JP2009138590A - Control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、吸入空気流量を検出する熱線式流量センサを備える内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine that includes a hot-wire flow rate sensor that detects an intake air flow rate.
熱線式流量センサは、流量の変化に対して検出値の応答が遅れるため、特許文献1には、その応答遅れを補償して内燃機関の吸入空気流量を算出し、算出された吸入空気流量を制御に適用するようにした内燃機関の制御装置が示されている。この制御装置によれば、熱線式流量センサを一次遅れ系とみなして、入力と出力(検出値)との関係を示す伝達関数の逆伝達関数が予め求められ、検出値を逆伝達関数に適用してセンサ入力、すなわち遅れ補償された流量が算出される。
Since the response of the detected value is delayed with respect to the change in the flow rate of the hot wire type flow sensor,
特許文献2は、特許文献1に示された技術の改良技術を開示する。すなわち、上記逆伝達関数に含まれる時定数を、機関の気筒に流入する空気流量に応じて設定するようにして、特に過渡運転状態での補償精度を向上させる手法が示されている。
Patent Document 2 discloses an improved technique of the technique disclosed in
上記特許文献1に示された手法では、センサ出力から算出される吸入空気流量に対して遅れ補償を行っているため、流量変化が急激である場合には、逆伝達関数を使って求めた流量がオーバシュートし、実際の流量から大きくずれることがあった。また特許文献2に示された手法を適用しても、十分にオーバシュートを抑制することができなかった。そのため、燃料噴射量や点火時期が不適切なものとなり、排気特性や運転性を悪化させることがあった。
In the method disclosed in
本発明はこの点に着目してなされたものであり、熱線式流量センサの応答遅れをより適切に補償し、機関運転状態の変化に対応して正確な検出値を得て、燃料噴射量などの制御精度を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to this point, and more appropriately compensates for the response delay of the hot-wire flow rate sensor, obtains an accurate detection value corresponding to the change in the engine operating state, and the fuel injection amount, etc. An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can improve the control accuracy of the engine.
上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、内燃機関のスロットル弁(3)の上流側に設けられ、前記機関の吸気管(2)内の空気流量を検出する熱線式流量センサ(11)を備えた内燃機関の制御装置において、前記機関のスロットル弁下流側の吸気圧(PBA)を検出する吸気圧センサ(12)と、前記空気流量が変化したときの前記流量センサ(11)の熱線の温度変化遅れの補償を前記熱線に供給する電力(WAFM)について行い、遅れ補償された電力(WAFMH)に応じて補償空気流量(Gairth1)を算出する補償空気流量算出手段と、前記遅れ補償を行わない電力(WAFM)に応じて無補償空気流量(Gairth0)を算出する無補償空気流量算出手段と、前記吸気圧センサにより検出される吸気圧(PBA)に基づいて前記吸気管のスロットル弁下流側に充填される空気量の変化量である充填空気流量(ΔGB,ΔGB1)を算出する充填空気流量算出手段と、前記無補償空気流量(Gairth0)及び充填空気流量(ΔGB)から前記機関の気筒内に流入する空気の流量である無補償気筒流入空気流量(Gaircyl_sum0)を算出する無補償気筒流入空気流量算出手段と、前記補償空気流量(Gairth1)及び充填空気流量(ΔGB1)から前記機関の気筒内に流入する空気の流量である補償気筒流入空気流量(Gaircyl_sum1)を算出する補償気筒流入空気流量算出手段と、前記機関の運転状態に応じて、前記無補償気筒流入空気流量(Gaircyl_sum0)及び補償気筒流入空気流量(Gaircyl_sum1)の一方を選択する選択手段とを備え、該選択手段により選択された気筒流入空気流量(Gaircyl_sum)を前記機関の制御に適用することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、前記選択手段は、前記機関の回転数(NE)及び負荷(TRQ)に応じて前記選択を行うことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the control apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect, the selection means performs the selection in accordance with a rotational speed (NE) and a load (TRQ) of the engine. And
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の内燃機関の制御装置において、前記選択手段は、前記機関の運転状態が過渡状態にあるか否かを判定する過渡判定手段を備え、該過渡判定手段の判定結果に応じて前記選択を行うことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the control device for an internal combustion engine according to the first or second aspect, the selection unit includes a transient determination unit that determines whether or not the operation state of the engine is in a transient state. The selection is performed according to the determination result of the transient determination means.
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の内燃機関の制御装置において、前記選択手段は、前記機関の運転状態が過渡状態にないと判定されたときは、前記無補償気筒流入空気流量(Gaircyl_sum0)を選択する一方、前記機関の運転状態が過渡状態にあると判定されたときは、前記補償気筒流入空気流量(Gaircyl_sum1)を選択することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the control device for an internal combustion engine according to the third aspect, when the selection means determines that the operating state of the engine is not in a transient state, the uncompensated cylinder inflow air While the flow rate (Gaircyl_sum0) is selected, the compensation cylinder inflow air flow rate (Gaircyl_sum1) is selected when it is determined that the operating state of the engine is in a transient state.
また、前記充填空気流量算出手段は、前記吸気圧センサにより検出される吸気圧のなまし処理を行うことによりなまし吸気圧を算出し、該なまし吸気圧を用いて第1充填空気流量(ΔGB)を算出する第1流量算出手段と、前記吸気圧センサにより検出される吸気圧を用いて第2充填空気流量(ΔGB1)を算出する第2流量算出手段とを有し、前記無補償気筒流入空気流量算出手段は、前記第1充填空気流量(ΔGB)を用いて前記無補償気筒流入空気流量(Gaircyl_sum0)を算出し、前記補償気筒流入空気流量算出手段は、前記第2充填空気流量((ΔGB1)を用いて前記補償気筒流入空気流量(Gaircyl_sum1)を算出することが望ましい。 The charging air flow rate calculation means calculates a smoothed intake pressure by performing a smoothing process of the intake pressure detected by the intake pressure sensor, and uses the smoothed intake pressure to calculate a first charged air flow rate ( First flow rate calculating means for calculating (ΔGB), and second flow rate calculating means for calculating a second charged air flow rate (ΔGB1) using the intake pressure detected by the intake pressure sensor, and the non-compensating cylinder The inflow air flow rate calculation means calculates the uncompensated cylinder inflow air flow rate (Gaircyl_sum0) using the first charge air flow rate (ΔGB), and the compensation cylinder inflow air flow rate calculation means calculates the second charge air flow rate ( It is desirable to calculate the compensation cylinder inflow air flow rate (Gaircyl_sum1) using (ΔGB1).
