JP2007040173A - Atmospheric pressure detection device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、専用のセンサを設けることなく、大気圧を検出する内燃機関の大気圧検出装置に関する。 The present invention relates to an atmospheric pressure detection device for an internal combustion engine that detects atmospheric pressure without providing a dedicated sensor.
特許文献１には、スロットル開度検出手段と機関の吸入空気量検出手段とを備え、検出した実際の吸入空気量とスロットル開度に対する基準空気量とを比較して高地判断（≒大気圧の検出）を行う装置が記載されている。
特許文献２には、機関の吸入空気量を体積流量及び質量流量としてそれぞれ検出し、これらを比較することで高度判定を行う構成において、スロットル開度が所定値以上のときにのみ高度判定（≒大気圧の検出）を行う装置が記載されている。
In Patent Document 2, in an arrangement in which the intake air amount of an engine is detected as a volume flow rate and a mass flow rate, and altitude determination is performed by comparing these, the altitude determination (≈ An apparatus for performing (atmospheric pressure detection) is described.
ところで、上記従来の技術を含め、大気圧センサ等の専用のセンサを用いることなく、機関の吸入空気量を用いて大気圧を検出（高度を判定）しようとする場合、その検出（判定）精度を高く維持するためには、スロットル開度に対する吸気通路の開口面積（有効通路断面積）のバラツキが小さいことが前提となる。
しかし、出願人らが行った実験結果によると、スロットル開度が低い領域では、寸法公差やスロットルバルブ近傍のデポジットなどのミクロ的な影響によって上記開口面積にバラツキが生じ易く、スロットル開度が高い領域では、吸気系全体を無視できなくなることから、エアクリーナの詰りなどのマクロ的な影響によって上記開口面積のバラツキが生じ易くなることが確認された。
By the way, in the case of trying to detect atmospheric pressure (determine altitude) using the intake air amount of the engine without using a dedicated sensor such as an atmospheric pressure sensor, including the above-mentioned conventional technology, the detection (determination) accuracy In order to maintain a high value, it is assumed that the variation of the opening area (effective passage cross-sectional area) of the intake passage with respect to the throttle opening is small.
However, according to the results of experiments conducted by the applicants, in the region where the throttle opening is low, the opening area is likely to vary due to microscopic effects such as dimensional tolerances and deposits near the throttle valve, and the throttle opening is high. In the region, since the entire intake system cannot be ignored, it was confirmed that the variation in the opening area is likely to occur due to macro effects such as clogging of the air cleaner.
したがって、このような領域で大気圧検出（高度判定）を行うと、上記開口面積のバラツキの影響によって大気圧検出（高度判定）の精度を悪化させるおそれがある。
本発明は、このような実情に鑑みなされたものであり、吸気通路の開口面積のバラツキによって大気圧の推定精度が悪化することを防止できる内燃機関の大気圧推定装置を提供することを目的とする。
Therefore, if atmospheric pressure detection (altitude determination) is performed in such a region, the accuracy of atmospheric pressure detection (altitude determination) may be deteriorated due to the influence of the variation in the opening area.
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an atmospheric pressure estimation device for an internal combustion engine that can prevent the estimation accuracy of atmospheric pressure from deteriorating due to variations in the opening area of the intake passage. To do.
このため、本発明は、内燃機関の大気圧推定装置であって、バルブ手段によって可変制御される吸気系の開口面積を検出する開口面積検出手段と、機関の吸入空気流量を検出する吸入空気量検出手段と、少なくとも前記開口面積と前記吸入空気流量とに基づいて大気圧を演算する大気圧演算手段と、を備え、前記大気圧演算手段は、前記開口面積が所定面積以上のときに前記大気圧の演算を停止することを特徴とする。 For this reason, the present invention is an atmospheric pressure estimating device for an internal combustion engine, and includes an opening area detecting means for detecting an opening area of an intake system variably controlled by a valve means, and an intake air amount for detecting an intake air flow rate of the engine Detection means, and atmospheric pressure calculation means for calculating an atmospheric pressure based on at least the opening area and the intake air flow rate, and the atmospheric pressure calculation means is configured to calculate the atmospheric pressure when the opening area is equal to or larger than a predetermined area. The calculation of the atmospheric pressure is stopped.
本発明では、吸気系の開口面積と機関の吸入空気流量とに基づいて、例えば所定の運転状態において吸気系の開口面積と吸入空気流量とを検出し、検出した開口面積の基準圧力下における基準吸入空気流量と検出した吸入空気流量とを比較することにより、大気圧を推定する（もちろん、開口面積と吸入空気流量とをパラメータとして用いていれば、モデル等を用いた演算により大気圧を推定するようにしてもよい）。ここで、開口面積が大きくなると、エアクリーナの詰りなどのマクロ的な影響によって「開口面積−吸入空気流量の関係」におけるバラツキが大きくなることが確認されており、本発明においては、かかる領域（開口面積≧所定面積）において大気圧の演算を停止（又は禁止）することで、上記バラツキに伴う大気圧演算（推定）の精度の悪化を防止している。 In the present invention, based on the opening area of the intake system and the intake air flow rate of the engine, for example, the opening area of the intake system and the intake air flow rate are detected in a predetermined operating state, and the reference of the detected opening area under the reference pressure is detected. The atmospheric pressure is estimated by comparing the intake air flow rate with the detected intake air flow rate. (Of course, if the opening area and the intake air flow rate are used as parameters, the atmospheric pressure is estimated by calculation using a model etc.) You may do it). Here, it has been confirmed that when the opening area is increased, the variation in the “relationship between the opening area and the intake air flow rate” is increased due to macro effects such as clogging of the air cleaner. By stopping (or prohibiting) the calculation of the atmospheric pressure at (area ≧ predetermined area), the accuracy of the atmospheric pressure calculation (estimation) associated with the variation is prevented from deteriorating.
