JP2010116883A - Control device of internal combustion engine - Google Patents

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Kanta Tsuji
完太 辻
Fumio Hara
文雄 原
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  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device of an internal combustion engine for controlling the engine according to an estimated air amount by accurately estimating the air amount sucked into the cylinder of the engine by a comparatively simple calculation. <P>SOLUTION: A valve opening time TIVO in which an intake valve is open even during a compression stroke is calculated according to the rotational speed NE of the engine, and a basic blow-back air amount GBBM is calculated by researching the GBBM map preset according to the valve opening time TIVO and an intake pressure PBA. A blow-back air amount GBB which is the air amount returned from the cylinder into an intake passage in a compression stroke is calculated by correcting the basic blow-back air amount GBBM according to an intake air temperature TA. A corrected cylinder air amount GCYLC is calculated by deducting the blow-back air amount GBB from the cylinder air amount GCYL calculated according to the intake pressure PBA and the intake air temperature TA, and a fuel injection amount FOUT is calculated according to the corrected cylinder air amount GCYLC and the blow-back air amount GBB. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に機関始動直後における気筒内の空気量を推定し、推定した空気量に基づく制御を行うものに関する。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine, and more particularly to an apparatus that estimates an air amount in a cylinder immediately after engine startup and performs control based on the estimated air amount.

内燃機関の吸入空気量は、吸気通路に設けられる吸入空気量センサにより検出するの一般的であるが、機関始動直後は吸入空気量センサが活性化していないため、吸気圧センサにより検出される吸気圧に基づいて吸入空気量を算出する手法が適用される。吸気弁は通常、圧縮行程の開始当初は開弁されるようにリフトカーブが設定されるため、いわゆる吹き返しによって気筒内に供給された空気の一部が吸気通路に戻される。したがって、吸入空気量センサによらずに筒内に吸入される空気量を正確に算出するためには、吹き返しによって吸気通路に戻される空気量(以下「吹き返し空気量」という)を考慮する必要がある。   The intake air amount of the internal combustion engine is generally detected by an intake air amount sensor provided in the intake passage. However, since the intake air amount sensor is not activated immediately after the engine is started, the intake air amount detected by the intake pressure sensor is detected. A method of calculating the intake air amount based on the atmospheric pressure is applied. Since the lift curve is usually set so that the intake valve is opened at the beginning of the compression stroke, a part of the air supplied into the cylinder is returned to the intake passage by so-called blowback. Therefore, in order to accurately calculate the amount of air sucked into the cylinder without using the intake air amount sensor, it is necessary to consider the amount of air returned to the intake passage by blowback (hereinafter referred to as “blowback air amount”). is there.

特許文献1には、吸気弁が開弁する時刻から閉弁する時刻までの筒内圧を逐次演算により推定するとともに、推定した筒内圧を用いて気筒内に吸入された空気量を算出する手法が示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-133867 discloses a method for estimating the in-cylinder pressure from the time when the intake valve opens to the time when the intake valve closes by sequential calculation, and calculating the amount of air sucked into the cylinder using the estimated in-cylinder pressure. It is shown.

国際公開WO2003/33897号公報International Publication WO2003 / 33897

特許文献1に示された手法は、機関の燃焼室を含む吸気系をモデル化することにより得られる制御対象モデルに基づいて、筒内圧及び吸入空気量(筒内空気量)を逐次演算により算出するものであるため、比較的正確な吸入空気量が得られるが、演算装置の演算負荷が大きくなるという課題がある。   The technique disclosed in Patent Document 1 calculates the in-cylinder pressure and the intake air amount (in-cylinder air amount) by sequential calculation based on the control target model obtained by modeling the intake system including the combustion chamber of the engine. Therefore, although a relatively accurate intake air amount can be obtained, there is a problem that the calculation load of the calculation device increases.

本発明はこの点に着目してなされたものであり、比較的簡単な演算で気筒内に吸入された空気量を正確に推定し、推定した筒内空気量に基づいて機関の制御を行う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 accurately estimates the amount of air sucked into the cylinder by a relatively simple calculation, and controls the engine based on the estimated in-cylinder air amount. An object of the present invention is to provide an engine control device.