請求項1に記載の発明によれば、空気流量が変化したときの流量センサの熱線の温度変化遅れの補償が熱線に供給する電力について行われ、遅れ補償された電力に応じて補償空気流量が算出されるとともに、遅れ補償されない無補償空気流量が算出される。さらに吸気管のスロットル弁下流側に充填される空気量の変化量である充填空気流量が算出され、算出された補償空気流量、無補償空気流量、及び充填空気流量を用いて補償気筒流入空気流量及び無補償気筒流入空気流量が算出される。そして、補償気筒流入空気流量及び無補償気筒流入空気流量の一方が機関運転状態に応じて選択される。検出すべき空気流量は、熱線に供給される電力の2乗にほぼ比例するため、従来の手法のように検出流量に対して遅れ補償を行うと、電力の変化遅れの影響が2乗で効いてくる。そのため、従来手法では遅れ補償の誤差が非常に大きなものとなることがあるが、電力の段階で遅れ補償を行うことにより、より誤差の少ない遅れ補償を行うことができる。さらに機関運転状態に応じて、補償気筒吸入空気流量と無補償気筒吸入空気流量の一方を選択することにより、過渡状態及び定常状態のいずれにおいてもより正確な流量を得ることができ、制御精度を向上させることができる。特に過給機が設けられた機関では、過給機(コンプレッサ)の作動により、流量センサの出力に脈動が表れて検出流量の精度が低下する場合があるが、本発明によりそのような過給機の作動に起因する精度の低下を抑制することができる。 According to the first aspect of the present invention, compensation for the temperature change delay of the hot wire of the flow rate sensor when the air flow rate is changed is performed for the power supplied to the hot wire, and the compensated air flow rate is set according to the delayed compensated power. An uncompensated air flow rate that is calculated and not compensated for delay is calculated. Furthermore, a charge air flow rate, which is a change amount of the air amount charged downstream of the throttle valve of the intake pipe, is calculated, and the compensation cylinder inflow air flow rate is calculated using the calculated compensation air flow rate, non-compensation air flow rate, and charge air flow rate The uncompensated cylinder inflow air flow rate is calculated. One of the compensation cylinder inflow air flow rate and the non-compensation cylinder inflow air flow rate is selected according to the engine operating state. Since the air flow rate to be detected is almost proportional to the square of the power supplied to the hot wire, if delay compensation is performed on the detected flow rate as in the conventional method, the effect of the delay in changing the power is effective in the square. Come. For this reason, the error in delay compensation may be very large in the conventional method, but delay compensation with less error can be performed by performing delay compensation at the power stage. Furthermore, by selecting one of the compensated cylinder intake air flow rate and the non-compensated cylinder intake air flow rate according to the engine operating state, a more accurate flow rate can be obtained in both the transient state and the steady state, and the control accuracy can be improved. Can be improved. Particularly in an engine provided with a supercharger, the operation of the supercharger (compressor) may cause pulsation in the output of the flow rate sensor and the accuracy of the detected flow rate may decrease. The decrease in accuracy due to the operation of the machine can be suppressed.
請求項2に記載の発明によれば、機関の回転数及び負荷に応じて、補償気筒吸入空気流量または無補償気筒吸入空気流量前の選択が行われる。例えば、後述する自着火燃焼可能な機関においては、自着火燃焼可能な所定運転領域ではスロットル弁をほぼ全開とした運転が行われるため、吸入空気流量の変化が比較的小さいさくなる。したがって、機関回転数及び機関負荷に応じて設定される前記所定運転領域では、無補償気筒吸入空気流量を選択することにより、正確な流量を得ることができる。 According to the second aspect of the present invention, the selection before the compensation cylinder intake air flow rate or the non-compensation cylinder intake air flow rate is performed according to the engine speed and the load. For example, in an engine capable of self-ignition combustion, which will be described later, an operation in which the throttle valve is almost fully opened is performed in a predetermined operation region where self-ignition combustion is possible, so that the change in the intake air flow rate becomes relatively small. Accordingly, an accurate flow rate can be obtained by selecting the non-compensated cylinder intake air flow rate in the predetermined operation range set according to the engine speed and the engine load.
請求項3に記載の発明によれば、機関の運転状態が過渡状態にあるか否かの判定結果に応じて、補償気筒吸入空気流量または無補償気筒吸入空気流量前の選択が行われる。過渡状態にあるときに遅れ補償が必要となるので、過渡状態にあるか否かの判定結果に応じた選択を行うことにより、正確な流量を得ることができる。 According to the third aspect of the present invention, the selection before the compensated cylinder intake air flow rate or the non-compensated cylinder intake air flow rate is performed according to the determination result of whether or not the engine operating state is in a transient state. Since delay compensation is required when in a transient state, an accurate flow rate can be obtained by making a selection according to the determination result as to whether or not it is in a transient state.
請求項4に記載の発明によれば、機関運転状態が過渡状態にないと判定されたときは無補償気筒流入空気流量が選択され、過渡状態にあると判定されたときは補償気筒流入空気流量が選択されるので、正確な流量を得ることができる。 According to the invention of claim 4, when it is determined that the engine operating state is not in the transient state, the non-compensated cylinder inflow air flow rate is selected, and when it is determined that the engine operating state is in the transient state, the compensated cylinder inflow air flow rate is selected. Is selected, an accurate flow rate can be obtained.
