} May be controlled to delay the throttle valve in order to match with the actual condition. When the depression amount of the accelerator pedal changes, the throttle valve opening changes with a delay due to a response delay of the actuator. This delay control intentionally increases the response delay of the throttle valve.
[0058]
For example, during an engine transition, an actual response delay (dead time) such that the throttle valve opening corresponding to the current depression amount of the accelerator pedal when determining the fuel injection amount is realized when the intake valve is closed. When the throttle valve actuator is controlled in consideration of the above, the throttle valve opening TA every time from the present to the time when the intake valve is closed _(I) , TA _{(I + 1)} , ... TA _{(I + n)} Can be accurately grasped. More specifically, when the depression amount of the accelerator pedal changes, an operation signal is not immediately sent to the actuator, but the dead time is subtracted from the time from when the fuel injection amount is determined to when the intake valve is closed. An operation signal to the actuator is issued when the time has elapsed. Of course, the delay control of the throttle valve may be performed such that the throttle valve opening corresponding to the current depression amount of the accelerator pedal is realized after the intake valve is closed.
[0059]
The output of the air flow meter 7 is highly reliable when the engine is in a steady state, so that when the engine is in a steady state, the current throttle valve passing air amount mt calculated using the equation (11) is obtained. _(I) Is more reliable than the throttle valve passing air amount calculated by the equation (1) or (4). Thus, when the engine is in a steady state, the previous throttle valve passing air amount mt calculated by the equation (11) is used. _(I) In equation (8), the current intake pipe pressure Pm _(I) Is calculated, and in equation (7), the intake air temperature Tm on the downstream side of the current throttle valve is calculated. _(I) Is calculated, and the current intake air amount mc (i) is preferably calculated by Expression (3).
[0060]
Thus, using the first flowchart, the current intake air amount mc _(I) And the intake air amount mc when the intake valve is closed _{(I + n)} And the current intake air amount mc based on the output of the air flow meter using the equations (11), (8), (7) and (3) as described above. _(I) 'Is calculated sequentially, and the intake air amount when the intake valve is closed is calculated as mc _{(I + n)} -Mc _(I) + Mc _(I) '. By such a calculation method, at the time of engine steady state, mc calculated as the same throttle valve opening based on the same model formula _{(I + n)} And mc _(I) Are reliably canceled, and the accurate current intake air amount calculated based on the output of the air flow meter is obtained as the intake air amount when the intake valve is closed. Also, at the time of engine transition, mc _(I) And mc _(I) 'Is almost canceled out, _{(I + n)} It is possible to obtain the intake air amount at the time of closing the intake valve calculated as:
[0061]
【The invention's effect】
According to the intake air amount estimating device for an internal combustion engine according to the present invention, the atmospheric pressure used by the intake pipe pressure calculating means is learned and updated when the throttle valve opening is equal to or larger than the set opening and is stored even when the engine is stopped. When the intake pipe pressure is calculated for the first time when the engine is started, the atmospheric pressure used in the intake pipe pressure calculating means is set to a value between the corrected atmospheric pressure and the standard atmospheric pressure. ing. Thereby, even if the stored corrected atmospheric pressure is not accurately learned at the time of starting the engine, the initial value of the atmospheric pressure is brought closer to the accurate atmospheric pressure, and the amount of intake air at the time of starting the engine is reduced. It is possible to prevent the problem that the combustion air-fuel ratio becomes excessively lean at the start of the estimation and causes engine stall.
[0062]
According to another intake air amount estimating apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the atmospheric pressure used by the intake pipe pressure calculating means is learned and updated when the throttle valve opening is equal to or larger than the set opening. The corrected atmospheric pressure is also stored at the time of stop, and the intake air amount estimating device includes a guard means for replacing the intake pipe pressure with a guard value when the intake pipe pressure calculated by the intake pipe pressure calculation means is higher than the guard value. The guard value is set to a larger value by comparing the value based on the corrected atmospheric pressure with the minimum value of the intake pipe pressure newly calculated from the time of starting the engine based on the output of the air flow meter. It has become. Accordingly, even when the stored corrected atmospheric pressure is not accurately learned at the time of engine start, the guard value is initially set to the intake pipe pressure calculated based on the output of the air flow meter, and the abnormal Immediately after the start of the engine, the intake pipe pressure calculated by the intake pipe pressure calculation means is abnormally small, and the combustion air-fuel ratio becomes excessively lean because the intake air pressure calculated by the intake pipe pressure calculation means is not made a value based on the corrected atmospheric pressure that has been reduced In addition, problems such as occurrence of misfire can be prevented. In addition, the minimum value of the intake pipe pressure calculated based on the output of the air flow meter is definitely lower than the actual atmospheric pressure, and the guard value is not set excessively above the actual atmospheric pressure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of an internal combustion engine to which an intake air amount estimation device according to the present invention is attached.
FIG. 2 is a map showing a relationship between a throttle valve opening TA and a flow coefficient μ.
FIG. 3 is a map showing a relationship between a throttle valve opening TA and an opening area A of the throttle valve.
FIG. 4 is a map showing a relationship between a ratio between an intake pipe pressure Pm and an atmospheric pressure Pa and a function Φ.
FIG. 5 is a part of a first flowchart for calculating an intake air amount;
FIG. 6 is a remaining part of the first flowchart of FIG. 5;
FIG. 7 is a cross-sectional view of a modeled air flow meter.
FIG. 8 is a second flowchart for learning and updating the correction coefficient ekpa and the guard value Pg.
[Explanation of symbols]
1. Engine body
2 ... Surge tank
3. Intake branch pipe
4: Intake passage
6 ... Throttle valve
7 ... Air flow meter

Claims (2)

Intake pipe pressure calculating means for calculating the intake pipe pressure downstream of the throttle valve based on the throttle valve opening and the atmospheric pressure; and calculating the intake air amount based on the intake pipe pressure calculated by the intake pipe pressure calculating means. An intake air amount calculating means, wherein the atmospheric pressure used in the intake pipe pressure calculating means is learned and updated when the throttle valve opening is equal to or greater than a set opening, and is stored even when the engine is stopped. The atmospheric pressure used when calculating the intake pipe pressure for the first time when the engine is started, the atmospheric pressure used in the intake pipe pressure calculating means is a value between the corrected atmospheric pressure and the standard atmospheric pressure. An intake air amount estimating apparatus for an internal combustion engine, comprising: Intake pipe pressure calculating means for calculating the intake pipe pressure downstream of the throttle valve based on the throttle valve opening and the atmospheric pressure; and calculating the intake air amount based on the intake pipe pressure calculated by the intake pipe pressure calculating means. An intake air amount calculating means, wherein the atmospheric pressure used in the intake pipe pressure calculating means is learned and updated when the throttle valve opening is equal to or greater than a set opening, and is stored even when the engine is stopped. A guard means for replacing the intake pipe pressure with the guard value when the intake pipe pressure calculated by the intake pipe pressure calculation means is higher than a guard value. The guard value is calculated by comparing a value based on the corrected atmospheric pressure with a minimum value of the intake pipe pressure newly calculated from the time of engine start based on the output of the air flow meter. Intake air quantity estimation apparatus for an internal combustion engine, characterized in that the value of the square.

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