上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、内燃機関の吸気圧を検出する吸気圧検出手段(8)と、該吸気圧検出手段(8)により検出される吸気圧(PBA)に基づいて前記機関の気筒内の空気量(GCYL)を推定する筒内空気量推定手段とを備えた内燃機関の制御装置において、前記機関の圧縮行程における吸気弁の開弁時間(TIVO)を検出する開弁時間検出手段と、前記圧縮行程中に前記気筒から前記機関の吸気通路(2)へ戻される空気の量である吹き返し空気量(GBB)、前記開弁時間(TIVO)、及び前記吸気圧(PBA)の相関関係(GBBMマップ)を予め記憶した記憶手段と、検出された吸気圧(PBA)及び開弁時間(TIVO)と、前記記憶手段に記憶された相関関係(GBBMマップ)とに基づいて、前記吹き返し空気量(GBB)を算出する吹き返し空気量算出手段と、前記筒内空気量推定手段により推定された空気量(GCYL)から前記吹き返し空気量(GBB)を減算することにより、補正筒内空気量(GCYLC)を算出する補正空気量算出手段とを備え、前記補正筒内空気量(GCYLC)を用いて前記機関の制御を行うことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is directed to an intake pressure detecting means (8) for detecting an intake pressure of an internal combustion engine, and an intake pressure (PBA) detected by the intake pressure detecting means (8). And a cylinder air amount estimating means for estimating an air amount (GCYL) in a cylinder of the engine on the basis thereof, and detecting a valve opening time (TIVO) of an intake valve in a compression stroke of the engine A valve opening time detecting means, a blowback air amount (GBB) that is an amount of air returned from the cylinder to the intake passage (2) of the engine during the compression stroke, the valve opening time (TIVO), and the suction The storage means storing the correlation (GBBM map) of the atmospheric pressure (PBA) in advance, the detected intake pressure (PBA) and the valve opening time (TIVO), and the correlation (GBBM map) stored in the storage means Based on A correction cylinder is obtained by subtracting the blown air amount (GBB) from the blown air amount calculating means for calculating the blown air amount (GBB) and the air amount (GCYL) estimated by the in-cylinder air amount estimating means. A correction air amount calculating means for calculating an internal air amount (GCYLC), and controlling the engine using the corrected in-cylinder air amount (GCYLC).

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、前記機関の吸気通路(2)内または気筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段(6)と、前記補正筒内空気量(GCYLC)に基づいて前記燃料噴射手段(6)による燃料噴射量(FIN)を算出する燃料噴射量算出手段と、前記吸気通路(2)へ戻される空気とともに前記吸気通路(2)へ戻される燃料の量である吹き返し燃料量(FR)を算出する吹き返し燃料量算出手段と、前記燃料噴射量算出手段により算出される燃料噴射量(FIN)から前記吹き返し燃料量(FR)を減算することにより、補正燃料噴射量(FOUT)を算出する補正燃料噴射量算出手段とを備え、前記補正燃料噴射量(FOUT)に応じて前記燃料噴射手段(6)を駆動することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the control device for an internal combustion engine according to the first aspect, the fuel injection means (6) for injecting fuel into the intake passage (2) or the cylinder of the engine, and the correction cylinder Fuel injection amount calculation means for calculating the fuel injection amount (FIN) by the fuel injection means (6) based on the internal air amount (GCYLC), and the intake passage (2) together with the air returned to the intake passage (2) A blowback fuel amount calculation means for calculating a blowback fuel amount (FR) that is an amount of fuel returned to the fuel, and a subtraction of the blowback fuel amount (FR) from the fuel injection amount (FIN) calculated by the fuel injection amount calculation means And a corrected fuel injection amount calculating means for calculating a corrected fuel injection amount (FOUT), and the fuel injection means (6) is driven in accordance with the corrected fuel injection amount (FOUT). That.

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、前記機関の吸入空気量(GA)を検出する吸入空気量検出手段(7)と、該吸入空気量検出手段(7)が活性化しているか否かを判定する活性判定手段とを備え、前記機関の始動開始時点から前記吸入空気量検出手段(7)が活性化したと判定されるまでの間、前記補正筒内空気量(GCYLC)を用いた制御を行うことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the control apparatus for an internal combustion engine according to the first or second aspect, wherein an intake air amount detecting means (7) for detecting an intake air amount (GA) of the engine, and the intake air amount An activation determination unit that determines whether or not the detection unit (7) is activated, and from when the start of the engine starts until it is determined that the intake air amount detection unit (7) is activated. Control using the corrected in-cylinder air amount (GCYLC) is performed.