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は本発明の一実施形態にかかる内燃機関とその制御装置の構成を示す図であり、内燃機関(以下単に「エンジン」という)1は、吸気管2を有し、吸気管2の途中にはスロットル弁3が配されている。スロットル弁3には、スロットル弁3の開度THを検出するスロットル弁開度センサ4が設けられており、その検出信号が電子制御ユニット(以下「ECU」という)5に供給される。スロットル弁3には、スロットル弁3を駆動するアクチュエータ8が接続されており、アクチュエータ8は、ECU5によりその作動が制御される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine and a control device thereof according to an embodiment of the present invention. The internal combustion engine (hereinafter simply referred to as “engine”) 1 has an intake pipe 2 and is in the middle of the intake pipe 2. Is provided with a
エンジン1は吸気管2内に燃料を噴射する第1燃料噴射弁6、燃焼室内に直接燃料を噴射する第2燃料噴射弁7、及び点火プラグ9を備えている。第1燃料噴射弁6は図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられている。第2燃料噴射弁7及び点火プラグ9は各気筒の燃焼室に設けられている。第1及び第2燃量噴射弁6及び7はECU5に接続されており、開弁時期及び開弁時間がECU5により制御される。点火プラグ9も同様にECU5に接続されており、点火時期がECU5により制御される。
The
吸気管2のスロットル弁3の上流側には、吸入空気流量を検出するエアフローセンサ11が設けられ、エアフローセンサ11とスロットル弁3との間には、過給機のコンプレッサ10が設けられている。コンプレッサ10は排気のエネルギにより回転駆動されるタービン(図示せず)にシャフトを介して接続されており、タービンによって駆動される。
An
スロットル弁3の下流側には吸気圧PBAを検出する吸気圧センサ12及び吸気温TAを検出する吸気温センサ13が設けられている。またエンジン1の本体には、エンジン冷却水温TWを検出するエンジン冷却水温センサ14が装着されている。これらのセンサの検出信号は、ECU5に供給される。
An
またECU5には、エンジン1のクランク軸(図示せず)の回転角度を検出するクランク角度位置センサ15が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がECU5に供給される。クランク角度位置センサ10は、エンジン1の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス(以下「CYLパルス」という)を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点(TDC)に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で(例えば4気筒エンジンではクランク角180度毎に)TDCパルスを出力するTDCセンサ及びTDCパルスより短い一定クランク角周期(例えば30度周期)でCRKパルスを発生するCRKセンサから成り、CYLパルス、TDCパルス及びCRKパルスがECU5に供給される。これらの信号パルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数(エンジン回転速度)NEの検出に使用される。
The ECU 5 is connected to a crank
ECU5には、エンジン1によって駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量(以下「アクセルペダル操作量」という)APを検出するアクセルセンサ16が接続されており、その検出信号は、ECU5に供給される。
The ECU 5 is connected to an
ECU5は各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット(以下「CPU」という)、CPUで実行される演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路のほか、アクチュエータ8、燃料噴射弁6,7、点火プラグ9に駆動信号を供給する出力回路を備えている。 The ECU 5 shapes input signal waveforms from various sensors, corrects the voltage level to a predetermined level, converts an analog signal value into a digital signal value, etc., and a central processing unit (hereinafter referred to as “CPU”). In addition to a storage circuit that stores a calculation program executed by the CPU, a calculation result, and the like, an output circuit that supplies a drive signal to the actuator 8, the fuel injection valves 6 and 7, and the spark plug 9 is provided.
ECU5は、各種センサの検出信号に基づいて、燃料噴射弁6及び7の開弁時間の制御等を行う。その際、以下に説明するようにエアフローセンサ11の出力電圧VAFMの遅れ補償処理を含む、吸入空気流量の演算処理を行う。
The ECU 5 controls the valve opening time of the fuel injection valves 6 and 7 based on detection signals from various sensors. At that time, as described below, an intake air flow rate calculation process including a delay compensation process for the output voltage VAFM of the
本実施形態では、エンジン1の燃焼室内において、第1〜第3の3つの燃焼モードで燃焼が行われるように燃焼モードの切り換えが行われる。第1の燃焼モードでは、第1燃料噴射弁6のみによる燃料噴射が行われ、第2の燃焼モードでは第2燃料噴射弁7のみによる燃料噴射が行われ、第3の燃焼モードでは第1及び第2燃料噴射弁6及び7による2回の燃料噴射が行われる。第1の燃焼モードは、スロットル弁3の開度が比較的低開度に制御されているときに選択され、第2の燃焼モードはスロットル弁3が全閉のときに選択され、第3の燃焼モードは上記以外の場合に選択される。いずれの燃焼モードにおいても、点火プラグ9による点火が行われる。第2の燃焼モードでは点火プラグ9による点火を行わなくても着火可能(自着火可能)となるように成層混合気が形成されるが、確実な着火を得るため点火プラグ9による点火が行われる。また第3の燃焼モード(2回噴射燃焼モード)では、エンジン負荷が比較的低いときは第2の燃焼モードと同様に自着火可能である(ただし確実に着火させるため点火プラグ9による点火が行われる)。
In the present embodiment, the combustion mode is switched in the combustion chamber of the
図2は、エアフローセンサ11の構成を示す回路図であり、エアフローセンサ11は、ホイートストンブリッジ回路を構成する抵抗21〜23と、補償器25とを備えている。抵抗21が吸気管2内に露出される熱線に相当し、補償器25は、抵抗21の抵抗値Rが一定となるように出力電圧VAFMを調整する。具体的には、接点bd間の電圧が「0」となるように、出力電圧(接点ac間の電圧)VAFMを調整する。抵抗値Rは、抵抗21の温度によって変化するので、抵抗値Rが一定となるように制御することにより、抵抗21の温度が一定に制御される。抵抗21を流れる電流をIとすると、下記式(1)の関係が成立することが知られている。
I2×R=A+B×U0.5 (1)
ここで、Uは抵抗21近傍を流れる気体の質量流量であり、A,Bは定数である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the
I 2 × R = A + B × U 0.5 (1)
Here, U is the mass flow rate of the gas flowing in the vicinity of the
電流Iは、出力電圧VAFMを用いて下記式(2)で表される。
I=VAFM/(R+r) (2)
The current I is expressed by the following formula (2) using the output voltage VAFM.
