JP2006105100A - Cylinder suction air volume measuring device and cylinder suction air volume measuring method of engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンのシリンダ吸入空気量測定装置及びシリンダ吸入空気量測定方法に関し、詳細には、吸気弁のバルブタイミングの制御によりシリンダ吸入空気量を制御する場合に、実際のシリンダ吸入空気量を簡易に測定するための技術に関する。 The present invention relates to a cylinder intake air amount measuring apparatus and a cylinder intake air amount measuring method for an engine, and more specifically, when the cylinder intake air amount is controlled by controlling the valve timing of an intake valve, the actual cylinder intake air amount is determined. The present invention relates to a technique for simple measurement.
従来、ガソリンエンジンでは、吸入空気量を制御するためのスロットル弁が設けられ、上流に設置されたエアフローメータによりこのスロットル弁を通過する空気の量を測定し、このスロットル弁通過空気量を負荷の指標として採用するのが一般的である。 Conventionally, a gasoline engine is provided with a throttle valve for controlling the amount of intake air, and the amount of air passing through the throttle valve is measured by an air flow meter installed upstream, and the amount of air passing through the throttle valve is determined as a load. Generally used as an indicator.
また、負荷の指標として、スロットル弁通過空気量に代え、筒内に流入する空気の量(以下「シリンダ吸入空気量」という。)を採用し、これを測定の直接的な対象としたものが知られている。すなわち、エアフローメータの出力から吸気マニホールドへ流入する空気の量を算出するとともに、このマニホールド部流入空気量と吸気マニホールドから筒内へ流入するシリンダ吸入空気量との収支計算により、吸気マニホールド内の空気量を算出しつつシリンダ吸入空気量を算出するものである(特許文献1)。
近年、スロットル弁による制御に代え、吸気弁の作動特性を可変に制御することで、吸入空気量(すなわち、シリンダ吸入空気量)を制御するものが知られている。このものでも、実際のシリンダ吸入空気量を測定し、負荷の指標として用いたい要求がある。シリンダ吸入空気量によれば、スロットル弁通過空気量とは異なり気筒毎、かつ吸気行程毎に負荷の指標が提供されることになるため、目標トルクをサイクル毎に実現し、過渡運転時におけるエンジン出力の制御を緻密化することが可能となる。しかしながら、その反面で、吸気脈動の影響を強く受けるため、この影響を加味したシリンダ吸入空気量を測定するための簡易な技術の開発が望まれる。 2. Description of the Related Art In recent years, it has been known to control an intake air amount (that is, a cylinder intake air amount) by variably controlling an operation characteristic of an intake valve in place of control by a throttle valve. Even with this, there is a demand to measure the actual cylinder intake air amount and use it as an index of load. According to the cylinder intake air amount, unlike the throttle valve passing air amount, a load index is provided for each cylinder and for each intake stroke. Therefore, the target torque is realized for each cycle, and the engine during transient operation is realized. It becomes possible to refine the output control. However, on the other hand, since it is strongly influenced by the intake pulsation, it is desired to develop a simple technique for measuring the cylinder intake air amount in consideration of this influence.
本発明は、このような実情に鑑みなされたものであり、吸気脈動の影響を加味したシリンダ吸入空気量を簡易に測定するための技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a technique for easily measuring the cylinder intake air amount in consideration of the influence of intake pulsation.
本発明は、エンジンの筒内に吸入される空気の量であるシリンダ吸入空気量を測定する装置及び方法を提供する。本発明では、吸気圧力及び筒内圧力に基づいて決定されるシリンダ吸入空気量として基本吸入空気量を算出するとともに、算出した基本吸入空気量に対し、吸気通路内における気柱振動に起因するシリンダ吸入空気量の変動分に応じた補正を施して、実際のシリンダ吸入空気量を算出する。この補正に関し、筒内へ向かう吸入空気の流れがチョークする第1の領域とこの第1の領域以外の第2の領域とを設定し、第1及び第2の領域の間で補正の特性を異ならせる。第1の領域では、前記変動分に応じたシリンダ吸入空気量の補正量を実質的に0とする一方、第2の領域では、前記気柱振動分を加味した実際の吸気圧力に比例し、かつ前記気柱振動分を加味した実際の吸気温度の逆数に比例する特性により、この補正を行うのが好ましい。 The present invention provides an apparatus and method for measuring a cylinder intake air amount, which is an amount of air taken into a cylinder of an engine. In the present invention, the basic intake air amount is calculated as the cylinder intake air amount determined based on the intake pressure and the in-cylinder pressure, and the cylinder caused by air column vibration in the intake passage is calculated with respect to the calculated basic intake air amount. The actual cylinder intake air amount is calculated by performing correction according to the variation of the intake air amount. With regard to this correction, a first region where the flow of intake air toward the cylinder choke and a second region other than the first region are set, and the correction characteristics between the first and second regions are set. Make it different. In the first region, the correction amount of the cylinder intake air amount corresponding to the fluctuation amount is substantially zero, while in the second region, it is proportional to the actual intake pressure considering the air column vibration amount, In addition, this correction is preferably performed based on a characteristic proportional to the reciprocal of the actual intake air temperature taking into account the air column vibration.
本発明によれば、吸入空気の流れがチョークする第1の領域とこれ以外の第2の領域とでシリンダ吸入空気量の算出方法(すなわち、補正方法)を異ならせたことで、シリンダ吸入空気量の補正を領域毎に的確に行うことができる。特に、後者の第2の領域において、この補正に関し、吸気通路内における気柱振動分を加味した実際の吸気圧力に比例し、かつこの気柱振動分を加味した実際の吸気温度の逆数に比例する特性を持たせたことで、吸気脈動の影響を加味した正確なシリンダ吸入空気量を簡易に算出することができる。 According to the present invention, the cylinder intake air amount calculation method (that is, the correction method) is different between the first region where the flow of intake air chokes and the second region other than the first region. The amount can be accurately corrected for each region. In particular, in the latter second region, this correction is proportional to the actual intake pressure that takes into account the air column vibration in the intake passage, and is also proportional to the reciprocal of the actual intake air temperature that takes into account this air column vibration. By providing such a characteristic, it is possible to easily calculate an accurate cylinder intake air amount in consideration of the influence of intake pulsation.