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の吸気系の概略構成を示した図である。図１に示すように、本実施形態に係る内燃機関１の吸気系は、（吸気上流側から順に）エアダクト２、エアクリーナ３、スロットルバルブ（バルブ手段に相当する）４、吸気コレクタ５、吸気マニホールド６、シリンダヘッド側の吸気ポート７、及びこの吸気ポート７と燃焼室８との連通を開閉する吸気バルブ９を含んで構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an intake system of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the intake system of the internal combustion engine 1 according to the present embodiment includes an air duct 2, an air cleaner 3, a throttle valve (corresponding to valve means) 4, an intake collector 5, an intake manifold (in order from the intake upstream side). 6 and an intake port 7 on the cylinder head side, and an intake valve 9 that opens and closes communication between the intake port 7 and the combustion chamber 8.
エアダクト２から導入された空気（吸気）は、エアクリーナ３を通過する際にほこりやゴミ等が除去される。スロットルバルブ４は開閉操作され、その開度に応じて吸気通路の通路断面積（以下、単に「開口面積」という）を変化させて機関に吸入される空気流量（吸入空気流量）を調整する。スロットルバルブ４で流量調整された空気は、吸気コレクタ５に集められた後、吸気マニホールド６及びこれに接続する各吸気ポート７により各気筒に分配される。そして、吸気バルブ９が開くと空気が燃焼室８内（シリンダ内）に吸入される（吸気ポート７で燃料が噴射される構成の場合は混合気が吸入されることになる。）
また、エアクリーナ３の吸気下流側には温度センサ付きのエアフローメータ１１が配設されている。このエアフローメータ１１によって機関の吸入空気流量（質量流量）、吸気温度が検出される。したがって、エアフローメータ１１が本発明に係る吸入空気流量検出手段、温度検出手段に相当する。
When air (intake air) introduced from the air duct 2 passes through the air cleaner 3, dust, dust, and the like are removed. The throttle valve 4 is opened and closed, and the flow rate of the intake passage (intake air flow rate) is adjusted by changing the cross-sectional area of the intake passage (hereinafter simply referred to as “opening area”) according to the opening degree. The air whose flow rate is adjusted by the throttle valve 4 is collected in the intake collector 5 and then distributed to each cylinder by the intake manifold 6 and each intake port 7 connected thereto. When the intake valve 9 is opened, air is sucked into the combustion chamber 8 (inside the cylinder) (in the case where fuel is injected through the intake port 7, the air-fuel mixture is sucked).
An air flow meter 11 with a temperature sensor is disposed on the intake downstream side of the air cleaner 3. The air flow meter 11 detects the intake air flow rate (mass flow rate) and intake air temperature of the engine. Therefore, the air flow meter 11 corresponds to the intake air flow rate detecting means and the temperature detecting means according to the present invention.
機関の各種制御を実行するコントロールユニット（Ｃ／Ｕ）２０には、各種センサの検出信号等が入力される。この各種センサには、上記エアフローメータ１１をはじめとして、スロットルバルブ４の開度（スロットル開度ＴＶＯ）を検出するスロットル開度センサ２１、機関回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ２２、図示しない機関の排気当量比を検出する当量比センサ（Ｏ2センサ、Ａ／Ｆセンサ）等が含まれる。 Detection signals of various sensors are input to a control unit (C / U) 20 that executes various types of engine control. The various sensors include the air flow meter 11, a throttle opening sensor 21 that detects the opening of the throttle valve 4 (throttle opening TVO), a rotational speed sensor 22 that detects the engine rotational speed Ne, and an engine (not shown). An equivalence ratio sensor (O 2 sensor, A / F sensor) or the like for detecting the exhaust equivalence ratio is included.
そして、Ｃ／Ｕ２０は、入力される信号に基づく所定の演算処理を行い、スロットルバルブ４の開度制御（吸入空気量制御）、図示しない燃料噴射弁の駆動制御（燃料噴射制御）、図示しない点火プラグの駆動制御（点火時期制御）等を実行する。
ところで、機関の雰囲気圧力は通常大気圧であって、搭載されている車両の置かれている標高や気象条件等によって変化する。この大気圧が変化すると吸入空気量が影響を受ける（すなわち、同じように制御したとしても大気圧が低いほど吸入空気量は減少する傾向にある）。そのため、例えば吸入空気量を目標値に（精度よく）制御しようとする場合には、大気圧がパラメータとして必要となってくる。大気圧センサを装備すれば、実際の大気圧を検出し、その検出結果に応じた補正等を行うようにすればよいが、大気圧センサを設けることなく、大気圧を検出（推定）できれば、コストダウンにつながることになり好ましい。
The C / U 20 performs predetermined arithmetic processing based on the input signal, and controls the opening degree of the throttle valve 4 (intake air amount control), drive control of a fuel injection valve (not shown) (fuel injection control), not shown. Spark plug drive control (ignition timing control) and the like are executed.