I = VAFM / (R + r) (2)
式(1)及び(2)から下記式(3)が得られ、式(3)を変形することにより、流量Uは下記式(4)で与えられる。また式(1)の左辺は、抵抗21で消費される電力WAFMであるから、電力WAFMを用いると、流量Uは下記式(5)で与えられる。
上記式(4)、(5)を参照すれば明らかなように、流量Uは、概ね出力電圧VAFMの4乗に比例し、電力WAFMの2乗に比例する。したがって、センサの遅れ補償の演算は、流量Uについて行うより、電力WAFMまたは出力電圧VAFMについて行う方が、誤差の少ない正確な補償演算を行うことができる。本実施形態では、以下に説明するように電力WAFMについて遅れ補償演算を行い、その遅れ補償演算された電力WAFMHに応じて、遅れ補償された吸入空気流量(補償吸入空気流量)を算出するようにしている。なお、本実施形態では遅れ補償演算を行っていない電力WAFMに応じて遅れ補償されない吸入空気流量(無補償吸入空気流量)も算出し、エンジン運転状態に応じて補償吸入空気流量または無補償吸入空気流量を選択するようにしている。 As apparent from the above equations (4) and (5), the flow rate U is approximately proportional to the fourth power of the output voltage VAFM and proportional to the square of the power WAFM. Therefore, the calculation of the sensor delay compensation can be performed with less error by performing the calculation for the power WAFM or the output voltage VAFM than for the flow rate U. In the present embodiment, as described below, a delay compensation calculation is performed on the power WAFM, and a delay-compensated intake air flow rate (compensated intake air flow rate) is calculated according to the delay-compensated power WAFMH. ing. In the present embodiment, an intake air flow rate (non-compensated intake air flow rate) that is not compensated for delay is also calculated according to the power WAFM for which delay compensation calculation is not performed, and the compensated intake air flow rate or non-compensated intake air flow is determined according to the engine operating state. The flow rate is selected.
図3は、エアフローセンサ11の出力電圧VAFMに応じて、エンジン1の気筒に流入する単位時間当たりの空気量(気筒流入空気流量)を算出する処理のフローチャートである。この処理は所定時間(例えば1ミリ秒)毎にECU5のCPUで実行される。本処理で使用されるパラメータkは、本処理の実行周期で離散化された離散化時刻である。
FIG. 3 is a flowchart of a process for calculating the amount of air per unit time (cylinder inflow air flow rate) flowing into the cylinder of the
ステップS11では、出力電圧VAFMを読み込み、ステップS12では、吸気圧センサ12の出力電圧VPBAを読み込む。ステップS13では、出力電圧VAFMから抵抗21(熱線)の消費電力WAFMを算出し、ステップS14では、電圧VPBAを吸気圧(絶対圧)PBAに変換する。
In step S11, the output voltage VAFM is read. In step S12, the output voltage VPBA of the
ステップS15では、消費電力WAFMを前記式(5)に適用し、第1スロットル弁通過空気流量Gairth0(式(5)のUがGairth0に相当、単位[g/sec])を算出する。 In step S15, the power consumption WAFM is applied to the equation (5) to calculate the first throttle valve passing air flow rate Gairth0 (U in equation (5) corresponds to Gairth0, unit [g / sec]).
ステップS16では、下記式(6)に検出された吸気圧の前回値PBA(k-1)を適用し、なまし吸気圧PBD(k)を算出する。
PBD(k)=a×PB(k-1)+(1−a)×PBD(k-1) (6)
ここでaは0から1の間の値に設定されるなまし係数であり、例えば以下に説明する遅れ補償パラメータbと同じ値に設定される。
In step S16, the previous intake air pressure value PBA (k-1) detected in the following equation (6) is applied to calculate the smoothed intake air pressure PBD (k).
PBD (k) = a * PB (k-1) + (1-a) * PBD (k-1) (6)
Here, a is a smoothing coefficient set to a value between 0 and 1, and is set to the same value as the delay compensation parameter b described below, for example.
ステップS17では、なまし吸気圧PBDの今回値及び前回値、並びに吸気温TA(絶対温度換算値)を下記式(7)に適用し、単位時間当たりの吸気管充填空気量である第1吸気管充填空気流量ΔGB[g/sec]を算出する。定常的なエンジン運転状態では、エアフローセンサ11の応答性に吸気管充填空気流量を合わせるために、なまし吸気圧PBDが適用される。
ΔGB=(PBD(k)−PBD(k-1))×VOLIN/(RG×TA) (7)
In step S17, the current value and the previous value of the smoothed intake pressure PBD, and the intake air temperature TA (absolute temperature converted value) are applied to the following equation (7), and the first intake air that is the intake pipe filling air amount per unit time is applied. The pipe filling air flow rate ΔGB [g / sec] is calculated. In a steady engine operation state, the smoothed intake pressure PBD is applied to match the intake pipe filling air flow rate with the responsiveness of the
ΔGB = (PBD (k) −PBD (k−1)) × VOLIN / (RG × TA) (7)
ここで、VOLINは、吸気管の容積(スロットル弁3の下流側部分)であり、RGは気体定数である。 Here, VOLIN is the volume of the intake pipe (downstream part of the throttle valve 3), and RG is a gas constant.
ステップS18では、第1スロットル弁通過空気流量Gairth0及び第1吸気管充填空気流量ΔGBを下記式(8)に適用し、第1シリンダ流入空気流量Gaircyl_T0を算出する。
Gaircyl_T0(k)=Gairth0−ΔGB (8)
In step S18, the first throttle valve passage air flow rate Gairth0 and the first intake pipe charging air flow rate ΔGB are applied to the following equation (8) to calculate the first cylinder inflow air flow rate Gaircyl_T0.
