JP2005083240A - Intake air amount estimation device for internal combustion engine - Google Patents

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JP2005083240A JP2003315301A JP2003315301A JP2005083240A JP 2005083240 A JP2005083240 A JP 2005083240A JP 2003315301 A JP2003315301 A JP 2003315301A JP 2003315301 A JP2003315301 A JP 2003315301A JP 2005083240 A JP2005083240 A JP 2005083240A
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Naosumi Okuda
尚住 奥田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately estimate an intake air amount even immediately even after starting an engine more accurately than conventional devices in an intake air amount estimation device for an internal combustion engine that calculates the intake air amount by using a linear function where an intake pressure at a downstream of a throttle valve is a variable. <P>SOLUTION: In the intake air amount estimation device for the internal combustion engine that specifies a linear function for calculating the intake air amount where the intake pressure at the downstream of the throttle valve 6 is a variable based on the operation state of the engine and calculates the intake air amount using the specified linear function, the liner function is specified in view of intake air heating temperature based on the engine temperature as well. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内燃機関の吸入空気量推定装置に関する。   The present invention relates to an intake air amount estimation device for an internal combustion engine.

正確な空燃比制御を実現するためには吸入空気量を正確に把握することが必要である。吸入空気量を検出するために機関吸気系にエアフローメータを配置することが一般的であるが、エアフローメータは応答遅れを有するために、機関定常時において比較的正確な吸入空気量を検出することはできても、機関過渡時においては不正確な吸入空気量しか検出することができない。   In order to realize accurate air-fuel ratio control, it is necessary to accurately grasp the intake air amount. In order to detect the intake air amount, it is common to install an air flow meter in the engine intake system. However, since the air flow meter has a response delay, a relatively accurate intake air amount can be detected when the engine is stationary. However, only an incorrect intake air amount can be detected during engine transition.

機関過渡時においても比較的正確な吸入空気量を把握するために、機関吸気系をモデル化して吸入空気量を逐次計算することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この吸入空気量推定装置において、吸入空気量はスロットル弁下流側の吸気圧に基づき一次関数により算出される。吸入空気量の算出に使用される一次関数は機関運転状態毎に変化するものであり、一次関数を特定するための係数及び定数を機関回転数毎及びバルブオーバーラップ期間毎に適合させてマップ化している。   In order to grasp a relatively accurate intake air amount even during engine transition, it has been proposed to model the engine intake system and sequentially calculate the intake air amount (see, for example, Patent Document 1). In this intake air amount estimation device, the intake air amount is calculated by a linear function based on the intake pressure downstream of the throttle valve. The linear function used to calculate the intake air amount changes with each engine operating state, and the coefficient and constant for specifying the linear function are mapped and adapted for each engine speed and each valve overlap period. ing.

このマップ化に際して、係数及び定数は暖機後の特定機関温度における内燃機関に対して設定されるために、機関始動直後において、現在の機関運転状態に基づき特定された一次関数を使用しても正確な吸入空気量を算出することができないことがある。   At the time of mapping, since the coefficients and constants are set for the internal combustion engine at the specific engine temperature after warm-up, even if a linear function specified based on the current engine operating state is used immediately after engine startup, An accurate intake air amount may not be calculated.

特開2001−41095号公報JP 2001-41095 A 特開2002−332884号公報JP 2002-332884 A

従って、本発明の目的は、スロットル弁下流側の吸気圧を変数とする一次式を使用して吸入空気量を算出する内燃機関の吸入空気量推定装置において、機関始動直後でも従来に比較して正確な吸入空気量の算出を可能とすることである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an intake air amount estimation device for an internal combustion engine that calculates an intake air amount using a linear expression with the intake pressure downstream of the throttle valve as a variable, as compared with the conventional system even immediately after engine startup. It is possible to accurately calculate the intake air amount.

本発明による請求項1に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置は、スロットル弁下流側の吸気圧を変数として吸入空気量を算出するための一次関数を機関運転状態に基づき特定し、特定された一次関数により吸入空気量を算出する内燃機関の吸入空気量推定装置において、前記一次関数は、機関温度に基づく吸気加熱温度をも考慮して特定されることを特徴とする。   According to a first aspect of the present invention, there is provided an internal combustion engine intake air amount estimation device that identifies and specifies a linear function for calculating an intake air amount based on an intake air pressure downstream of a throttle valve as a variable. In the intake air amount estimation apparatus for an internal combustion engine that calculates the intake air amount using a linear function, the linear function is specified in consideration of the intake heating temperature based on the engine temperature.