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る火花点火エンジン(以下、単に「エンジン」という。)1の構成を示している。 FIG. 1 shows a configuration of a spark ignition engine (hereinafter simply referred to as “engine”) 1 according to an embodiment of the present invention.
このエンジン1の吸気通路101には、電子制御式のスロットル弁102が設置されている。このスロットル弁102により吸気通路101に導入される空気の量を制御することも可能であるが、本実施形態では、この吸入空気量の制御を主に、後述する吸気弁104のバルブタイミングの制御によることとし、スロットル弁102は、このバルブタイミングによる制御の前提となる吸気圧力Pmの制御に採用することとしている。また、吸気通路101には、燃料供給用のインジェクタ103が設置されている。このインジェクタ103により、制御された吸入空気量のもとで所定の当量比を達成するのに必要な量の燃料が噴射される。吸気通路のポート部101aには、ポペット型の吸気弁104が設置されている。この吸気弁104は、その上方に配置された動弁装置(以下「吸気動弁装置」という。)105により駆動され、この吸気弁104の開期間に、吸入空気及び燃料の混合気が筒内に導入される。本実施形態において、吸気動弁装置105は、吸気弁104の作動角(以下「吸気作動角」という。)及びリフト量を連続的に変更するとともに、吸気作動角の中心位相(以下「作動中心角」という。)を連続的に変更することができる。
An electronically controlled
エンジン本体において、シリンダヘッドHには、燃焼室の上部略中央に臨ませて点火プラグ106が設置されている。筒内に導入された混合気に対し、この点火プラグ106により点火が行われる。
In the engine body, a
燃焼後、発生した排出ガスは、排気通路107に送り出される。この排気通路のポート部107aには、ポペット型の排気弁108が設置されている。この排気弁108は、その上方に配置された他の動弁装置109により駆動され、この排気弁108の開期間に、排出ガスの送出が行われる。なお、本実施形態では、吸気弁104とは異なり、排気弁108の作動角、リフト量及び作動角の中心位相を一定のものとしているが、吸気動弁装置105と同様な構成のもの又は他の公知の可変動弁装置を採用して、作動角等を変更可能に構成することもできる。
After combustion, the generated exhaust gas is sent out to the exhaust passage 107. A poppet
吸気動弁装置105及びスロットル弁102等の動作は、電子制御ユニットとして構成されるエンジンコントローラ(以下「ECU」という。)201により制御される。ECU201には、アクセルペダルの踏込量(アクセル開度APOを示す。)を検出するアクセルセンサ211の検出信号、及びクランクシャフトの回転位置を検出するクランク角センサ212の検出信号(これに基づいてエンジン回転数Neを算出する。)が入力されるとともに、吸気通路101内(ここでは、サージタンク内)の圧力(以下「吸気圧力」という。)Pmを検出する吸気圧力センサ213の検出信号、吸気通路101内の温度Tmを検出する吸気温度センサ214の検出信号、及び排気通路内の圧力(以下「排気圧力」という。)Peを検出する排気圧力センサ215の検出信号等が入力される。ECU201は、入力した各種の検出信号をもとに、吸気動弁装置105により吸気作動角及び作動中心角を、スロットル弁102によりスロットル開度を夫々制御する。なお、本実施形態では、ECU201がシリンダ吸入空気量測定装置としての機能を備えており、スロットル開度の制御に際し、ECU201は、筒内に実際に吸入された空気の量をシリンダ吸入空気量Qcylとして算出する。
The operations of the intake
図2は、本実施形態に係る吸気動弁装置105の構成を示している。
FIG. 2 shows the configuration of the intake
この吸気動弁装置105は、作動角変更機構Aと中心角変更機構Bとを含んで構成される。
The intake
吸気弁104の上方に駆動軸151が気筒列方向に延在させて設置されており、この駆動軸151に揺動カム152が相対回転可能に取り付けられている。この揺動カム152は、吸気弁のリフタ141と当接し、このリフタ141を介して吸気弁104を上下に駆動する。作動角変更機構Aは、駆動軸151と揺動カム152とを繋ぐ後述するリンクの姿勢を変化させて、吸気作動角を変更するものである。他方、中心角変更機構Bは、駆動軸151の図示しないクランクシャフトに対する位相を変化させることで、作動中心角を変更するものである。
A
ここで、前者の作動角変更機構Aの作動原理について、図3を参照して説明する。 Here, the operating principle of the former operating angle changing mechanism A will be described with reference to FIG.