Gaircyl_T0 (k) = Gairth0−ΔGB (8)
ステップS19では、吸気圧PBAの今回値及び前回値、並びに吸気温TA(絶対温度換算値)を下記式(9)に適用し、単位時間当たりの吸気管充填空気量である第2吸気管充填空気流量ΔGB1[g/sec]を算出する。
ΔGB1=(PBA(k)−PBA(k-1))×VOLIN/(RG×TA)
(9)
In step S19, the current value and the previous value of the intake pressure PBA, and the intake air temperature TA (absolute temperature conversion value) are applied to the following equation (9) to fill the second intake pipe filling air amount per unit time. The air flow rate ΔGB1 [g / sec] is calculated.
ΔGB1 = (PBA (k) −PBA (k−1)) × VOLIN / (RG × TA)
(9)
ステップS20では、ステップS13で算出される消費電力の今回値WAFM(k)及び前回値WAFM(k-1)を下記式(10)に適用し、遅れ補償電力の今回値WAFMH(k)を算出する。
WAFMH(k)=(WAFM(k)−(1−b)×WAFM(k-1))/b
(10)
In step S20, the current value WAFM (k) and the previous value WAFM (k-1) of power consumption calculated in step S13 are applied to the following equation (10) to calculate the current value WAFMH (k) of delay compensation power. To do.
WAFMH (k) = (WAFM (k) − (1−b) × WAFM (k−1)) / b
(10)
ここでbは、サンプリング周期に基づいて決定される遅れ補償パラメータである。具体的には、サンプリング周期(秒)の100倍を遅れ補償パラメータbとして設定する。例えばサンプリング周期が1msecの場合、b=0.1である。 Here, b is a delay compensation parameter determined based on the sampling period. Specifically, 100 times the sampling period (seconds) is set as the delay compensation parameter b. For example, when the sampling period is 1 msec, b = 0.1.
ステップS21では、ステップS20で算出される遅れ補償電力WAFMHを前記式(5)に適用し、第2スロットル弁通過空気流量Gairth1(式(5)のUがGairth1に相当、単位[g/sec])を算出する。 In step S21, the delay compensation power WAFMH calculated in step S20 is applied to the equation (5), and the second throttle valve passage air flow rate Gairth1 (U in equation (5) corresponds to Gairth1, unit [g / sec]). ) Is calculated.
ステップS22では、第2スロットル弁通過空気流量Gairth1及び第2吸気管充填空気流量ΔGB1を下記式(11)に適用し、シリンダ流入空気流量Gaircyl_T1(k)[g/sec]を算出する。
Gaircyl_T1(k)=Gairth1−ΔGB1 (11)
In step S22, the second throttle valve passing air flow rate Gairth1 and the second intake pipe charging air flow rate ΔGB1 are applied to the following equation (11) to calculate the cylinder inflow air flow rate Gaircyl_T1 (k) [g / sec].
Gaircyl_T1 (k) = Gairth1-ΔGB1 (11)
ステップS23では、離散化時刻kを「1」だけインクリメントし、本処理を終了する。 In step S23, the discretization time k is incremented by “1”, and this process is terminated.
図4は、図3の処理で算出される第1及び第2シリンダ流入空気流量Gaircyl_T0(k)及びGaircyl_T1(k)を、1TDC期間(TDCパルスの発生周期)あたりのシリンダ流入空気流量Gaircyl_sum0及びGaircyl_sum1に変換するとともに、最終シリンダ流入空気流量Gaircyl_sumを算出する処理のフローチャートである。この処理はECU5のCPUでTDCパルスの発生に同期して実行される。 FIG. 4 shows the first and second cylinder inflow air flows Gaircyl_T0 (k) and Gaircyl_T1 (k) calculated in the process of FIG. 3, and the cylinder inflow air flows Gaircyl_sum0 and Gaircyl_sum1 per 1 TDC period (TDC pulse generation cycle). 6 is a flowchart of a process for converting to a final cylinder inflow air flow rate Gaircyl_sum. This process is executed by the CPU of the ECU 5 in synchronization with the generation of the TDC pulse.
ステップS31では、第1シリンダ流入空気流量Gaircyl_T0(k)を下記式(12)に適用し、TDC周期の第1シリンダ流入空気流量Gaircyl_sum0を算出する。式(12)のΔTは、図3の処理の実行周期、すなわちシリンダ流入空気流量Gaircyl_T0(k)の演算周期である。
ステップS32では、第2シリンダ流入空気流量Gaircyl_T1(k)を下記式(13)に適用し、TDC周期の第2シリンダ流入空気流量Gaircyl_sum1を算出する。
ステップS34では、図5に示す運転状態判定処理を実行する。図5のステップS41では、エンジン冷却水温TWが所定水温TWHCCI(例えば85℃)より高いか否かを判別し、その答が肯定(YES)であるときはエンジン回転数NE及びエンジンの要求トルクTRQで決まる動作点が、図6(b)にハッチングを付して示す所定領域RSI内にあるか否かを判別する(ステップS42)。要求トルクTRQは、エンジン回転数NE及びアクセルペダル操作量APの応じて算出され、アクセルペダル操作量APが増加するほど要求トルクTRQは増加する。図6(b)に示す所定領域RSIは、上述した自着火可能な運転領域に相当する。所定領域RSIでは、燃焼室内の混合気の空燃比は理論空燃比よりリーン側に制御されるとともに、スロットル弁3はほぼ全開状態となるように制御される。所定領域RSI以外に領域では、空燃比は理論空燃比となるように制御される。
In step S34, the driving | running state determination process shown in FIG. 5 is performed. In step S41 of FIG. 5, it is determined whether or not the engine cooling water temperature TW is higher than a predetermined water temperature TWHCI (for example, 85 ° C.). If the answer is affirmative (YES), the engine speed NE and the engine required torque TRQ are determined. It is determined whether or not the operating point determined by is within a predetermined area RSI indicated by hatching in FIG. 6B (step S42). The required torque TRQ is calculated according to the engine speed NE and the accelerator pedal operation amount AP, and the required torque TRQ increases as the accelerator pedal operation amount AP increases. The predetermined region RSI shown in FIG. 6B corresponds to the above-described operation region where self-ignition is possible. In the predetermined region RSI, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber is controlled to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and the
ステップS41及びS42の答がともに肯定(YES)であるときは、自着火モードフラグFHCCIを「1」に設定し(ステップS43)、ステップS41またはS42の答が否定(NO)であるときは、自着火モードフラグFHCCIを「0」に設定する(ステップS44)。 When the answer to steps S41 and S42 is both affirmative (YES), the self-ignition mode flag FHCCI is set to “1” (step S43), and when the answer to step S41 or S42 is negative (NO), The self-ignition mode flag FHCCI is set to “0” (step S44).