本発明による請求項2に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置は、スロットル弁下流側の吸気圧を変数として吸入空気量を算出するための一次関数を機関運転状態に基づき特定し、特定された一次関数により吸入空気量を算出する内燃機関の吸入空気量推定装置において、算出された前記吸入空気量は、機関温度に基づく吸気加熱温度に基づき補正されることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided an internal combustion engine intake air amount estimation device that specifies and identifies a linear function for calculating an intake air amount based on an intake air pressure downstream of a throttle valve as a variable. In the intake air amount estimation device for an internal combustion engine that calculates the intake air amount using a linear function, the calculated intake air amount is corrected based on an intake heating temperature based on the engine temperature.

本発明による請求項3に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置は、請求項1又は2に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置において、前記機関温度は、冷却水温又は潤滑油温度に基づき決定されることを特徴とする。   An intake air amount estimation device for an internal combustion engine according to claim 3 according to the present invention is the intake air amount estimation device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the engine temperature is based on a cooling water temperature or a lubricating oil temperature. It is determined.

本発明による請求項4に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置は、請求項1から3のいずれか一項に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置において、前記吸気加熱温度は、前記機関温度と大気温度とに基づき決定されることを特徴とする。   An intake air amount estimation device for an internal combustion engine according to a fourth aspect of the present invention is the intake air amount estimation device for an internal combustion engine according to any one of the first to third aspects, wherein the intake heating temperature is the engine temperature. It is determined based on temperature and atmospheric temperature.

請求項1に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置によれば、吸入空気量を算出するための一次関数は、機関運転状態だけでなく、機関温度に基づく吸気加熱温度をも考慮して特定されるために、機関始動直後において機関温度が低くて吸気を余り熱膨張させない場合にも正確な吸入空気量の算出が可能となる。   According to the intake air amount estimation apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, the linear function for calculating the intake air amount is specified in consideration of not only the engine operating state but also the intake heating temperature based on the engine temperature. Therefore, the intake air amount can be accurately calculated even when the engine temperature is low immediately after the engine is started and the intake air is not excessively expanded.

また、請求項2に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置によれば、機関運転状態に基づき特定された一次関数を使用して算出された吸入空気量は、機関温度に基づく吸気加熱温度に基づき補正されるために、機関始動直後において機関温度が低くて吸気を余り熱膨張させない場合にも正確な吸入空気量の算出が可能となる。   According to the intake air amount estimating apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, the intake air amount calculated using the linear function specified based on the engine operating state is the intake air heating temperature based on the engine temperature. Therefore, the intake air amount can be accurately calculated even when the engine temperature is low and the intake air is not thermally expanded immediately after the engine is started.

図1は、本発明による制御装置が取り付けられる内燃機関を示す概略図である。同図において、1は機関本体であり、2は各気筒共通のサージタンクである。3はサージタンク2と各気筒とを連通する吸気枝管であり、4はサージタンク2の上流側の吸気通路である。各吸気枝管3には燃料噴射弁5が配置され、吸気通路4におけるサージタンク2の直上流側にはスロットル弁6が配置されている。ここで、スロットル弁6は、アクセルペダルに連動するものではなく、ステップモータ等の駆動装置によって自由に開度設定可能なものとしたが、アクセルペダルに連動するものでも良い。スロットル弁6には、スロットル弁開度を測定するためのスロットル弁開度センサが取り付けられている。機関本体1において、8は吸気弁であり、9は排気弁であり、10はピストンである。   FIG. 1 is a schematic diagram showing an internal combustion engine to which a control device according to the present invention is attached. In the figure, 1 is an engine body, and 2 is a surge tank common to each cylinder. An intake branch pipe 3 communicates the surge tank 2 with each cylinder, and 4 is an intake passage upstream 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 throttle valve 6 is not linked to the accelerator pedal, but can be freely set by a driving device such as a step motor. However, the throttle valve 6 may be linked to the accelerator pedal. A throttle valve opening sensor for measuring the throttle valve opening is attached to the throttle valve 6. In the engine body 1, 8 is an intake valve, 9 is an exhaust valve, and 10 is a piston.