作動角変更機構Aは、駆動軸151に固定された円形の偏心駆動カム153と、この偏心駆動カム153に相対回転可能に外嵌するリング状リンク154と、駆動軸151と平行に配置された制御軸155と、この制御軸155に固定された円形の偏心制御カム156と、この偏心制御カム156に相対回転可能に外嵌し、一端でリング状リンク154と連結するロッカーアーム157と、このロッカーアーム157を揺動カム152と連結するロッド状リンク158とを含んで構成される。制御軸155は、電磁アクチュエータ161がギア列を駆動することにより回転する。
The operating angle changing mechanism A is arranged in parallel with the
この作動角変更機構Aの動作は、次のようである。クランクシャフトに連動して駆動軸151が回転すると、これに伴うリング状リンク154の往復動作に併せ、ロッカーアーム157が偏心制御カム156の軸心周りで揺動し、ロッド状リンク158により揺動カム152を駆動する。また、電磁アクチュエータ161により制御軸155を回転させることで、偏心制御カム156の軸心位置が変化し、ロッカーアーム157の回転中心が変位して、吸気作動角(及び弁リフト)が連続的に変化する。このため、電磁アクチュエータ161により制御軸155を操作することで、吸気作動角を連続的に変更することができる。
The operation of the operating angle changing mechanism A is as follows. When the
なお、中心角変更機構Bには、駆動軸151のカムスプロケットに対する位相を変化させ得る、公知のいかなる可変動弁装置が採用されてよい。本実施形態では、カムスプロケットと駆動軸151との間に中間ギアを介装して、これらの間にヘリカルギア列を形成し、中間ギアを前後させることにより駆動軸151の相対位相を変化させるものを採用している。
The center angle changing mechanism B may employ any known variable valve operating device that can change the phase of the
以下に、本実施形態に係るECU201の構成及びこれが行う制御(主に、シリンダ吸入空気量Qcylの測定)の内容について、ブロック図により説明する。
Hereinafter, the configuration of the
ECU201が行う制御は、簡単には次のようである。ECU201は、アクセル操作量APO及びエンジン回転数Ne等の運転条件に基づいてエンジン1が発生すべき目標トルクtTeを演算及び設定するとともに、この目標トルクtTeに基づいて吸気動弁装置105及びスロットル弁102を作動させる。すなわち、ECU201は、目標トルクtTeを達成するのに必要なシリンダ吸入空気量として目標新気量tQcylを算出するとともに、この目標新気量tQcylに基づいて目標吸気作動角tθeventを設定し、吸気動弁装置105を作動させる。また、ECU201は、実際のシリンダ吸入空気量Qcylを測定し、このシリンダ吸入空気量Qcylの目標新気量tQcylに対する偏差(=tQcyl−Qcyl)に応じ、これを減少させる位置にスロットル弁102を作動させ、吸気圧力Pmを調整する。
The control performed by the
ここで、本実施形態に係るシリンダ吸入空気量Qcylの測定方法について、図11を参照して説明する。 Here, a method of measuring the cylinder intake air amount Qcyl according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
図11は、吸気弁104及び排気弁108の作動特性(弁リフトVLIFTi,VLIFTeにより示す。)と、この作動特性により得られる筒内圧力Pcyl及び単位クランク角当たりのシリンダ吸入空気量(すなわち、流量)DLTQとの関係を示している。
FIG. 11 shows the operation characteristics of the
シリンダ吸入空気量Qcylの測定のため、ECU201には、筒内圧力P0のもとで下式(1a)及び(1b)により与えられる基準シリンダ吸入空気量QDと、実際のシリンダ吸入空気量(以下、単に「シリンダ吸入空気量」という。)Qcyl(条件毎に実験又はシミュレーションにより決定する。)との関係を、理論最大吸入空気量QMAXにより無次元化して作成したデータとして記憶させている。すなわち、基準シリンダ吸入空気量及び理論最大吸入空気量の比(「第1の比」に相当する。)RQ1=QD/QMAXと、シリンダ吸入空気量及び理論最大吸入空気量の比(「第2の比」に相当する。)RQ2=Qcyl/QMAXとの間の一義的な関係をテーブルデータ(たとえば、ブロック213(図4)に示すテーブルデータ)として作成及び設定し、ECU201の記憶装置に格納している。本実施形態では、筒内圧力P0として、吸気行程における筒内の状態変化が断熱膨張により行われるものとした場合に、吸気弁104の作動中心角IVCNTで得られる筒内圧力Pctrを採用している。この場合の筒内圧力P0(=Pctr)は、熱力学上の理論式により容易に算出することができる。また、(1a)及び(1b)式において、吸気弁開期間における吸気ポート101aの総開口面積をΣA(単位クランク角毎の開口面積Aを積算して算出する。)とするとともに、開口面積Aの積算間隔をΔθとし、吸入空気の比熱比、ガス定数及び温度をκ,Ra,Tmとしている。理論最大吸入空気量QMAXは、吸気の開始から終了までの行程容積を吸気弁上流における吸入空気の密度(又は圧力)及び温度で充填した場合に得られるシリンダ吸入空気量であり、上死点TDCにおけるシリンダ容積をVTDCとし、吸気弁閉時期IVCにおけるシリンダ容積をVIVCとして、下式(2)により与えられる。
In order to measure the cylinder intake air amount Qcyl, the
QD=ΣA×(Δθ/6・Ne)×(Pm/√(Ra・Tm))×X ・・・(1a)
X=√{(2κ/(κ―1))×((P0/Pm)2/κ−(P0/Pm)(κ+1)/κ)} ・・・(1b)
QMAX=(Pm/(Ra・Tm))×(VIVC−VTDC) ・・・(2)
本実施形態では、筒内圧力P0として断熱膨張下での圧力Pctrを採用した関係上、エンジン1の運転領域全体で吸入空気の流れが理論的にチョークし、吸入空気が音速で筒内に流入することとなり、(1b)式の圧力比P0/Pmは、常に臨界圧力比(=(2/(κ+1))κ/(κ―1)=const)を示すこととなる。このため、この基準シリンダ吸入空気量QDを、特に「仮想ソニック吸入空気量」と呼ぶこととする。
Q D = ΣA × (Δθ / 6 · Ne) × (Pm / √ (Ra · Tm)) × X (1a)
X = √ {(2κ / (κ−1)) × ((P0 / Pm) 2 / κ− (P0 / Pm) ( κ + 1) / κ)} (1b)
Q MAX = (Pm / (Ra · Tm)) × (VIVC−VTDC) (2)
In the present embodiment, the pressure Pctr under adiabatic expansion is adopted as the in-cylinder pressure P0, so that the flow of intake air is theoretically choked in the entire operation region of the
また、本実施形態では、理論最大吸入空気量QMAXの算出期間PRDQMAXを、筒内圧力Pcylが低下して吸気圧力Pmに一致する点(以下「実効上死点」という。)TDCRから、筒内で吸入空気の圧縮が実質的に開始される点(以下「実効閉時期」という。)IVCRまでの期間に設定している。このため、(2)式のシリンダ容積VTDCとして、実効上死点TDCRにおけるシリンダ容積VTDCRを採用するとともに、シリンダ容積VIVCとして、実効閉時期IVCRにおけるシリンダ容積VIVCRを採用している。なお、実効上死点TDCR及び実効閉時期IVCRは、制御上、オーバーラップ中心角OVLCNTからのオフセット量TDCOFS、設定上の吸気弁閉時期(以下「設定閉時期」という。)IVCからのオフセット量IVCOFSにより表すこととする。 In the present embodiment, the calculation period PRDQMAX of the theoretical maximum intake air amount Q MAX is determined from the point (hereinafter referred to as “effective top dead center”) TDCR at which the in-cylinder pressure Pcyl decreases to coincide with the intake pressure Pm. The point at which compression of the intake air is substantially started (hereinafter referred to as “effective closing timing”) is set to the period until IVCR. Therefore, the cylinder volume VTDCR at the effective top dead center TDCR is adopted as the cylinder volume VTDC of the equation (2), and the cylinder volume VIVCR at the effective closing timing IVCR is adopted as the cylinder volume VIVC. Note that the effective top dead center TDCR and the effective closing timing IVCR are, for control purposes, the offset amount TDCOFS from the overlap center angle OVLCNT, the set intake valve closing timing (hereinafter referred to as “set closing timing”) IVC. It shall be expressed by IVCOFS.