図4に戻り、ステップS35では、自着火モードフラグFHCCIが「1」であるか否かを判別する。この答が肯定(YES)であるときは、すなわちエンジン運転状態が自着火可能な状態であるときは、最終シリンダ流入空気流量Gaircyl_sumを、第1シリンダ流入空気流量Gaircyl_sum0に設定する(ステップS39)。エンジン運転状態が図6(b)に示す所定領域RSIにあるときは、スロットル弁3がほぼ全開状態に制御されるため、吸入空気流量の変化は小さくなる。よって、遅れ補償を行っていない第1シリンダ流入空気流量Gaircyl_sum0が採用される。
Returning to FIG. 4, in step S <b> 35, it is determined whether or not the self-ignition mode flag FHCCI is “1”. If this answer is affirmative (YES), that is, if the engine operating state is a state in which self-ignition is possible, the final cylinder inflow air flow rate Gaircyl_sum is set to the first cylinder inflow air flow rate Gaircyl_sum0 (step S39). When the engine operating state is in the predetermined region RSI shown in FIG. 6B, the
ステップS35でFHCCI=0であるときは、下記式(14)により吸気圧変化量ΔPBTを算出する(ステップS36)。
ΔPBT=PBA(n)−PBA(n-1) (14)
ここで「n」は本処理の実行周期(TDCパルス発生周期)で離散化した離散化時刻である。
If FHCCI = 0 in step S35, the intake pressure change amount ΔPBT is calculated by the following equation (14) (step S36).
ΔPBT = PBA (n) −PBA (n−1) (14)
Here, “n” is a discretization time discretized in the execution cycle (TDC pulse generation cycle) of this process.
ステップS37では、吸気圧変化量ΔPBTに応じて図6(a)に示すCGAIRCYLテーブルを検索し、切換係数CGAIRCYLを算出する。CGAIRCYLテーブルは、吸気圧変化量ΔPBTが第1所定値ΔP1Mから第2所定値ΔP1Pまでの範囲内にあるとき、切換係数CGAIRCYLが「0」となり、吸気圧変化量ΔPBTが第3所定値ΔP2M以下であるとき、または第4所定値ΔP2P以上であるときは、切換係数CGAIRCYLが「1」となり、吸気圧変化量ΔPBTが第3所定値ΔP2Mより大きく第1所定値ΔP1Mより小さいときは、吸気圧変化量ΔPBTが増加するほど切換係数CGAIRCYLが減少し、吸気圧変化量ΔPBTが第2所定値ΔP1Pより大きく第4所定値ΔP2Pより小さいときは、吸気圧変化量ΔPBTが増加するほど切換係数CGAIRCYLが増加するように設定されている。 In step S37, a CGAIRCYL table shown in FIG. 6A is retrieved according to the intake pressure change amount ΔPBT, and a switching coefficient CGAIRCYL is calculated. In the CGAIRCYL table, when the intake pressure change amount ΔPBT is in the range from the first predetermined value ΔP1M to the second predetermined value ΔP1P, the switching coefficient CGAIRCYL becomes “0”, and the intake pressure change amount ΔPBT is equal to or less than the third predetermined value ΔP2M. Is equal to or greater than the fourth predetermined value ΔP2P, the switching coefficient CGAIRCYL is “1”, and when the intake pressure change amount ΔPBT is greater than the third predetermined value ΔP2M and smaller than the first predetermined value ΔP1M, the intake pressure As the change amount ΔPBT increases, the switching coefficient CGAIRCYL decreases. When the intake pressure change amount ΔPBT is larger than the second predetermined value ΔP1P and smaller than the fourth predetermined value ΔP2P, the switching coefficient CGAIRCYL increases as the intake pressure change amount ΔPBT increases. It is set to increase.
なお、CGAIRCYLテーブルは、図6(a)に示すように、切換係数CGAIRCYLを「0」から「1」へまたはその逆に徐々に変化させることが望ましいが、図6(c)に示すように設定してもよい。 In the CGAIRCYL table, as shown in FIG. 6A, it is desirable to gradually change the switching coefficient CGAIRCYL from “0” to “1” or vice versa, but as shown in FIG. It may be set.
ステップS38では、下記式(15)に第1及び第2シリンダ吸入空気流量Gaircyl_sum0及びGaircyl_sum1、並びに切換係数CGAIRCYLを適用し、最終シリンダ流入空気流量Gaircyl_sumを算出する。
Gaircyl_sum=(1−CGAIRCYL)×Gaircyl_sum0
+CGAIRCYL×Gaircyl_sum1 (15)
In step S38, the final cylinder inflow air flow rate Gaircyl_sum is calculated by applying the first and second cylinder intake air flow rates Gaircyl_sum0 and Gaircyl_sum1 and the switching coefficient CGAIRCYL to the following equation (15).