内燃機関1における燃焼空燃比を、例えば、理論空燃比等の所望空燃比にするためには、機関過渡時を含めて気筒内へ流入する吸入空気量を正確に推定することが必要とされる。本実施形態は、機関吸気系をモデル化して計算により吸入空気量を推定するようにしている。   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, the theoretical air-fuel ratio, it is necessary to accurately estimate the amount of intake air flowing into the cylinder including when the engine is in transition. . In this embodiment, the engine intake system is modeled and the intake air amount is estimated by calculation.

先ず、スロットル弁6をモデル化することにより、吸気がスロットル弁6を通過する際のエネルギ保存則、運動量保存則、及び、状態方程式を使用して、今回のスロットル弁通過空気量mt(i)(g/sec)を、次式(1)によって表すことができる。以下の式を含めて、スロットル弁通過空気量等の変数の添え字(i)は今回を示し、(i−1)は前回を示している。

Figure 2005083240
First, by modeling the throttle valve 6, using the energy conservation law, the momentum conservation law, and the state equation when intake air passes through the throttle valve 6, the current throttle valve passage air amount mt (i) (G / sec) can be expressed by the following equation (1). Including the following expression, the subscript (i) of the variable such as the throttle valve passing air amount indicates the current time, and (i-1) indicates the previous time.
Figure 2005083240

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(m2)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は気体定数である。Taはスロットル弁上流側の吸気温度(K)であり、吸気通路4のスロットル弁上流側において測定しても良いが、大気温度とすることも可能である。また、Pacはスロットル弁上流側の吸気通路圧力(kPa)(以下、上流側圧力と称する)であり、Pm(i)はスロットル弁下流側の吸気管圧力(kPa)(以下、下流側圧力と称する)である。また、関数Φ(Pm(i)/Pac)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/Pacに対するマップが図示されている。

Figure 2005083240
Here, μ (i) is a flow coefficient, and A (i) is an opening area (m 2 ) of the throttle valve 6. Of course, when an idle speed control valve (ISC valve) is provided in the engine intake system, the opening area of the ISC valve is added to A (i) . Each of the flow coefficient and the opening area of the throttle valve is a function of the throttle valve opening TA (i) (degree), and FIGS. 2 and 3 show maps for the respective throttle valve openings TA. Yes. R is a gas constant. Ta is an intake air temperature (K) on the upstream side of the throttle valve, and may be measured on the upstream side of the throttle valve in the intake passage 4, but may be an atmospheric temperature. Pac is an intake passage pressure (kPa) upstream of the throttle valve (hereinafter referred to as upstream pressure), and Pm (i) is an intake pipe pressure (kPa) downstream of the throttle valve (hereinafter referred to as downstream pressure). Called). The function Φ (Pm (i) / Pac) is expressed by the following equation (2) using the specific heat ratio κ, and FIG. 4 shows a map for Pm / Pac.
Figure 2005083240

上流側圧力Pacは、大気圧としても良いが、機関吸気系の最上流部にはエアクリーナが設けられており、厳密には、大気圧からエアクリーナの圧力損失を減算して算出することが好ましい。エアクリーナの圧力損失は、エアクリーナを通過する空気流量に基づき、ベルヌーイの定理により算出することができる。この空気流量は、エアクリーナの直下流側にエアフローメータが設けられている場合には、その出力値とすることができ、また、式(1)により算出した前回のスロットル弁通過空気量としても良い。   Although the upstream pressure Pac may be atmospheric pressure, an air cleaner is provided at the most upstream part of the engine intake system, and strictly speaking, it is preferable to calculate by subtracting the pressure loss of the air cleaner from atmospheric pressure. The pressure loss of the air cleaner can be calculated by Bernoulli's theorem based on the flow rate of air passing through the air cleaner. This air flow rate can be the output value when an air flow meter is provided immediately downstream of the air cleaner, or may be the previous throttle valve passing air amount calculated by the equation (1). .