By the way, the atmospheric pressure of the engine is usually atmospheric pressure, and changes depending on the altitude, weather conditions, and the like where the mounted vehicle is placed. When the atmospheric pressure changes, the intake air amount is affected (that is, even if the same control is performed, the intake air amount tends to decrease as the atmospheric pressure decreases). Therefore, for example, when trying to control the intake air amount to a target value (with high accuracy), atmospheric pressure is required as a parameter. If equipped with an atmospheric pressure sensor, it is sufficient to detect the actual atmospheric pressure and perform correction according to the detection result, but if the atmospheric pressure can be detected (estimated) without providing the atmospheric pressure sensor, This leads to cost reduction, which is preferable.
そこで、本実施形態においては、大気圧センサを設けずに、大気圧を推定（演算）するようにしている。具体的には、スロットルバルブ４を通過する空気の流れを準一次元定常等エントロピー流れとみなして、次式（１）により大気圧を推定（演算）する。 Therefore, in the present embodiment, the atmospheric pressure is estimated (calculated) without providing the atmospheric pressure sensor. Specifically, the air flow passing through the throttle valve 4 is regarded as a quasi-one-dimensional steady isentropic flow, and the atmospheric pressure is estimated (calculated) by the following equation (1).
但し、Ｐ０は大気圧、Ｐｅはコレクタ圧力、Ｔ０は吸気（大気）温度、ｄｎは吸入空気流量（物質量流量ｍｏｌ／ｓ））、Ａは開口面積、Ｒは気体定数（８．３１Ｊ／Ｋ／ｍｏｌ）、κは空気の比熱比（≒１．４）である。
また、開口面積Ａは、図２（ａ）→（ｂ）に示すように、吸気系→先端ノズルへの近似による「スロート断面積」である。
Where P0 is the atmospheric pressure, Pe is the collector pressure, T0 is the intake (atmosphere) temperature, dn is the intake air flow rate (substance flow rate mol / s), A is the opening area, and R is the gas constant (8.31 J / K). / Mol), κ is the specific heat ratio of air (≈1.4).
Further, the opening area A is a “throat cross-sectional area” by approximation from the intake system to the tip nozzle, as shown in FIGS.
なお、上記式（１）は、圧力比（スロットルバルブ４下流側のコレクタ圧力Ｐｅとスロットルバルブ４上流側の大気圧Ｐとの比であり、以下「前後圧力比（Ｐｅ／Ｐ０）」という）＞臨界圧力比（≒０．５３）の領域（非チョーク流れ）における式（２）と、前後圧力比（Ｐｅ／Ｐ０）≦臨界圧力比の領域（チョーク流れ）における式（３）とを合わせて標記したものであり、式（１）において、前後圧力比（Ｐｅ／Ｐ０）の関数として示されるｆ（Ｐｅ／Ｐ０）は、前後圧力比（Ｐｅ／Ｐ０）≦臨界圧力比の領域（チョーク流れ）では一定であるので、図３に示すようになっている。 The above formula (1) is the pressure ratio (the ratio between the collector pressure Pe on the downstream side of the throttle valve 4 and the atmospheric pressure P on the upstream side of the throttle valve 4, hereinafter referred to as “front-rear pressure ratio (Pe / P0)”). > Combining Equation (2) in the critical pressure ratio (≈0.53) region (non-choke flow) with Equation (3) in the front-rear pressure ratio (Pe / P0) ≦ critical pressure ratio region (choke flow) F (Pe / P0) expressed as a function of the front / rear pressure ratio (Pe / P0) in the formula (1) is a front-rear pressure ratio (Pe / P0) ≦ critical pressure ratio region (choke Since the flow is constant, the flow is as shown in FIG.
以下、本実施形態においてＣ／Ｕ２０によって実行される大気圧の推定（演算）を説明するが、かかる説明においては、スロットル開度によって開口面積が決定することから、スロットル開度と開口面積とは同様の意味をなすものとして用いている（すなわち、開口面積が大きい側はスロットル高開度側と同義であり、開口面積が小さい側はスロットル低開度側と同義である）。なお、以下の説明により明らかになるが、Ｃ／Ｕ２０が本発明に係る開口面積検出手段、大気圧演算手段、前後圧力比算出手段に相当する。 Hereinafter, the estimation (calculation) of the atmospheric pressure executed by the C / U 20 in this embodiment will be described. In this description, the opening area is determined by the throttle opening, so the throttle opening and the opening area are They are used to have the same meaning (that is, the side with a large opening area is synonymous with the throttle high opening side, and the side with a small opening area is synonymous with the throttle low opening side). As will be apparent from the following description, C / U 20 corresponds to the opening area detecting means, the atmospheric pressure calculating means, and the longitudinal pressure ratio calculating means according to the present invention.
図４は、大気圧推定（演算）のフローチャートであり、所定の微小時間（演算周期Δｔ）毎に実行される。
図４において、Ｓ１では、吸気温度Ｔ０、機関回転速度Ｎｅ、スロットル開度ＴＶＯを入力する。
Ｓ２では、読み込んだスロットル開度から吸気管の開口面積を算出する。かかる算出は、具体的には、図５に示すような「スロットル開度−開口面積（通路断面積）変換テーブル」を検索することにより行う（本発明に係る開口面積検出手段に相当する）。
FIG. 4 is a flowchart of atmospheric pressure estimation (calculation), and is executed every predetermined minute time (calculation cycle Δt).