Gaircyl_sum = (1-CGAIRCYL) × Gaircyl_sum0
+ CGAIRCYL × Gaircyl_sum1 (15)
ステップS36〜S38により、吸気圧変化量ΔPBTの絶対値が比較的小さく(ΔP1M≦ΔPBT≦ΔP1P)、エンジン運転状態が定常的な状態にあるときは、最終シリンダ流入空気流量Gaircyl_sumは、エアフローセンサの検出遅れ補償が行われていない第1シリンダ流入空気流量Gaircyl_sum0に設定される一方、吸気圧変化量ΔPBTの絶対値が比較的大きく(ΔPBT≦ΔP2MまたはΔPBT≧ΔP2P)、過渡的な状態にあるときは、最終シリンダ流入空気流量Gaircyl_sumは、検出遅れ補償が行われている第2シリンダ流入空気流量Gaircyl_sum1に設定される。検出遅れの影響は、過渡状態において顕著に現れるので、切換係数CGAIRCYLに応じて第1シリンダ流入空気流量Gaircyl_sum0と第2シリンダ流入空気流量Gaircyl_sum1を選択することにより、正確なシリンダ流入空気流量を得ることができる。その結果、燃料噴射量及び点火時期の制御精度を向上させることができる。 In steps S36 to S38, when the absolute value of the intake pressure change amount ΔPBT is relatively small (ΔP1M ≦ ΔPBT ≦ ΔP1P) and the engine operating state is in a steady state, the final cylinder inflow air flow rate Gaircyl_sum is When the first cylinder inflow air flow rate Gaircyl_sum0 for which detection delay compensation is not performed is set, the absolute value of the intake pressure change amount ΔPBT is relatively large (ΔPBT ≦ ΔP2M or ΔPBT ≧ ΔP2P), and is in a transient state. The final cylinder inflow air flow rate Gaircyl_sum is set to the second cylinder inflow air flow rate Gaircyl_sum1 for which detection delay compensation is performed. The influence of the detection delay appears prominently in the transient state, so that an accurate cylinder inflow air flow rate can be obtained by selecting the first cylinder inflow air flow rate Gaircyl_sum0 and the second cylinder inflow air flow rate Gaircyl_sum1 according to the switching coefficient CGAIRCYL. Can do. As a result, the control accuracy of the fuel injection amount and the ignition timing can be improved.
また過給機(コンプレッサ10)の作動に起因する、エアフローセンサ11の出力電圧VAFMに脈動によって、シリンダ流入空気流量の精度が低下することを抑制することができる。
Moreover, it can suppress that the precision of a cylinder inflow air flow rate falls by the pulsation to the output voltage VAFM of the
また図6に示す所定領域RSIではスロットル弁をほぼ全開として運転が行われるため、吸入空気流量の変化が比較的小さくなる。したがって、所定領域RSIでは、遅れ補償が行われていない第1シリンダ流入空気流量Gaircyl_sum0を選択することにより、正確な流量を得ることができる。 Further, in the predetermined region RSI shown in FIG. 6, since the operation is performed with the throttle valve almost fully open, the change in the intake air flow rate becomes relatively small. Therefore, in the predetermined region RSI, an accurate flow rate can be obtained by selecting the first cylinder inflow air flow rate Gaircyl_sum0 for which delay compensation is not performed.
さらに図3の処理では、エアフローセンサ11の熱線(抵抗21)で消費される電力WAFMについて遅れ補償演算を実行することにより、遅れ補償電力WAFMHを算出し、遅れ補償電力WAFMHからスロットル弁通過空気流量Gairthを算出するようにしたので、従来の手法のように検出流量について遅れ補償を行う場合に比べて、より誤差の少ない遅れ補償を行い、正確なシリンダ流入空気流量を得ることができる。
Further, in the process of FIG. 3, the delay compensation power WAFMH is calculated by executing a delay compensation calculation for the power WAFM consumed by the hot wire (resistor 21) of the
図7は、本実施形態における遅れ補償の効果を説明するためのタイムチャートである。実線L1は、本実施形態の手法により遅れ補償されたスロットル弁通過空気流量を示し、破線L2は、従来手法により遅れ補償されたスロットル弁通過空気流量を示し、一点鎖線L3は、遅れ補償を行っていないスロットル弁通過空気流量を示す。従来手法では、空気流量が急激に減少する過程で過補償となってアンダーフローが発生している(図7のA部)が、本実施形態の手法では、このようなアンダーフローを防止することができる。 FIG. 7 is a time chart for explaining the effect of delay compensation in the present embodiment. The solid line L1 indicates the throttle valve passage air flow rate compensated for delay by the method of the present embodiment, the broken line L2 indicates the throttle valve passage air flow rate compensated for delay by the conventional method, and the alternate long and short dash line L3 performs delay compensation. Indicates the flow rate of air that has not passed through the throttle valve. In the conventional method, underflow occurs due to overcompensation in the process of abruptly decreasing the air flow rate (A part in FIG. 7). However, in the method of this embodiment, such an underflow is prevented. Can do.