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、下流側圧力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)に示す一次式によって表すことができる。

Figure 2005083240
Next, the intake valve is modeled. Since the intake air amount mc (i) (g / sec) supplied into the cylinder changes substantially linearly based on the downstream pressure Pm (i) , the linear expression shown in the following equation (3) Can be represented.
Figure 2005083240

ここで、Tm(i)はスロットル弁下流側の吸気温度(K)であり、式(3)を特定するための係数a及び定数bは、内燃機関毎に適合させて設定される適合値である。ここで、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期間が長いほど吸気管へ多量の既燃ガスが逆流するために増加する。それにより、正確な吸入空気量mcを算出するためには、これらの係数a及び定数bは、機関状態毎に設定されることが好ましい。すなわち、機関回転数毎だけでなく、内燃機関が可変バルブタンミング機構を有する場合にはバルブオーバーラップ量毎及び吸気弁の最大リフト量毎、また、その他の吸入空気量に影響する制御装置が設けられている場合にはその制御量毎に、吸入空気量mcを算出するための一次式を特定する係数a及び定数bの値をマップ化することが好ましい。 Here, Tm (i) is the intake air temperature (K) on the downstream side of the throttle valve, and the coefficient a and the constant b for specifying the equation (3) are adapted values set to suit each internal combustion engine. is there. Here, b is a value corresponding to the amount of residual burned gas in the cylinder, and increases as the valve overlap period is longer because a larger amount of burned gas flows back to the intake pipe. Accordingly, in order to calculate an accurate intake air amount mc, it is preferable that the coefficient a and the constant b are set for each engine state. That is, not only for each engine speed, but also when the internal combustion engine has a variable valve tamming mechanism, there are control devices that affect the valve overlap amount, the maximum lift amount of the intake valve, and other intake air amounts. If provided, it is preferable to map the values of the coefficient a and the constant b that specify the primary expression for calculating the intake air amount mc for each control amount.

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、下流側圧力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(4)によって表され、また、下流側圧力Pmの時間変化率は次式(5)によって表される。ここで、Vは、機関吸気系のスロットル弁6下流側における吸気管の容積(m3)であり、具体的には、吸気通路4のスロットル弁6下流側とサージタンク2と吸気枝管3との合計容積である。

Figure 2005083240
Next, the intake pipe is modeled. Using the intake mass conservation law, the energy conservation law, and the equation of state existing in the intake pipe, the rate of time change in the ratio between the downstream pressure Pm and the intake air temperature Tm downstream of the throttle valve is expressed by the following equation (4): The time change rate of the downstream pressure Pm is expressed by the following equation (5). Here, V is the volume (m 3 ) of the intake pipe on the downstream side of the throttle valve 6 in the engine intake system. Specifically, the downstream side of the throttle valve 6 in the intake passage 4, the surge tank 2, and the intake branch pipe 3. And the total volume.
Figure 2005083240

式(4)及び式(5)は離散化され、それぞれ、次式(6)及び(7)が得られ、式(7)によって今回の下流側圧力Pm(i)が得られれば、式(6)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、また、式(1)によって現在のスロットル弁の開口面積A(i)及び現在の流量係数μ(i)に基づき今回のスロットル弁通過空気量mt(i)を得ることができる。さらに、式(3)によって、今回の吸気温度Tm(i)及び今回の下流側圧力Pm(i)に基づき今回の吸入空気量mc(i)を得ることができる。次の計算時期においては、下流側圧力、吸気温度、スロットル弁通過空気量、吸入空気量をそれぞれ前回値として、式(7)により今回の下流側圧力Pm(i)を算出する。これを繰り返して吸入空気量mcを逐次計算する。式(6)及び(7)において、離散時間Δtは、吸入空気量mcを算出する時間間隔とされ、例えば8msである。また、スロットル弁通過空気量mt(i)の算出に使用する今回のスロットル弁の開口面積A(i)及び流量係数μ(i)は、現在のアクセルペダルの踏み込み量に対してスロットル弁の駆動装置(ステップモータ)の応答遅れ等が考慮されて推定される。

Figure 2005083240
Equations (4) and (5) are discretized to obtain the following equations (6) and (7), respectively, and if the current downstream pressure Pm (i) is obtained by equation (7), 6) to obtain the current intake air temperature Tm (i) in the intake pipe, and based on the current throttle valve opening area A (i) and the current flow coefficient μ (i) according to equation (1). The throttle valve passage air amount mt (i) can be obtained. Further, the current intake air amount mc (i) can be obtained based on the current intake temperature Tm (i) and the current downstream pressure Pm (i ) by the expression (3). At the next calculation time, the downstream pressure Pm (i) of this time is calculated by the equation (7), with the downstream pressure, the intake air temperature, the throttle valve passing air amount, and the intake air amount as previous values. By repeating this, the intake air amount mc is sequentially calculated. In the equations (6) and (7), the discrete time Δt is a time interval for calculating the intake air amount mc, for example, 8 ms. In addition, the throttle valve opening area A (i) and the flow coefficient μ (i) used for calculating the throttle valve passing air amount mt ( i) are determined based on the current depression amount of the accelerator pedal. It is estimated in consideration of the response delay of the device (step motor).
Figure 2005083240