In FIG. 4, at S1, the intake air temperature T0, the engine speed Ne, and the throttle opening TVO are input.
In S2, the opening area of the intake pipe is calculated from the read throttle opening. Specifically, this calculation is performed by searching a “throttle opening-opening area (passage area) conversion table” as shown in FIG. 5 (corresponding to the opening area detecting means according to the present invention).
Ｓ３では、算出した開口面積と所定の上限面積とを比較する。開口面積が上限面積よりも小さければＳ５に進み、開口面積が上限面積以上であれば本フローを終了する（つまり、大気圧の推定を行わない）。
Ｓ４では、算出した開口面積と所定の下限面積とを比較する。開口面積が下限面積よりも大きければＳ５に進み、開口面積が下限面積以下であれば本フローを終了する。
In S3, the calculated opening area is compared with a predetermined upper limit area. If the opening area is smaller than the upper limit area, the process proceeds to S5, and if the opening area is equal to or larger than the upper limit area, this flow is terminated (that is, the atmospheric pressure is not estimated).
In S4, the calculated opening area is compared with a predetermined lower limit area. If the opening area is larger than the lower limit area, the process proceeds to S5, and if the opening area is equal to or smaller than the lower limit area, this flow is finished.
このように、開口面積と所定の上限面積、開口面積と所定に下限面積を比較するのは、次のような理由による。すなわち、本実施形態における大気圧推定では、後述するように、開口面積をパラメータとして用いているため、大気圧を精度よく推定するためには、開口面積を正確に把握する必要がある。ところが、この開口面積は、開口面積が小さい側（スロットルバルブ４の低開度側）では、寸法公差やスロットルバルブ４近傍のデポジット等のミクロ的な影響を受け易く誤差が生じる。他方、開口面積が大きい側（スロットルバルブ４の高開度側）でも、吸気管（吸気通路）やエアクリーナ３のバラツキ等のマクロ的な影響を受け易く誤差が生じることが実験により確認された。そこで、これらの領域では大気圧推定を行わないようにする（停止する）ため、Ｓ３、４において開口面積と上限・下限面積とを比較するようにしたのである。なお、上記上限面積、下限面積に対応するスロットル開度を設定しておき、これらと検出したスロットル開度ＴＶＯとを比較することにより、（開口面積を算出することなく）上記のような誤差が生じる領域であるか否かを判定するようにしてもよい。 The reason why the opening area is compared with the predetermined upper limit area and the opening area is compared with the predetermined lower limit area is as follows. That is, in the atmospheric pressure estimation in the present embodiment, the opening area is used as a parameter as will be described later. Therefore, in order to accurately estimate the atmospheric pressure, it is necessary to accurately grasp the opening area. However, this opening area is susceptible to microscopic effects such as dimensional tolerances and deposits in the vicinity of the throttle valve 4 on the side where the opening area is small (the low opening side of the throttle valve 4), and an error occurs. On the other hand, it has been confirmed through experiments that even on the side where the opening area is large (the high opening degree side of the throttle valve 4), errors are likely to occur due to macro effects such as variations in the intake pipe (intake passage) and the air cleaner 3. Therefore, in order not to perform atmospheric pressure estimation (stop) in these regions, the opening area is compared with the upper limit / lower limit areas in S3 and S4. In addition, by setting the throttle opening corresponding to the upper limit area and the lower limit area, and comparing these with the detected throttle opening TVO, the error as described above can be obtained (without calculating the opening area). You may make it determine whether it is an area | region which arises.
Ｓ５では、スロットルバルブ４の前後圧力比（Ｐｅ／Ｐ０）を算出する。なお、かかる算出については後述する（図６〜図１０参照）。
Ｓ６では、算出した前後圧力比（Ｐｅ／Ｐ０）と臨界圧力比（≒０．５３）とを比較する。前後圧力比（Ｐｅ／Ｐ０）＜臨界圧力比であれば（すなわち、スロットルバルブ４における流れがチョーク流れとなっていれば）Ｓ７に進み、前後圧力比（Ｐｅ／Ｐ０）≧臨界圧力比であれば本フローを終了する。かかる判定を行うのは、図３に示すように、前後圧力比が臨界圧力比に達するまでは、式（１）におけるｆ（Ｐｅ／Ｐ０）が一定であることから、前後圧力比（Ｐｅ／Ｐ０）に多少の誤差が含まれていても、大気圧推定（演算）の精度と安定性を確保できるからである。但し、これは、できるだけ推定（演算）精度を高く維持しようとするものであり、前後圧力比が臨界圧力比以上の場合に必ず本フローを終了させる必要はない。その場合であっても、図３に示すようなテーブルをあらかじめ作成しておくことにより、ｆ（Ｐｅ／Ｐ０）を算出できるからである。
In S5, the front-rear pressure ratio (Pe / P0) of the throttle valve 4 is calculated. This calculation will be described later (see FIGS. 6 to 10).