ECU201は、実際の運転時において、仮想ソニック吸入空気量QD及び理論最大吸入空気量QMAXを算出するとともに、これらにより記憶しているテーブルを検索して、基本吸入空気量Qcyl0を算出する。この基本吸入空気量Qcyl0は、吸気圧力Pm及び筒内圧力Pcylに基づいて与えられる、静的なシリンダ吸入空気量である。ECU201は、この基本吸入空気量Qcyl0対して吸気脈動に起因するシリンダ吸入空気量の変動分に応じた補正を施し、最終的なシリンダ吸入空気量Qcylを算出する。
The
本実施形態において、吸気脈動に対する補正は、次のように行う。シリンダ吸入空気量Qcylは、吸気圧力Pmと筒内圧力Pcylとの比をRP(=Pcyl/Pm)として、下式(3)により与えられる。 In the present embodiment, correction for intake pulsation is performed as follows. The cylinder intake air amount Qcyl is given by the following equation (3), where the ratio of the intake pressure Pm and the in-cylinder pressure Pcyl is RP (= Pcyl / Pm).
Qcyl=ΣA×(Pm/√(Ra・Tm))×√{(2κ/(κ−1))×(RP2/κ−RP(κ+1)/κ)}×Δt ・・・(3)
本実施形態では、シリンダ吸入空気量Qcylの特性を、吸入空気の流れがチョークするものとした第1の領域とこれ以外の第2の領域とに分けて定義する。第1の領域において、この特性は、下式(4)により与えられる。これは、(3)式の圧力比RPが臨界圧力比(=const)であることから明らかであり、(4)式は、シリンダ吸入空気量Qcylが吸気圧力Pmに比例し、吸気温度Tmの平方根の逆数に比例することを示している。他方、第2の領域において、この特性は、筒内の状態変化が準静的に進行するものとして、下式(5)により与えられる。これは、吸気弁閉時期IVCに筒内が吸気通路101内の密度及び温度で充填されたものとした場合の気体の状態方程式から明らかであり、(5)式は、シリンダ吸入空気量Qcylが吸気脈動分を加味した実際の吸気圧力Pm(=Pmave+ΔPmivc)に比例し、実際の吸気温度Tm(=Tmave+ΔTmivc)の逆数に比例することを示している。なお、(5)式において、Pmave,Tmaveは、平均又は代表の吸気圧力及び吸気温度を示し、ΔPmivc,ΔTmivcは、吸気弁閉時期IVCにおける吸気圧力Pmivc及び吸気温度Tmivcの平均吸気圧力Pmave及び平均吸気温度Tmaveに対する変化量を示している。また、本実施形態に関し、記号∝は、左辺の値が右辺の値に比例することを示すものとする。
Qcyl = ΣA × (Pm / √ (Ra · Tm)) × √ {(2κ / (κ−1)) × (RP 2 / κ−RP ( κ + 1) / κ)} × Δt (3 )
In the present embodiment, the characteristics of the cylinder intake air amount Qcyl are defined separately for a first region in which the flow of intake air is choked and a second region other than this. In the first region, this characteristic is given by the following equation (4). This is apparent from the fact that the pressure ratio RP in the equation (3) is the critical pressure ratio (= const). In the equation (4), the cylinder intake air amount Qcyl is proportional to the intake pressure Pm, and the intake air temperature Tm It is proportional to the inverse of the square root. On the other hand, in the second region, this characteristic is given by the following equation (5), assuming that the state change in the cylinder proceeds quasi-statically. This is clear from the gas state equation when the cylinder is filled with the density and temperature in the
a)DLTQ≫0:
Qcyl∝Pm×(Tm)-1/2 ・・・(4)
b)DLTQ≒0:
Qcyl∝Pcylivc×(Tcylivc)-1
=Pmivc×(Tmivc)-1
=(Pmave+ΔPmivc)×(Tmave+ΔTmivc)-1 ・・・(5)
このように得られた2つの特性を内包するものとして、第1及び第2の領域を含む運転領域全体に渡る、最も確からしい1つの特性を近似により設定する。本実施形態では、流れの状態に応じて変化させ得る2つの係数をK1,K2として、この1つの特性を次式(6)により定義する。なお、係数K1,K2は、いずれも0以上、かつ1以下の値をとり、シリンダ吸入空気量Qcylと理論最大吸入空気量QMAXとの比に応じ、これが大きいときほど大きな値に設定される(図4のブロックB204a,B205a)。
a) DLTQ >> 0:
Qcyl∝Pm × (Tm) −1/2 (4)
b) DLTQ≈0:
Qcyl∝Pcylibc × (Tcylibc) −1
= Pmivc × (Tmivc) −1
= (Pmave + ΔPmivc) × (Tmave + ΔTmivc) −1 (5)
Assuming that the two characteristics thus obtained are included, one most probable characteristic over the entire operation region including the first and second regions is set by approximation. In the present embodiment, two coefficients that can be changed according to the flow state are defined as K1 and K2, and this one characteristic is defined by the following equation (6). The coefficient K1, K2 are each 0 or more and 1 have the following values, depending on the ratio of the cylinder intake air quantity Qcyl and the theoretical maximum intake air quantity Q MAX, which is set to a greater value as when larger (Blocks B204a and B205a in FIG. 4).