ところで、式(6)において算出される吸気管内の吸気温度Tmは、吸気管内の断熱圧縮の結果として算出される値であり、吸気管との間の熱の授受は全く考えられていない。また、吸入空気量mcを算出するための式(3)において、この一次式を特定するための係数a及び定数bは、一般的に、暖機後の特定機関温度において機関運転状態毎に設定されたものであり、すなわち、吸気は、暖機後の特定機関温度となっている吸気枝管5(特に、シリンダヘッド内の吸気通路)から受熱して熱膨張することが前提とされている。それにより、現在の機関温度が、係数a及び定数bを設定した時の暖機後の特定機関温度(例えば、冷却水温度が90°C)であれば、特に問題はないが、機関始動直後のように暖機以前であると、吸気枝管内の吸気は余り熱膨張せず、現在の機関運転状態に基づく係数a及び定数bにより特定された一次式を使用して、暖機後の特定機関温度に対する熱膨張を前提とした吸入空気量mcが算出されても、実際より少ない吸入空気量となってしまう。   By the way, the intake air temperature Tm in the intake pipe calculated in the equation (6) is a value calculated as a result of adiabatic compression in the intake pipe, and no transfer of heat to and from the intake pipe is considered. In the equation (3) for calculating the intake air amount mc, the coefficient a and the constant b for specifying this linear equation are generally set for each engine operating state at a specific engine temperature after warm-up. That is, it is assumed that the intake air receives heat from the intake branch pipe 5 (particularly, the intake passage in the cylinder head) that is at a specific engine temperature after warming up and thermally expands. . Thereby, if the current engine temperature is the specific engine temperature after warming up when the coefficient a and the constant b are set (for example, the cooling water temperature is 90 ° C.), there is no problem, but immediately after the engine is started. If it is before warm-up, the intake air in the intake branch pipe does not expand much, and the primary equation specified by the coefficient a and the constant b based on the current engine operating state is used to specify the Even if the intake air amount mc is calculated on the premise of thermal expansion with respect to the engine temperature, the intake air amount is smaller than the actual amount.

この問題を解決するために、本実施形態では、機関運転状態毎だけでなく、機関温度毎にも吸入空気量を算出するための一次式を特定するための係数a及び定数bをマップ化し、現在の機関運転状態と現在の機関温度とに基づき選択された係数a及び定数bを使用して、一次式(3)を特定している。このようなマップ化により、機関温度が低いほど、吸気の熱膨張の程度が小さくなることが考慮され、算出される吸入空気量が実際に合わせて多くなるように、一次式が特定されるようになる。   In order to solve this problem, in this embodiment, a coefficient a and a constant b for specifying a primary expression for calculating the intake air amount not only for each engine operating state but also for each engine temperature are mapped, The linear expression (3) is specified using the coefficient a and the constant b selected based on the current engine operating state and the current engine temperature. By such mapping, it is considered that the lower the engine temperature, the smaller the degree of thermal expansion of the intake air, and the primary expression is specified so that the calculated intake air amount increases in accordance with the actual amount. become.

また、次式(8)のように、現在の機関運転状態により特定された式(3)を補正係数Kにより乗算補正して吸入空気量を算出するようにしても良い。この補正係数Kは、機関温度が低いほど大きくされ、係数a及び定数bを設定した時の暖機後の特定機関温度となれば1とされる。

Figure 2005083240
Further, as shown in the following equation (8), the intake air amount may be calculated by multiplying and correcting the equation (3) specified by the current engine operating state by the correction coefficient K. The correction coefficient K is increased as the engine temperature is lower, and is 1 if the specific engine temperature after warm-up when the coefficient a and the constant b are set.
Figure 2005083240

前述した機関温度は、実際的には、冷却水温センサにより検出される冷却水温度又は油温センサにより検出される潤滑油温度等により代表することができる。図5は、機関温度として冷却水温度THWを使用した場合の補正係数Kのマップである。図5において、係数a及び定数bを設定した時の特定機関温度に対応する冷却水温度(例えば、90°C)の時には補正係数Kは1とされ、それ以上の冷却水温度の時には補正係数を1としても良いが、厳密には、この時において、吸気はさらに熱膨張することとなるために、点線で示すように、補正係数Kを1より小さな値としても良い。   The engine temperature described above can be represented by the coolant temperature detected by the coolant temperature sensor or the lubricating oil temperature detected by the oil temperature sensor. FIG. 5 is a map of the correction coefficient K when the coolant temperature THW is used as the engine temperature. In FIG. 5, the correction coefficient K is 1 when the coolant temperature (for example, 90 ° C.) corresponds to the specific engine temperature when the coefficient a and the constant b are set, and the correction coefficient when the coolant temperature is higher than that. However, strictly speaking, since the intake air further expands at this time, the correction coefficient K may be set to a value smaller than 1 as indicated by a dotted line.