In S6, the calculated front-rear pressure ratio (Pe / P0) is compared with the critical pressure ratio (≈0.53). If the front-rear pressure ratio (Pe / P0) <the critical pressure ratio (that is, if the flow in the throttle valve 4 is a choke flow), the process proceeds to S7, and the front-rear pressure ratio (Pe / P0) ≧ the critical pressure ratio If this flow ends. As shown in FIG. 3, this determination is made because f (Pe / P0) in the equation (1) is constant until the front / rear pressure ratio reaches the critical pressure ratio. This is because the accuracy and stability of atmospheric pressure estimation (calculation) can be ensured even if P0) includes some errors. However, this is intended to maintain the estimation (calculation) accuracy as high as possible, and it is not always necessary to end this flow when the front-rear pressure ratio is greater than or equal to the critical pressure ratio. Even in that case, f (Pe / P0) can be calculated by creating a table as shown in FIG. 3 in advance.
Ｓ７では、スロットルバルブ４を通過する物質量流量（ｍｏｌ／ｓ）ｄｎ（演算値）とその変化Δｄｎとからスロットル通過物質量流量の変化率（Δｄｎ／ｄｎ）を算出する。なお、物質量流量ｄｎ（演算値）の算出については後述する（図７のＳ２３参照）。
Ｓ８では、算出したスロットル通過物質量流量の変化率（Δｄｎ／ｄｎ）が所定値を下回っているか否かを判定する。（Δｄｎ／ｄｎ）＜所定値であればＳ９に進み、そうでなければ本フローを終了する。スロットル通過物質量流量の変化率（Δｄｎ／ｄｎ）が非常に大きくなると、エアフローメータ１１による吸入空気量の検出精度が悪化する（したがって、大気圧推定も当然に悪化する）ことから、そのような領域での大気圧推定を禁止するようにしたものである。なお、より安定した判定を行うため、（Δｄｎ／ｄｎ）＜所定値であるかだけではなく、当該状態が所定時間以上継続していることを判定項目に加えてもよい。
In S7, the rate of change (Δdn / dn) in the flow rate of the substance passing through the throttle is calculated from the substance amount flow rate (mol / s) dn (calculated value) passing through the throttle valve 4 and the change Δdn. The calculation of the substance amount flow rate dn (calculated value) will be described later (see S23 in FIG. 7).
In S8, it is determined whether or not the calculated change rate (Δdn / dn) of the throttle passage substance amount flow rate is below a predetermined value. If (Δdn / dn) <predetermined value, the process proceeds to S9, and if not, this flow ends. When the rate of change (Δdn / dn) of the substance flow rate through the throttle becomes very large, the detection accuracy of the intake air amount by the air flow meter 11 deteriorates (and therefore the atmospheric pressure estimation naturally deteriorates). The atmospheric pressure estimation in the area is prohibited. In order to perform more stable determination, not only whether (Δdn / dn) <predetermined value but also that the state continues for a predetermined time or more may be added to the determination item.
Ｓ９では、エアフローメータ１１により質量流量（ｋｇ／ｓ）として検出される吸入空気流量を物質量流量（ｍｏｌ／ｓ）ｄｎAFM（計測値）に変換して入力する。
Ｓ１０では、上記（１）式に基づいて大気圧Ｐ０を算出（推定）する。なお、ここでは、空気の物質量流量としてＳ９で求めた（変換した）ｄｎAFMが使用される。
以上のように、本実施形態においては、（ａ）スロットル開口面積が上限面積を下回っていること、（ｂ）スロットル開口面積が下限面積（＜上限面積）を上回っていること、（ｃ）演算した前後圧力比（Ｐｅ／Ｐ０；これは後述するように繰り返し演算される最新のコレクタ圧と最新の大気圧との比である）が臨界圧力比（≒０．５３）に達していないこと（スロットルバルブ４を通過する流れがチョーク流れであること）、（ｄ）所定時間当たりにスロットルバルブ４を通過する空気流量の変化率（又は変化量）が所定値以上でないこと、を条件として、すなわち、大気圧推定（演算）の精度を悪化させるおそれのある要因をあらかじめ排除した上で大気圧を推定（演算）するようにしている。このため、安定かつ精度の高い推定（演算）を行うことができる。但し、上記（ａ）〜（ｄ）のすべてを満たす場合に限るものではない。すなわち、要求される精度等に応じて、少なくとも上記（ａ）の条件を満たすことを条件とし上記（ｂ）〜（ｄ）を適宜組み合わせて大気圧を演算するようにしてもよい。
In S9, the intake air flow rate detected as a mass flow rate (kg / s) by the air flow meter 11 is converted into a mass flow rate (mol / s) dn AFM (measured value) and input.
In S10, the atmospheric pressure P0 is calculated (estimated) based on the above equation (1). Here, the dn AFM obtained (converted) in S9 is used as the mass flow rate of air.
As described above, in this embodiment, (a) the throttle opening area is smaller than the upper limit area, (b) the throttle opening area is larger than the lower limit area (<upper limit area), and (c) calculation. The front-rear pressure ratio (Pe / P0; this is the ratio of the latest collector pressure calculated repeatedly and the latest atmospheric pressure as will be described later) does not reach the critical pressure ratio (≈0.53) ( The flow passing through the throttle valve 4 is a choke flow), and (d) the rate of change (or amount of change) in the air flow rate passing through the throttle valve 4 per predetermined time is not greater than or equal to a predetermined value, that is, The atmospheric pressure is estimated (calculated) after eliminating in advance factors that may deteriorate the accuracy of atmospheric pressure estimation (calculation). For this reason, stable and highly accurate estimation (calculation) can be performed. However, the present invention is not limited to the case where all of the above (a) to (d) are satisfied. That is, the atmospheric pressure may be calculated by appropriately combining the above (b) to (d) on condition that at least the above condition (a) is satisfied according to the required accuracy.