Qcyl∝(Pmave+K1・ΔPmivc)×(Tmave+K1・ΔTmivc)-1/(2-K2) ・・・(6)
吸気脈動分を加味した実際のシリンダ吸入空気量Qcylは、(6)式の特性をもとに、吸気脈動分ΔPmivc,ΔTmivcを加味した場合のものとこの吸気脈動分を0とした場合のものとの比をRpulとして、次式(7)及び(8)により与えられる。
Qcyl∝ (Pmave + K1 · ΔPmivc) × (Tmave + K1 · ΔTmivc) −1 / (2-K2) (6)
The actual cylinder intake air amount Qcyl taking into account the intake pulsation is based on the characteristics of the equation (6) and when taking the intake pulsation ΔPmivc and ΔTmivc into 0 and taking this intake pulsation into 0 Is given by the following equations (7) and (8).
Qcyl=Qcyl0×Rpul ・・・(7)
Rpul={(Pmave+K1・ΔPmivc)/Pmave}×{(Tmave+K1・ΔTmivc)/Tmave}-1/(2-K2) ・・・(8)
この(8)式から圧力補正項及び温度補正項を抽出し、夫々シリンダ吸入空気量の圧力補正係数PRATE、温度補正係数TRATEとして設定する。
Qcyl = Qcyl0 × Rpul (7)
Rpul = {(Pmave + K1 · ΔPmivc) / Pmave} × {(Tmave + K1 · ΔTmivc) / Tmave} −1 / (2-K2) (8)
A pressure correction term and a temperature correction term are extracted from the equation (8) and set as a pressure correction coefficient PRATE and a temperature correction coefficient RATE for the cylinder intake air amount, respectively.
PRATE=(Pmave+K1・ΔPmivc)/Pmave ・・・(9)
TRATE={(Tmave+K1・ΔTmivc)/Tmave}-1/(2-K2) ・・・(10)
ECU201は、テーブルの検索により算出した基本吸入空気量Qcyl0にこの圧力補正係数PRATE及び温度補正係数TRATEを乗算し、シリンダ吸入空気量Qcylを算出する。
PRATE = (Pmave + K1 · ΔPmivc) / Pmave (9)
TRATE = {(Tmave + K1 · ΔTmivc) / Tmave} −1 / (2-K2) (10)
The
以下に、ECU201の構成及び制御について、ブロック毎に説明する。なお、本実施形態では、シリンダ吸入空気量Qcylの測定に関する演算において、吸気圧力Pm及び吸気温度Tmとして、吸気通路101内のサイクル毎の平均圧力及び平均温度を採用している。
Below, the structure and control of ECU201 are demonstrated for every block. In the present embodiment, in the calculation related to the measurement of the cylinder intake air amount Qcyl, the average pressure and average temperature for each cycle in the
図4は、ECU201のうちシリンダ吸入空気量Qcylの測定に関する部分の構成を示している。
FIG. 4 shows a configuration of a part related to the measurement of the cylinder intake air amount Qcyl in the
仮想ソニック吸入空気量算出部B201は、吸気弁開時期IVO及び吸気弁閉時期IVC等をもとに、(1a)及び(1b)式により仮想ソニック吸入空気量QDを算出する。この吸気弁閉時期IVO等は、前回の演算実行時に設定した吸気作動角及び作動中心角から割り出すことができる。本実施形態では、(1a)式にある総開口面積ΣAの算出期間PRDQD(図11)を、実効上死点TDCRから吸気弁104の設定閉時期IVCまでの期間に設定している。実効上死点TDCRは、オーバーラップ中心角OVLCNTから上死点のオフセット量TDCOFSだけ遅角させた時期として算出する。このオフセット量TDCOFSは、図5に示す傾向のマップからの検索により推定する。この図5のマップにおいて、オフセット量TDCOFSは、エンジン回転数Neが高く、かつオーバーラップ期間中の開口面積(たとえば、後述する前半開口面積ΣAiv)が小さいときほど大きな値に設定されている。なお、オーバーラップ中心角OVLCNTは、吸気弁104のリフト量と排気弁108のリフト量との差が最も小さくなるクランク角をいい、本実施形態では、排気弁108のバルブタイミングが固定されているため、吸気作動角及び作動中心角から割り出すことができる。
Virtual sonic intake air quantity calculation section B201, based on the intake valve opening timing IVO and the intake valve closing timing IVC and the like, and calculates a virtual sonic intake air quantity Q D by (1a) and (1b) type. The intake valve closing timing IVO and the like can be calculated from the intake operation angle and the operation center angle set at the time of the previous calculation execution. In the present embodiment, the calculation period PRDQD (FIG. 11) of the total opening area ΣA in the equation (1a) is set to a period from the effective top dead center TDCR to the set closing timing IVC of the
仮想ソニック吸入空気量算出部B201の構成を図8に示す。臨界圧力比(=(2/(κ+1))κ/(κ―1))のもとで得られる単位開口面積当たりのシリンダ吸入空気量qsonic#に対し、吸入空気の状態に応じた変数(=Pm/√(Ra#・Tm))及び吸気弁開期間中の総開口面積ΣAを乗算するとともに、これを時間単位に換算して、仮想ソニック吸入空気量QDを算出する。 The configuration of the virtual sonic intake air amount calculation unit B201 is shown in FIG. With respect to the cylinder intake air amount qsonic # per unit opening area obtained under the critical pressure ratio (= (2 / (κ + 1)) κ / ( κ− 1) ), a variable (= Pm / √ (Ra # · Tm)) and the total opening area ΣA during the intake valve opening period are multiplied, and this is converted into a time unit to calculate the virtual sonic intake air amount Q D.