このように、機関温度を吸気加熱温度として、それが低いほど、吸気枝管からの受熱による吸気の熱膨張の程度が小さくなって吸入空気量が増大するとしても、従来に比較して正確な吸入空気量を算出することができる。しかしながら、吸気の熱膨張の程度は、厳密には、機関温度と大気温度との差に基づくものである。すなわち、同じ機関温度に対して、大気温度が高く、この差が小さければ、吸気の熱膨張の程度は小さくなる。それにより、吸気加熱温度を、機関温度と大気温度との差とすることが好ましい。   Thus, the lower the engine temperature is the intake air heating temperature, the smaller the degree of thermal expansion of the intake air due to the heat received from the intake branch pipe, and the more the intake air amount increases, the more accurate it is compared to the prior art. The amount of intake air can be calculated. However, strictly speaking, the degree of thermal expansion of the intake air is based on the difference between the engine temperature and the atmospheric temperature. That is, if the atmospheric temperature is high and the difference is small with respect to the same engine temperature, the degree of thermal expansion of the intake air is small. Thereby, the intake air heating temperature is preferably set to a difference between the engine temperature and the atmospheric temperature.

図6は、吸気加熱温度を機関温度と大気温度との差TDとした時の前述同様な補正係数K’のマップである。もちろん、この補正係数K’によって式(3)を乗算補正するのではなく、吸入空気量を算出するための一次式を特定するための係数a及び定数bを、機関運転状態毎及びこの差TD毎にマップ化するようにしても良い。また、差TDを算出するのに、大気温度に代えて、大気温度Taに基づき式(6)により算出される吸気管内の吸気温度Tmとしても良い。本実施形態においては、吸入空気量mcを算出するための下流側圧力Pmをスロットル弁通過空気量mt等に基づき算出するようにしたが、もちろん、下流側圧力Pmを圧力センサにより実測して、これを吸入空気量mcの算出に使用しても良い。この場合においても前述の考え方を適用することで、機関始動直後において正確な吸入空気量の算出が可能となる。   FIG. 6 is a map of the correction coefficient K ′ similar to the above when the intake air heating temperature is the difference TD between the engine temperature and the atmospheric temperature. Of course, instead of multiplying and correcting the equation (3) by the correction coefficient K ′, the coefficient a and the constant b for specifying the primary expression for calculating the intake air amount are set for each engine operating state and the difference TD. You may make it map every time. Further, the difference TD may be calculated as the intake air temperature Tm in the intake pipe calculated by the equation (6) based on the atmospheric temperature Ta instead of the atmospheric temperature. In the present embodiment, the downstream pressure Pm for calculating the intake air amount mc is calculated based on the throttle valve passing air amount mt or the like. Of course, the downstream pressure Pm is actually measured by a pressure sensor, This may be used to calculate the intake air amount mc. Even in this case, by applying the above-described concept, the intake air amount can be accurately calculated immediately after the engine is started.

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。 By the way, in order to accurately control the combustion air-fuel ratio, it is necessary to estimate the correct intake air amount into the cylinder and determine the fuel injection amount before starting the fuel injection. However, in order to estimate the accurate intake air amount, strictly speaking, the intake air flow rate when the intake valve is closed must be calculated. That is, when determining the fuel injection amount, the intake air amount mc (i + n) when the intake valve is closed must be calculated instead of the current intake air amount mc (i) . This applies not only to the internal combustion engine that injects fuel into the intake branch pipe 3 as shown in FIG. 1 but also to the internal combustion engine that directly injects fuel into the cylinder during the intake stroke.