本実施形態では、エアフローセンサ11が熱線式流量センサに相当し、ECU5が、補償空気流量算出手段、無補償空気流量算出手段、充填空気流量算出手段、無補償気筒流入空気流量算出手段、補償気筒流入空気流量算出手段、選択手段、過渡判定手段、第1流量算出手段、及び第2流量算出手段を構成する。具体的には、図3のステップS20及びS21が補償空気流量算出手段に相当し、S15が無補償空気流量算出手段に相当し、ステップS17及びS19が充填空気流量算出手段に相当し、図3のステップS18及び図4のステップS31が無補償気筒流入空気流量算出手段に相当し、図3のステップS22及び図4のステップS32が補償気筒流入空気流量算出手段に相当し、図4のステップS34〜S39が選択手段に相当する。また図4のステップS36及びS37が過渡判定手段に相当する。
In the present embodiment, the
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、図4に示すTDCの処理に代えて図8のTDC処理を適用するようにしてもよい。図8の処理は、図4のステップS36〜S38を削除し、ステップS40を追加したものである。ステップS40では、最終シリンダ流入空気流量Gaircyl_sumが、第2シリンダ流入空気流量Gaircyl_sum1に設定される。したがって、図8の処理では、吸気圧変化量ΔPBTに応じた選択は行われず、自着火モードフラグFHCCIの値に応じて、第1シリンダ流入空気流量Gaircyl_sum0または第2シリンダ流入空気流量Gaircyl_sum1が選択される。
また上述した実施形態では、エンジン1の所定運転領域RSIにおいて自着火燃焼可能な機関に本発明の適用した例を示したが、そのような自着火燃焼運転を行わない場合には、図4に示すTDC処理に代えて図9に示すTDC処理が適用される。図9は、図4のステップS34,S35,及びS39を削除したものである。
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made. For example, the TDC process of FIG. 8 may be applied instead of the TDC process shown in FIG. The process of FIG. 8 is obtained by deleting steps S36 to S38 of FIG. 4 and adding step S40. In step S40, the final cylinder inflow air flow rate Gaircyl_sum is set to the second cylinder inflow air flow rate Gaircyl_sum1. Therefore, in the process of FIG. 8, selection according to the intake pressure change amount ΔPBT is not performed, and the first cylinder inflow air flow rate Gaircyl_sum0 or the second cylinder inflow air flow rate Gaircyl_sum1 is selected according to the value of the self-ignition mode flag FHCCI. The
Further, in the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to an engine capable of self-ignition combustion in the predetermined operation region RSI of the
また上述した実施形態では、燃料噴射弁を2個備えるエンジンに本発明を適用したが、吸気管内に燃料を噴射する燃料噴射弁または燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁の何れか一方のみを備えたエンジンにも本発明を適用することができる。 In the above-described embodiment, the present invention is applied to an engine having two fuel injection valves. However, only one of a fuel injection valve that injects fuel into the intake pipe and a fuel injection valve that injects fuel into the combustion chamber is provided. The present invention can also be applied to an engine provided.
また上述した実施形態では、吸気圧変化量ΔPBTに基づいて過渡状態の判定を行うようにしたが、これに限るものではなく、例えばアクセルペダル操作量APの変化量や要求トルクTRQの変化量、あるいは要求トルクTRQとエンジンの実出力トルクとの偏差に基づいて判定を行うようにしてもよい。いずれの場合も、変化量または偏差が所定値以上であるときに、エンジン運転状態が過渡状態にあると判定される。 In the above-described embodiment, the transient state is determined based on the intake pressure change amount ΔPBT. However, the present invention is not limited to this. For example, the change amount of the accelerator pedal operation amount AP and the change amount of the required torque TRQ, Alternatively, the determination may be made based on the deviation between the required torque TRQ and the actual output torque of the engine. In either case, it is determined that the engine operating state is in a transient state when the amount of change or the deviation is greater than or equal to a predetermined value.
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。 The present invention can also be applied to control of a marine vessel propulsion engine such as an outboard motor having a crankshaft as a vertical direction.
1 内燃機関
2 吸気管
5 電子制御ユニット(補償空気流量算出手段、無補償空気流量算出手段、充填空気流量算出手段、無補償気筒流入空気流量算出手段、補償気筒流入空気流量算出手段、選択手段、過渡判定手段、第1流量算出手段、第2流量算出手段)
11 エアフローセンサ(熱線式流量センサ)
DESCRIPTION OF
11 Air flow sensor (hot wire flow sensor)
Claims (4)
前記機関のスロットル弁下流側の吸気圧を検出する吸気圧センサと、
前記空気流量が変化したときの前記流量センサの熱線の温度変化遅れの補償を前記熱線に供給する電力について行い、遅れ補償された電力に応じて補償空気流量を算出する補償空気流量算出手段と、
前記遅れ補償を行わない電力に応じて無補償空気流量を算出する無補償空気流量算出手段と、
前記吸気圧センサにより検出される吸気圧に基づいて前記吸気管のスロットル弁下流側に充填される空気量の変化量である充填空気流量を算出する充填空気流量算出手段と、
前記無補償空気流量及び充填空気流量から前記機関の気筒内に流入する空気の流量である無補償気筒流入空気流量を算出する無補償気筒流入空気流量算出手段と、
前記補償空気流量及び充填空気流量から前記機関の気筒内に流入する空気の流量である補償気筒流入空気流量を算出する補償気筒流入空気流量算出手段と、
前記機関の運転状態に応じて、前記無補償気筒流入空気流量及び補償気筒流入空気流量の一方を選択する選択手段とを備え、
該選択手段により選択された気筒流入空気流量を前記機関の制御に適用することを特徴とする内燃機関の制御装置。 In a control device for an internal combustion engine provided with a hot wire flow rate sensor that is provided upstream of a throttle valve of the internal combustion engine and detects an air flow rate in an intake pipe of the engine,
An intake pressure sensor for detecting an intake pressure downstream of the engine throttle valve;
Compensation air flow rate calculation means for performing compensation for the temperature change delay of the hot wire of the flow rate sensor when the air flow rate is changed, for the power supplied to the heat wire, and calculating a compensation air flow rate according to the delay compensated power,
A non-compensated air flow rate calculating means for calculating a non-compensated air flow rate according to the electric power not performing the delay compensation;
A charge air flow rate calculating means for calculating a charge air flow rate that is a change amount of the air amount charged downstream of the throttle valve of the intake pipe based on the intake pressure detected by the intake pressure sensor;
Uncompensated cylinder inflow air flow rate calculating means for calculating an uncompensated cylinder inflow air flow rate that is a flow rate of air flowing into the cylinder of the engine from the uncompensated air flow rate and the charge air flow rate;
Compensation cylinder inflow air flow rate calculating means for calculating a compensation cylinder inflow air flow rate that is a flow rate of air flowing into the cylinder of the engine from the compensation air flow rate and the charge air flow rate;
Selecting means for selecting one of the non-compensating cylinder inflow air flow rate and the compensation cylinder inflow air flow rate according to the operating state of the engine;
A control apparatus for an internal combustion engine, wherein the cylinder inflow air flow rate selected by the selection means is applied to control of the engine.
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