理論最大吸入空気量算出部B202は、吸気弁104の設定閉時期IVC及びオーバーラップ中心角OVLCNT等をもとに、(2)式により理論最大吸入空気量QMAXを算出する。なお、既述の通り、理論最大吸入空気量QMAXの算出期間PRDQMAXは、実効上死点TDCRから実効閉時期IVCRまでの期間に設定しているが、この実効閉時期IVCRは、設定閉時期IVCから吸気弁閉時期のオフセット量IVCOFSだけ進角させた時期として算出され、このオフセット量IVCOFSは、図6に示す傾向のマップからの検索により推定する。この図6のマップにおいて、オフセット量IVCOFSは、エンジン回転数Neが高く、かつ吸気弁104の弁リフトVLIFTi(たとえば、最大弁リフト)が小さいときほど大きな値に設定されている。
The theoretical maximum intake air amount calculation unit B202 calculates the theoretical maximum intake air amount Q MAX by the equation (2) based on the set closing timing IVC of the
理論最大吸入空気量算出部B202の構成を図9に示す。実効上死点におけるシリンダ容積VTDCRを算出するとともに、実効閉時期におけるシリンダ容積VIVCRを算出し、これらの差(=VIVCR−VTDCR)として算出される実効容積を(2)式に代入して、理論最大吸入空気量QMAXを算出する。 The configuration of the theoretical maximum intake air amount calculation unit B202 is shown in FIG. The cylinder volume VTDCR at the effective top dead center is calculated, the cylinder volume VIVCR at the effective closing timing is calculated, and the effective volume calculated as the difference between these (= VIVCR−VTDCR) is substituted into the equation (2), The maximum intake air amount Q MAX is calculated.
基本吸入空気量算出部B203は、算出した仮想ソニック吸入空気量QD及び理論最大吸入空気量QMAXに基づいて基本吸入空気量Qcyl0を算出する。すなわち、第1の比RQ1を算出するとともに、この第1の比RQ1によりテーブルを検索して、対応する第2の比RQ2を算出し、この第2の比RQ2に理論最大吸入空気量QMAXを乗算することで、基本吸入空気量Qcyl0を算出する。既述の通り、本実施形態では、単位開口面積当たりのシリンダ吸入空気量qsonic#が臨界圧力比下で一定の値をとるため、仮想ソニック吸入空気量QDは、総開口面積ΣAに比例する。 Basic intake air quantity calculation section B203 calculates a basic intake air quantity Qcyl0 on the basis of the calculated virtual sonic intake air quantity Q D and theoretical maximum intake air quantity Q MAX. That is, the first ratio RQ1 is calculated, the table is searched based on the first ratio RQ1, the corresponding second ratio RQ2 is calculated, and the theoretical maximum intake air amount Q MAX is added to the second ratio RQ2. To calculate the basic intake air amount Qcyl0. As described above, in this embodiment, since the cylinder intake air quantity Qsonic # per unit opening area takes a constant value under the critical pressure ratio, a virtual sonic intake air quantity Q D is proportional to the total opening area ΣA .
圧力補正係数算出部B204は、後述する脈動変化量算出部により算出された脈動圧力変化量ΔPmivcをもとに、(9)式により圧力補正係数PRATEを算出する。係数K1は、0以上、かつ1以下の範囲内で、比Qcyl/QMAXが大きくなり、筒内の状態変化が準静的なものに近付くのに従い2次的に増大する。 The pressure correction coefficient calculation unit B204 calculates the pressure correction coefficient PRATE from the equation (9) based on the pulsation pressure change amount ΔPmivc calculated by the pulsation change amount calculation unit described later. Coefficient K1 is 0 or more and within a range of 1 or less, the ratio Qcyl / Q MAX is increased, the state change of the cylinder increases quadratically in accordance with the approach the ones quasi-static.
温度補正係数算出部B205は、後述する脈動変化量算出部により算出された脈動温度変化量ΔTmivcをもとに、(10)式により温度補正係数TRATEを算出する。係数K2も、係数k1と同様に0以上、かつ1以下の範囲内で、比Qcyl/QMAXが大きくなるのに従い2次的に増大する。 The temperature correction coefficient calculation unit B205 calculates the temperature correction coefficient RATE by the equation (10) based on the pulsation temperature change amount ΔTmivc calculated by the pulsation change amount calculation unit described later. Coefficient K2 also coefficients k1 and likewise 0 or more and within a range of 1 or less, the ratio Qcyl / Q MAX is the accordance increased quadratically larger.
図10は、脈動変化量算出部の構成を示している。吸気作動角θevent(=IVC−IVO)及びエンジン回転数Neに基づいて脈動圧力変化量の基本値ΔPmivc0をマップからの検索により算出し、この基本値ΔPmivc0に対して実際の吸気圧力Pm(=Pmave)による補正を施して、脈動圧力変化量ΔPmivcを算出する。同様にして、吸気作動角θevent及びエンジン回転数Neに基づいて脈動温度変化量の基本値ΔTmivc0をマップからの検索により算出し、この基本値ΔTmivc0に対して実際の吸気温度Tm(=Tmave)による補正を施して、脈動温度変化量ΔTmivcを算出する。なお、(11)及び(12)式において、大気圧をPatmとしている。 FIG. 10 shows the configuration of the pulsation change amount calculation unit. Based on the intake operating angle θevent (= IVC−IVO) and the engine speed Ne, a basic value ΔPmivc0 of the pulsation pressure change amount is calculated by searching from the map, and the actual intake pressure Pm (= Pmave) is calculated with respect to the basic value ΔPmivc0. ) To calculate the pulsation pressure change amount ΔPmivc. Similarly, a basic value ΔTmivc0 of the pulsation temperature change amount is calculated by searching from the map based on the intake operating angle θevent and the engine speed Ne, and the actual intake temperature Tm (= Tmave) is calculated with respect to the basic value ΔTmivc0. Correction is performed to calculate a pulsation temperature change amount ΔTmivc. In the equations (11) and (12), the atmospheric pressure is Patm.