そのためには、現在において、現在のスロットル弁の開口面積A(i)(又は開度)だけでなく、吸気弁閉弁時までの時間Δt毎のスロットル弁の開口面積A(i+1),A(i+2),・・・A(i+n)に基づき、式(11)において定常下流側圧力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。 To this end, not only the current throttle valve opening area A (i) (or opening) but also the throttle valve opening area A (i + 1) , every time Δt until the intake valve closes, Based on A (i + 2) ,... A (i + n) , it is necessary to calculate the throttle valve passage air amount mt at each time by changing the steady downstream pressure Pmta in the equation (11). .

各時間のスロットル弁の開口面積A(又は開度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。   The opening area A (or opening TA) of the throttle valve at each time is based on the change in depression of the accelerator pedal with respect to the current time, and it is assumed that the change in depression lasts until the intake valve closes. It is conceivable that the amount of depression of the throttle valve is estimated and the estimated amount of depression is determined in consideration of the response delay of the throttle valve actuator. This method can also be applied when the throttle valve is mechanically connected to the accelerator pedal.

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の開口面積A(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の開口面積A(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。 However, the estimated opening area A (i + n) of the throttle valve when the intake valve is closed as described above is merely a prediction, and there is no guarantee that it matches the actual situation. In order to make the opening area A (i + n) of the throttle valve coincide with the actual value when the intake valve is closed, the throttle valve may be controlled to be delayed. When the amount of depression of the accelerator pedal changes, the throttle valve opening varies with delay due to the response delay of the actuator. This delay control intentionally increases the response delay of the throttle valve.

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の開口面積A(i),A(i+1),・・・A(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。 For example, during an engine transition, the actual response delay (dead time) so 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. If the throttle valve actuator is controlled in consideration of the above, the throttle valve opening areas A (i) , A (i + 1) ,... A (i + n ) Can be grasped accurately. More specifically, when the amount of depression 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 throttle valve delay control may be performed so that the throttle valve opening corresponding to the current depression amount of the accelerator pedal is realized after the intake valve is closed.

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。1 is a schematic view of an internal combustion engine to which an intake air amount estimation device according to the present invention is attached. 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。It is a map which shows the relationship between throttle-valve opening degree TA and the flow coefficient (micro | micron | mu). 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。It is a map which shows the relationship between the throttle valve opening degree TA and the opening area A of a throttle valve. 吸気管圧力Pmと上流側圧力Pacとの比と、関数Φとの関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between the ratio of the intake pipe pressure Pm and the upstream pressure Pac, and the function Φ. 機関温度と補正係数との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between engine temperature and a correction coefficient. 機関温度と大気温度との差と補正係数との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between the difference of engine temperature and atmospheric temperature, and a correction coefficient.

符号の説明Explanation of symbols

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine body 2 ... Surge tank 3 ... Intake branch pipe 4 ... Intake passage 6 ... Throttle valve

Claims (4)

スロットル弁下流側の吸気圧を変数として吸入空気量を算出するための一次関数を機関運転状態に基づき特定し、特定された一次関数により吸入空気量を算出する内燃機関の吸入空気量推定装置において、前記一次関数は、機関温度に基づく吸気加熱温度をも考慮して特定されることを特徴とする内燃機関の吸入空気量推定装置。   In an intake air amount estimation device for an internal combustion engine that specifies a linear function for calculating an intake air amount based on an engine operating state using an intake pressure downstream of a throttle valve as a variable, and calculates the intake air amount by the specified linear function The linear function is specified in consideration of an intake air heating temperature based on the engine temperature. スロットル弁下流側の吸気圧を変数として吸入空気量を算出するための一次関数を機関運転状態に基づき特定し、特定された一次関数により吸入空気量を算出する内燃機関の吸入空気量推定装置において、算出された前記吸入空気量は、機関温度に基づく吸気加熱温度に基づき補正されることを特徴とする内燃機関の吸入空気量推定装置。   In an intake air amount estimation device for an internal combustion engine that specifies a linear function for calculating an intake air amount based on an engine operating state using an intake pressure downstream of a throttle valve as a variable, and calculates the intake air amount by the specified linear function The calculated intake air amount is corrected based on an intake air heating temperature based on the engine temperature. 前記機関温度は、冷却水温又は潤滑油温度に基づき決定されることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。   The intake air amount estimation device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the engine temperature is determined based on a cooling water temperature or a lubricating oil temperature. 前記吸気加熱温度は、前記機関温度と大気温度とに基づき決定されることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。   The intake air amount estimation device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the intake air heating temperature is determined based on the engine temperature and the atmospheric temperature.
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