請求項1に記載の発明によれば、圧縮行程における吸気弁の開弁時間と、圧縮行程中に気筒から吸気通路へ戻される空気の量である吹き返し空気量と、吸気圧との相関関係が予め記憶手段に記憶され、検出された吸気圧及び開弁時間と、記憶された相関関係とに基づいて、吹き返し空気量が算出される。そして、吸気圧に基づいて推定された筒内空気量から吹き返し空気量を減算することにより、補正筒内空気量が算出され、補正筒内空気量を用いて機関の制御が行われる。検出された開弁時間及び吸気圧と、予め記憶された相関関係とを用いることにより、比較的簡単な演算で吹き返し空気量を正確に推定することができる。したがって、吸気圧に応じて算出される筒内空気量から吹き返し空気量を減算することにより、気筒内の実空気量を正確に示す補正筒内空気量を得ることができる。   According to the first aspect of the present invention, there is a correlation between the valve opening time of the intake valve in the compression stroke, the amount of blowback air that is the amount of air returned from the cylinder to the intake passage during the compression stroke, and the intake pressure. The blow-back air amount is calculated based on the intake pressure and valve opening time that are stored in advance in the storage means and detected, and the stored correlation. Then, the corrected in-cylinder air amount is calculated by subtracting the blow-back air amount from the in-cylinder air amount estimated based on the intake pressure, and the engine is controlled using the corrected in-cylinder air amount. By using the detected valve opening time and intake pressure and the correlation stored in advance, it is possible to accurately estimate the amount of blown-back air with a relatively simple calculation. Therefore, a corrected in-cylinder air amount that accurately indicates the actual air amount in the cylinder can be obtained by subtracting the blow-back air amount from the in-cylinder air amount calculated according to the intake pressure.

請求項2に記載の発明によれば、補正筒内空気量に基づいて燃料噴射量が算出され、吸気通路へ戻される空気とともに吸気通路へ戻される燃料の量である吹き返し燃料量が算出される。そして、補正筒内空気量に基づいて算出される燃料噴射量から吹き返し燃料量を減算することにより、補正燃料噴射量が算出されるので、実筒内空気量に適した量の燃料を噴射することができる。その結果、気筒内の混合気の空燃比を適切に制御することができる。   According to the second aspect of the present invention, the fuel injection amount is calculated based on the corrected in-cylinder air amount, and the blowback fuel amount that is the amount of fuel returned to the intake passage together with the air returned to the intake passage is calculated. . Then, the corrected fuel injection amount is calculated by subtracting the blowback fuel amount from the fuel injection amount calculated based on the corrected in-cylinder air amount, so that an amount of fuel suitable for the actual in-cylinder air amount is injected. be able to. As a result, it is possible to appropriately control the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the cylinder.

請求項3に記載の発明によれば、機関の始動開始時点から吸入空気量検出手段が活性化したと判定されるまでの間、補正筒内空気量を用いた制御が行われるので、吸入空気量検出手段が活性化するまでの期間における空燃比の所望値からのずれを防止することができる。   According to the third aspect of the invention, since the control using the corrected in-cylinder air amount is performed from the start of the engine start until it is determined that the intake air amount detection means is activated, the intake air Deviation from the desired value of the air-fuel ratio during the period until the amount detection means is activated can be prevented.

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及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関(以下単に「エンジン」という)1は、吸気通路2を有し、吸気通路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12が接続されており、アクチュエータ12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. An internal combustion engine (hereinafter simply referred to as “engine”) 1 has an intake passage 2, and a throttle valve 3 is disposed in the intake passage 2. The throttle valve 3 is provided with a throttle valve opening sensor 4 for detecting the opening TH of the throttle valve 3, and a detection signal thereof is supplied to an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 5. An actuator 12 that drives the throttle valve 3 is connected to the throttle valve 3, and the operation of the actuator 12 is controlled by the ECU 5.

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おり、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にECU5に電気的に接続されて当該ECU5からの信号により燃料噴射弁6の開弁時間が制御される。エンジン1の各気筒には点火プラグ13が設けられており、点火プラグ13にはECU5から点火信号が供給される。   A fuel injection valve 6 is provided for each cylinder slightly upstream of an intake valve (not shown). Each injection valve is connected to a fuel pump (not shown) and electrically connected to the ECU 5 to receive a signal from the ECU 5. Thus, the valve opening time of the fuel injection valve 6 is controlled. Each cylinder of the engine 1 is provided with a spark plug 13, and an ignition signal is supplied to the spark plug 13 from the ECU 5.

吸気通路2のスロットル弁3の上流側には、吸入空気流量GAを検出する吸入空気流量センサ7が設けられている。またスロットル弁3の直ぐ下流には吸気圧PBAを検出する吸気圧センサ8が設けられており、吸気圧センサ8の下流には吸気温TAを検出する吸気温センサ9が取付けられている。またエンジン1の本体には、エンジン1の冷却水温TWを検出する冷却水温センサ10が取り付けられいる。これらのセンサ7〜10の検出信号は、ECU5に供給される。   An intake air flow rate sensor 7 for detecting the intake air flow rate GA is provided on the upstream side of the throttle valve 3 in the intake passage 2. An intake pressure sensor 8 for detecting the intake pressure PBA is provided immediately downstream of the throttle valve 3, and an intake air temperature sensor 9 for detecting the intake air temperature TA is attached downstream of the intake pressure sensor 8. A cooling water temperature sensor 10 that detects the cooling water temperature TW of the engine 1 is attached to the main body of the engine 1. Detection signals from these sensors 7 to 10 are supplied to the ECU 5.