ΔPmivc=ΔPmivc0×Pm/Patm ・・・(11)
ΔTmivc=ΔTmivc0×Pm/Patm ・・・(12)
図4において、ECU201は、算出した基本吸入空気量Qcyl0をもとに、下式(13)によりシリンダ吸入空気量Qcylを算出する。なお、(13)式において、オーバーラップ期間に筒内から吸気通路101内へ吹き返すガスの量(すなわち、吹返ガス量)をQIFBとしている。この吹返ガス量QIFBは、係数をK3として、吸気圧力Pm及び排気圧力Peに基づいて下式(14)及び(15)により算出する。なお、(14)式において、吸気ポート104aの開口面積ΣAとして、吸気弁開時期IVOからオーバーラップ中心角OVLCNTまでの前半開口面積ΣAivを採用している。また、係数K3は、エンジン回転数Neに比例する、1以上の値として設定する(図7)。なお、排気圧力Pe及び排気温度Teとして、排気通路107内のサイクル毎の平均圧力及び平均温度を採用している。
ΔPmivc = ΔPmivc0 × Pm / Patm (11)
ΔTmivc = ΔTmivc0 × Pm / Patm (12)
In FIG. 4, the
Qcyl=(Qcyl0−QIFB)×PRATE×TRATE ・・・(13)
QIFB=ΣAiv×(Δθ/(6・Ne))×Pe/(√(Ra・Te))×VIFB×K3 ・・・(14)
VIFB=√{(2κ/(κ―1))×((Pm/Pe)2/κ−(Pm/Pe)(κ+1)/κ)} ・・・(15)
本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
Qcyl = (Qcyl0−Q IFB ) × PRATE × TRATE (13)
Q IFB = ΣAiv × (Δθ / (6 · Ne)) × Pe / (√ (Ra · Te)) × V IFB × K3 (14)
V IFB = √ {(2κ / (κ−1)) × ((Pm / Pe) 2 / κ− (Pm / Pe) ( κ + 1) / κ)} (15)
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
すなわち、本実施形態では、吸入空気の流れがチョークする第1の領域とこれ以外の第2の領域とでシリンダ吸入空気量Qcylの補正方法を異ならせたので、シリンダ吸入空気量Qcylの補正を領域毎に的確、かつ簡易に行い、吸気脈動の影響を加味した正確なシリンダ吸入空気量Qcylを簡易に算出することができる。 That is, in this embodiment, since the correction method of the cylinder intake air amount Qcyl is different between the first region where the flow of intake air chokes and the second region other than this, the correction of the cylinder intake air amount Qcyl is performed. Accurate and simple for each region, it is possible to easily calculate an accurate cylinder intake air amount Qcyl in consideration of the influence of intake pulsation.
また、流れの状態に応じて変化させ得る係数K1,K2を採用し、この係数により第1及び第2の領域に渡り全般的に採用可能な補正係数PRATE,TRATEを設定したことで、チョークの発生如何によらず1つの式により補正を行うことができ、マップ等の多用を回避し、シリンダ吸入空気量Qcylの算出に要する演算負荷を軽減することができる。 Further, by adopting coefficients K1 and K2 that can be changed according to the flow state, and by setting correction coefficients PRATE and RATE that can be generally adopted over the first and second regions by this coefficient, Regardless of the occurrence, correction can be performed by one equation, avoiding heavy use of maps and the like, and reducing the calculation load required for calculating the cylinder intake air amount Qcyl.
また、仮想ソニック吸入空気量QD及び理論最大吸入空気量QMAXを定義し、これらとシリンダ吸入空気量Qcylとの間の一義的な関係を設定したことで、実際の運転に際し、バルブタイミングによらずこの関係に基づいてシリンダ吸入空気量Qcylを算出することができ、演算負荷を軽減することができる。 In addition, the virtual sonic intake air amount Q D and the theoretical maximum intake air amount Q MAX are defined, and an unambiguous relationship between them and the cylinder intake air amount Qcyl is set. Regardless, the cylinder intake air amount Qcyl can be calculated based on this relationship, and the calculation load can be reduced.
更に、算出したシリンダ吸入空気量(すなわち、基本吸入空気量Qcyl0)から吹返ガス量QIFBを減算することで、シリンダ吸入空気量Qcylをより正確に算出することができる。 Further, the cylinder intake air amount Qcyl can be calculated more accurately by subtracting the blow back gas amount Q IFB from the calculated cylinder intake air amount (that is, the basic intake air amount Qcyl0).
なお、以上では、測定したシリンダ吸入空気量Qcylを吸気圧力Pmの補正に採用することとしたが、これを燃料噴射量の設定に採用することもできる。 In the above description, the measured cylinder intake air amount Qcyl is used for correcting the intake pressure Pm, but this can also be used for setting the fuel injection amount.
また、吸入空気量の制御は、運転領域全体に渡りバルブタイミングの制御によることとしてもよいが、バルブタイミングによる制御を過渡運転時のみで行い、定常運転時には、スロットル開度の制御によることとしてもよい。この場合は、スロットル弁の上流にエアフローメータを設置し、定常運転時に検出する吸入空気量としてシリンダ吸入空気量に代え、スロットル弁通過空気量を採用する。 In addition, the intake air amount may be controlled by controlling the valve timing over the entire operating range, but control by the valve timing is performed only during transient operation, and during steady operation, it may be performed by controlling the throttle opening. Good. In this case, an air flow meter is installed upstream of the throttle valve, and instead of the cylinder intake air amount, the throttle valve passing air amount is adopted as the intake air amount detected during the steady operation.