次に、上記Ｓ６で行われる前後圧力比（Ｐｅ／Ｐ０）の算出について説明する。
本実施形態においては、上記スロットルバルブ４を準一次元定常等エントロピー流れでモデル化し（スロットルモデル）、シリンダを体積流量計としてモデル化し（シリンダモデル）、さらに、吸気コレクタ５を気体の状態方程式でモデル化して（コレクタモデル）、前後圧力比（Ｐｅ／Ｐ０）を算出するようにしている。図６は、これらのモデルを合わせた吸気モデルのシステム図である。以下、各モデルによる演算処理を順に説明する。
Next, calculation of the front-rear pressure ratio (Pe / P0) performed in S6 will be described.
In this embodiment, the throttle valve 4 is modeled by a quasi-one-dimensional steady isentropic flow (throttle model), the cylinder is modeled as a volumetric flow meter (cylinder model), and the intake collector 5 is expressed by a gas state equation. Modeling (collector model), the front-rear pressure ratio (Pe / P0) is calculated. FIG. 6 is a system diagram of an intake model combining these models. Hereinafter, the calculation process by each model is demonstrated in order.
図７は、スロットルモデルの演算処理を示しており、前後圧力比（Ｐｅ／Ｐ０）及びスロットル通過物質量流量ｄｎを算出するフローチャートである。
図７において、Ｓ２１では、コレクタ圧力Ｐｅ、大気圧Ｐ０を入力する。ここで入力されるコレクタ圧力、大気圧は、初回演算時においては、あらかじめ設定されたそれぞれの初期値Ｐｅ0、大気圧の初期値Ｐ０0であり（通常はＰｅ0＝Ｐ０0である）、その後は、繰り返し演算される最新のコレクタ圧（図８のＳ４４参照）、最新の大気圧（図１のＳ１０参照）が入力されることになる。
FIG. 7 shows a calculation process of the throttle model, and is a flowchart for calculating the front-rear pressure ratio (Pe / P0) and the throttle passage substance amount flow rate dn.
In FIG. 7, at S21, the collector pressure Pe and the atmospheric pressure P0 are input. The collector pressure and the atmospheric pressure input here are the initial value Pe 0 and the initial value P0 0 of the atmospheric pressure set at the time of the first calculation (normally Pe 0 = P0 0 ), Thereafter, the latest collector pressure (see S44 in FIG. 8) and the latest atmospheric pressure (see S10 in FIG. 1) that are repeatedly calculated are input.
Ｓ２２では、入力されたコレクタ圧Ｐｅ、大気圧Ｐ０から前後圧力比（Ｐｅ／Ｐ０）を算出する。
Ｓ２３では、スロットルバルブ４を通過する空気流量（スロットル通過物質量流量）ｄｎを下式（４）により算出する。なお、ｆ（Ｐｅ／Ｐ０）については上記図３を参照のこと。
In S22, the front-rear pressure ratio (Pe / P0) is calculated from the input collector pressure Pe and atmospheric pressure P0.
In S23, the air flow rate (throttle passage material amount flow rate) dn passing through the throttle valve 4 is calculated by the following equation (4). For f (Pe / P0), see FIG.
図８は、シリンダモデルの演算処理を示しており、シリンダ流量（体積流量）を算出するフローチャートである。
図８において、Ｓ３１では、機関回転速度Ｎｅを入力する。
Ｓ３２では、入力した機関回転速度Ｎｅに基づいて体積効率ηを算出する。かかる算出は、具体的には、図９に示すようなテーブルを検索することにより行う。
FIG. 8 shows the calculation process of the cylinder model, and is a flowchart for calculating the cylinder flow rate (volume flow rate).
In FIG. 8, at S31, the engine speed Ne is input.
In S32, the volumetric efficiency η is calculated based on the input engine speed Ne. Specifically, this calculation is performed by searching a table as shown in FIG.
Ｓ３３では、下式（５）によりシリンダ流量を算出する（Ｖは排気量）。 In S33, the cylinder flow rate is calculated by the following equation (5) (V is the displacement).
図１０は、コレクタモデルの演算処理を示しており、コレクタ圧力Ｐｅを算出するフローチャートである。
図１０において、Ｓ４１では、吸気温度Ｔ０を入力する。
Ｓ４２では、スロットル流量ｎc-INを算出する。このスロットル流量は、上記図６のＳ２３で算出されるスロットル通過物質量流量と同じものであり、上記式（４）を用いて演算する。なお、このスロットル流量は、吸気コレクタ５に流入する空気流量（物質量流量）に相当する。
FIG. 10 shows the calculation process of the collector model and is a flowchart for calculating the collector pressure Pe.
In FIG. 10, in S41, the intake air temperature T0 is input.
In S42, a throttle flow rate nc -IN is calculated. This throttle flow rate is the same as the throttle passing substance amount flow rate calculated in S23 of FIG. 6, and is calculated using the above equation (4). The throttle flow rate corresponds to the air flow rate (substance flow rate) flowing into the intake collector 5.