本発明に係るシリンダ吸入空気量測定装置は、直噴ガソリンエンジンに採用することもできる。 The cylinder intake air amount measuring device according to the present invention can also be employed in a direct injection gasoline engine.
1…エンジン、101…吸気通路、102…スロットル弁、103…インジェクタ、104…吸気弁、105…吸気動弁装置、106…点火プラグ、107…排気通路、108…排気弁、151…駆動軸、152…揺動カム、153…偏心駆動カム、154…リング状リンク、155…制御軸、156…偏心制御カム、157…ロッカーアーム、158…ロッド状リンク、161…電磁アクチュエータ、162…ギア列、201…エンジンコントローラ、211…アクセルセンサ、212…クランク角センサ、213…吸気圧力センサ、214…吸気温度センサ、215…排気圧力センサ、A…吸気動弁装置の作動角変更機構、B…吸気動弁装置の中心角変更機構。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
吸気圧力及び筒内圧力に基づいて決定されるシリンダ吸入空気量として基本吸入空気量を算出する基本吸入空気量算出手段と、
算出された基本吸入空気量に対し、吸気通路内における気柱振動に起因するシリンダ吸入空気量の変動分に応じた補正を施して、実際のシリンダ吸入空気量を算出するシリンダ吸入空気量算出手段と、を含んで構成され、
前記シリンダ吸入空気量算出手段は、筒内へ向かう吸入空気の流れがチョークする第1の領域とこの第1の領域以外の第2の領域とが定められ、前記第1の領域と前記第2の領域とで、異なる特性により前記補正を行うエンジンのシリンダ吸入空気量測定装置。 A device for measuring a cylinder intake air amount that is an amount of air sucked into a cylinder of an engine,
Basic intake air amount calculation means for calculating a basic intake air amount as a cylinder intake air amount determined based on the intake pressure and the in-cylinder pressure;
Cylinder intake air amount calculating means for calculating the actual cylinder intake air amount by correcting the calculated basic intake air amount in accordance with the variation of the cylinder intake air amount caused by air column vibration in the intake passage. And comprising
The cylinder intake air amount calculating means defines a first area where the flow of intake air flowing into the cylinder chokes and a second area other than the first area, and the first area and the second area The cylinder intake air amount measuring device for the engine which performs the correction according to the different characteristics in the region.
PRATE=(Pm+K1・ΔPmivc)/Pm ・・・(a−1)
TRATE={(Tm+K1・ΔTmivc)/Tm}-1/(2-K2) ・・・(a−2)
Qcyl=Qcyl0×PRATE×TRATE ・・・(b) The cylinder intake air amount calculation means represents typical intake pressure and intake temperature as Pm, Tm, and changes in intake pressure and intake temperature with respect to the representative pressure and representative temperatures Pm, Tm at the set closing timing of the intake valve. As ΔPmivc and ΔTmivc, the pressure correction coefficient PRATE and the temperature correction coefficient RATE are calculated by the following formulas (a-1) and (a-2) where the coefficients K1 and K2 are values of 0 or more and 1 or less, respectively. The cylinder intake air amount measurement device for an engine according to any one of claims 1 to 7, wherein an actual cylinder intake air amount Qcyl is calculated by the following equation (b), where the basic intake air amount is Qcyl0.
PRATE = (Pm + K1 · ΔPmivc) / Pm (a-1)
TRATE = {(Tm + K1 · ΔTmivc) / Tm} -1 / (2-K2) (a-2)
Qcyl = Qcyl0 × PRATE × TRATE (b)
吸気圧力及び筒内圧力に基づいて決定される、基本となるシリンダ吸入空気量に対し、吸気通路内における気柱振動に起因するシリンダ吸入空気量の変動分に応じた補正を施して、実際のシリンダ吸入空気量を算出する一方、
前記シリンダ吸入空気量の補正に関し、
筒内へ向かう吸入空気の流れがチョークする第1の領域とこの第1の領域以外の第2の領域とを設定し、
前記第1の領域では、シリンダ吸入空気量の特性として吸気圧力に比例し、かつ吸気温度の平方根の逆数に比例する第1の特性を設定する一方、前記第2の領域では、シリンダ吸入空気量の特性として前記気柱振動分を加味した実際の吸気圧力に比例し、かつ前記気柱振動分を加味した実際の吸気温度の逆数に比例する第2の特性を設定し、
前記第1及び第2の特性を内包する、エンジンの運転領域全体に渡るシリンダ吸入空気量の1つの特性を、第3の特性として近似により設定し、
前記第3の特性により得られるシリンダ吸入空気量と、前記第3の特性により前記気柱振動分を0とした場合に得られるシリンダ吸入空気量との比を用いて、前記補正の特性を決定するエンジンのシリンダ吸入空気量測定方法。 A method of measuring a cylinder intake air amount, which is an amount of air sucked into an engine cylinder,
The basic cylinder intake air amount, which is determined based on the intake pressure and the in-cylinder pressure, is corrected according to the variation in the cylinder intake air amount caused by air column vibration in the intake passage. While calculating the cylinder intake air volume,
Regarding the correction of the cylinder intake air amount,
A first region where the flow of the intake air toward the cylinder chokes and a second region other than the first region;
In the first region, the first characteristic proportional to the intake pressure and proportional to the inverse of the square root of the intake air temperature is set as the characteristic of the cylinder intake air amount, while in the second region, the cylinder intake air amount is set. A second characteristic that is proportional to the actual intake pressure that takes into account the air column vibration as a characteristic and that is proportional to the reciprocal of the actual intake temperature that takes the air column vibration into account,
One characteristic of the cylinder intake air amount including the first and second characteristics over the entire operating range of the engine is set by approximation as a third characteristic,
The correction characteristic is determined by using a ratio between the cylinder intake air amount obtained by the third characteristic and the cylinder intake air amount obtained by setting the air column vibration amount to 0 by the third characteristic. To measure the cylinder intake air amount of the engine.
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