Ｓ４３では、シリンダ流量ｎC-OUTを算出する。具体的には、上記図７のＳ３３で体積流量（ｍ3／ｓ）として算出されたシリンダ流量を物質量流量（ｍｏｌ／ｓ）に変換する。この変換されたシリンダ流量ｎc-OUTは、吸気コレクタ５から流出する空気流量（物質流量）に相当する。
Ｓ４４では、コレクタ圧力Ｐｅを算出する。かかる算出は、具体的には次のようにして行う。すなわち、吸気コレクタ５の容積をＶｃ、吸気コレクタ５の空気のモル数をＮｃとすると、吸気コレクタ５における気体の状態方程式は下式（６）のようになる。
In S43, the cylinder flow rate n C-OUT is calculated. Specifically, the cylinder flow rate calculated as the volume flow rate (m 3 / s) in S33 of FIG. 7 is converted into a substance amount flow rate (mol / s). The converted cylinder flow rate nc -OUT corresponds to the air flow rate (material flow rate) flowing out from the intake collector 5.
In S44, the collector pressure Pe is calculated. Specifically, this calculation is performed as follows. That is, assuming that the volume of the intake collector 5 is Vc and the number of moles of air in the intake collector 5 is Nc, the state equation of gas in the intake collector 5 is expressed by the following equation (6).
ここで、演算周期をΔｔとすると、コレクタ圧力Ｐｅの変化量ΔＰｅは、下式（７）で表すことができる。 Here, assuming that the calculation cycle is Δt, the change amount ΔPe of the collector pressure Pe can be expressed by the following equation (7).
吸気コレクタ５内のモル数Ｎｃの変化量ΔＮｃは、吸気コレクタ５に流入する物質量流量である上記スロットル流量ｎc-INと吸気コレクタ５から流出する物質量流量であるシリンダ流量ｎc―OUTとの差として表すことができるから、上記式（７）は次式（８）のようになる。 The amount of change ΔNc of the number of moles Nc in the intake collector 5 is the above-described throttle flow rate n c-IN that is the mass flow rate flowing into the intake collector 5 and the cylinder flow rate n c −OUT that is the mass flow rate flowing out from the intake collector 5. Therefore, the above equation (7) becomes the following equation (8).
よって、コレクタ圧力Ｐｅは次式（９）により算出できる。 Therefore, the collector pressure Pe can be calculated by the following equation (9).
すなわち、コレクタ圧力Ｐｅは、演算周期Δｔ毎に、その前回値Ｐｅ（-1）に吸気コレクタ５内の空気流量の変化に基づく圧力変化分（式（９）における右辺第２項）を加算することにより繰り返し算出される（更新される）。
以上説明した本実施形態によれば、スロットルバルブ４の前後圧力比（Ｐｅ／Ｐ０）は吸気系をモデル化して算出し（図６〜図１０）、この算出した前後圧力比によって大気圧推定（演算）したり領域分けして制御することで、定常状態にあるときだけでなく、過渡状態にあるときでも大気圧の精度のよい推定が可能なる。
That is, the collector pressure Pe is added to the previous value Pe (−1) for each calculation cycle Δt by the pressure change based on the change in the air flow rate in the intake collector 5 (the second term on the right side in equation (9)). Is repeatedly calculated (updated).
According to the present embodiment described above, the front-rear pressure ratio (Pe / P0) of the throttle valve 4 is calculated by modeling the intake system (FIGS. 6 to 10), and the atmospheric pressure is estimated based on this calculated front-rear pressure ratio ( Calculation) or control by dividing into regions makes it possible to accurately estimate the atmospheric pressure not only in a steady state but also in a transient state.
また、開口面積が上限面積以上（換言すると、スロットル開度ＴＶＯが上限開度以上）のときには、大気圧の推定を停止（禁止）することにより（図１のＳ３）、エアクリーナ３の詰りや吸気通路（吸気管）のバラツキなどのマクロ的な影響による推定（演算）誤差を防止できる。
さらに、開口面積が下限面積以下（換言すると、スロットル開度ＴＶＯが下限開度以下）のときにも、大気圧の推定（演算）を停止（禁止)することにより（図１のＳ４）、スロットルバルブ４近傍のデポジットや寸法公差等にミクロ的な影響による推定（演算）誤差を防止できる。
Further, when the opening area is equal to or larger than the upper limit area (in other words, the throttle opening TVO is equal to or larger than the upper limit opening degree), the estimation of the atmospheric pressure is stopped (prohibited) (S3 in FIG. 1), so It is possible to prevent estimation (calculation) errors due to macro effects such as passage (intake pipe) variations.
Further, even when the opening area is equal to or smaller than the lower limit area (in other words, when the throttle opening TVO is equal to or smaller than the lower limit opening), the estimation (calculation) of the atmospheric pressure is stopped (prohibited) (S4 in FIG. 1). It is possible to prevent estimation (calculation) errors due to micro effects on deposits, dimensional tolerances, etc. near the valve 4.
なお、算出した前後圧力比（Ｐｅ／Ｐ０）が臨界圧力比を上回ったときに、大気圧の推定（演算）を停止（禁止）することにより（図１のＳ６参照）、大気圧推定の精度と安定性をより高く維持できる。
以上は、本発明の一実施形態を示したものに過ぎず、様々な変形や改良が可能である。そして、そのようなものも本発明に含まれるものである。以下、いくつかの変形例を説明するが、これらに限られるものでないことは言うまでもない。
When the calculated front-rear pressure ratio (Pe / P0) exceeds the critical pressure ratio, the atmospheric pressure estimation (calculation) is stopped (prohibited) (see S6 in FIG. 1), so that the accuracy of atmospheric pressure estimation is reduced. And maintain stability higher.
The above is only one embodiment of the present invention, and various modifications and improvements are possible. Such a thing is also included in the present invention. Hereinafter, although some modifications are demonstrated, it cannot be overemphasized that it is not restricted to these.
上記実施形態では、コレクタ圧力Ｐｅを算出しているが、コレクタ圧力Ｐｅを検出するセンサ（ＭＡＰセンサ）を設け、上記コレクタ圧力Ｐｅの算出値に代えて当該センサの検出値を用いるようにしてもよい。この場合、前後圧力比（Ｐｅ／Ｐ０）の算出結果が１になったときは、センサ検出圧力をそのまま大気圧Ｐ０とすることができる（この場合は、推定（演算）精度の悪化を防止するため、大気圧の推定（演算）処理は停止するのが望ましい）。 In the above embodiment, the collector pressure Pe is calculated. However, a sensor (MAP sensor) for detecting the collector pressure Pe is provided, and the detected value of the sensor is used instead of the calculated value of the collector pressure Pe. Good. In this case, when the calculation result of the front / rear pressure ratio (Pe / P0) becomes 1, the sensor detection pressure can be set to the atmospheric pressure P0 as it is (in this case, deterioration of estimation (calculation) accuracy is prevented. Therefore, it is desirable to stop the atmospheric pressure estimation (calculation) process).
また、上記実施形態において、当量比センサによって検出される排気当量比と燃料噴射制御における目標当量比とを比較して、そのずれ分で吸入空気流量あるいは大気圧推定値（演算値)を補正することで、さらなる精度の向上を図ることも可能である。
さらに、上記実施形態において、スロットルバルブ４を介さずに吸気コレクタ５に流入する流量（ＥＧＲ流量、パージ流量等）が多くなるような場合にも、大気圧の推定（演算）を停止（禁止）することで、精度の悪化を防止できる。
In the above embodiment, the exhaust equivalence ratio detected by the equivalence ratio sensor is compared with the target equivalence ratio in the fuel injection control, and the intake air flow rate or the atmospheric pressure estimated value (calculated value) is corrected by the difference. Thus, it is possible to further improve the accuracy.
Furthermore, in the above embodiment, the estimation (calculation) of atmospheric pressure is stopped (prohibited) even when the flow rate (EGR flow rate, purge flow rate, etc.) flowing into the intake collector 5 without passing through the throttle valve 4 increases. By doing so, deterioration of accuracy can be prevented.
１…エンジン、２…エアダクト、３…エアクリーナ、４…スロットルバルブ、５…吸気コレクタ、６…吸気マニホールド、７…吸気ポート、８…燃焼室、９…吸気バルブ、１１…エアフローメータ（ＡＦＭ）、２０…コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）、２１…スロットル開度センサ、２３…回転速度センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine, 2 ... Air duct, 3 ... Air cleaner, 4 ... Throttle valve, 5 ... Intake collector, 6 ... Intake manifold, 7 ... Intake port, 8 ... Combustion chamber, 9 ... Intake valve, 11 ... Air flow meter (AFM), 20 ... Control unit (C / U), 21 ... Throttle opening sensor, 23 ... Rotational speed sensor
Claims (6)
機関の吸入空気流量を検出する吸入空気量検出手段と、
少なくとも前記開口面積と前記吸入空気流量とに基づいて大気圧を推定する大気圧推定手段と、を備え、
前記大気圧推定手段は、前記開口面積が所定面積以上のときに前記大気圧の推定を停止することを特徴とする内燃機関の大気圧検出装置。 Opening area detecting means for detecting the opening area of the intake system variably controlled by the valve means;
Intake air amount detection means for detecting the intake air flow rate of the engine;
Atmospheric pressure estimation means for estimating atmospheric pressure based on at least the opening area and the intake air flow rate,
The atmospheric pressure detecting device for an internal combustion engine, wherein the atmospheric pressure estimating means stops the estimation of the atmospheric pressure when the opening area is equal to or larger than a predetermined area.
前記大気圧推定手段は、前記前後圧力比を前記パラメータに含むことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の大気圧検出装置。 A front-rear pressure ratio calculating means for calculating a front-rear pressure ratio of the valve means;
3. The atmospheric pressure detection device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the atmospheric pressure estimation means includes the front-rear pressure ratio in the parameter.
前記大気圧推定手段は、前記吸入空気の温度を前記パラメータに含むことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の内燃機関の大気圧検出装置。 Comprising temperature detecting means for detecting the temperature of the intake air;
The atmospheric pressure detection device for an internal combustion engine according to claim 2 or 3, wherein the atmospheric pressure estimation means includes the temperature of the intake air in the parameter.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005225085A JP2007040173A (en) | 2005-08-03 | 2005-08-03 | Atmospheric pressure detection device for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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