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11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11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6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 angle position sensor 11 that detects a rotation angle of a crankshaft (not shown) of the engine 1, and a signal corresponding to the rotation angle of the crankshaft is supplied to the ECU 5. The crank angle position sensor 11 is a cylinder discrimination sensor that outputs a pulse (hereinafter referred to as “CYL pulse”) at a predetermined crank angle position of a specific cylinder of the engine 1, and relates to a top dead center (TDC) at the start of the intake stroke of each cylinder. It consists of a TDC sensor that outputs a TDC pulse at a crank angle position before a predetermined crank angle, and a CRK sensor that generates a CRK pulse at a constant crank angle cycle shorter than the TDC pulse (for example, a cycle of 6 degrees), and includes a CYL pulse, a TDC pulse and a CRK pulse. Is supplied to the ECU 5. These signal pulses are used for various timing controls such as fuel injection timing and ignition timing, and detection of engine speed (engine speed) NE.

ECU5には、エンジン1により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14、及び大気圧PAを検出する大気圧センサ15が接続されており、これらのセンサの検出信号がECU5に供給される。   The ECU 5 is connected to an accelerator sensor 14 for detecting an accelerator pedal depression amount (hereinafter referred to as “accelerator pedal operation amount”) AP of a vehicle driven by the engine 1 and an atmospheric pressure sensor 15 for detecting an atmospheric pressure PA. The detection signals of these sensors are supplied to the ECU 5.

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、中央演算処理回路(以下「CPU」という)、CPUで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、前記燃料噴射弁6に駆動信号を供給する出力回路等から構成される。ECU5は、上述したセンサの検出信号に基づいて、燃料噴射弁6の開弁時間の制御、及び点火プラグ13の点火時期制御を行うとともに、アクセルペダル操作量APに応じてスロットル弁3の目標開度THCMDを算出し、検出したスロットル弁開度THが目標開度THCMDに一致するようにアクチュエータ12の駆動制御を行う。   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 circuit (hereinafter referred to as “CPU”). A storage circuit that stores various calculation programs executed by the CPU, calculation results, and the like, an output circuit that supplies a drive signal to the fuel injection valve 6, and the like. The ECU 5 controls the valve opening time of the fuel injection valve 6 and the ignition timing of the spark plug 13 based on the detection signal of the above-described sensor, and at the same time opens the throttle valve 3 according to the accelerator pedal operation amount AP. The degree THCMD is calculated, and drive control of the actuator 12 is performed so that the detected throttle valve opening TH matches the target opening THCMD.

本実施形態では、エンジン1の始動開始直後においては、吸入空気流量センサ7が活性化していないため、吸気圧PBAに基づいて筒内空気量を算出し、筒内空気量に応じて燃料噴射量を算出する。図2はエンジン始動開始直後において燃料噴射量FOUTを算出するモジュールの構成を示すブロック図である。図2に示す各ブロックの機能は実際には、ECU5のCPUによる演算処理により実現される。   In the present embodiment, since the intake air flow rate sensor 7 is not activated immediately after the start of the engine 1, the in-cylinder air amount is calculated based on the intake pressure PBA, and the fuel injection amount according to the in-cylinder air amount. Is calculated. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a module for calculating the fuel injection amount FOUT immediately after the start of the engine. The functions of the blocks shown in FIG. 2 are actually realized by arithmetic processing by the CPU of the ECU 5.

図2に示すモジュールは、開弁時間算出部21、基本吹き返し空気量算出部22、補正部23、筒内空気量算出部24、減算部25、及び燃料噴射量算出部26からなる。   The module shown in FIG. 2 includes a valve opening time calculation unit 21, a basic blow-back air amount calculation unit 22, a correction unit 23, an in-cylinder air amount calculation unit 24, a subtraction unit 25, and a fuel injection amount calculation unit 26.

開弁時間算出部21は、エンジン回転数NEに応じて圧縮行程における吸気弁の開弁時間TIVOを算出する。吸気弁のリフトカーブ(クランク角度とリフト量の関係を示す曲線)から、圧縮行程における吸気弁の開弁角度期間CAIVOは既知であり、エンジン回転数NEの逆数と開弁角度期間CAIVOから、開弁時間TIVOが算出される。なお、開弁時間TIVOは、エンジン回転数NEに代えて、CRKパルスの発生時間間隔CRME(エンジン回転数NEの逆数に比例するパラメータ)を用いて算出するようにしてもよい。   The valve opening time calculation unit 21 calculates the valve opening time TIVO of the intake valve in the compression stroke according to the engine speed NE. From the lift curve of the intake valve (curve indicating the relationship between the crank angle and the lift amount), the valve opening angle period CAIVO of the intake valve in the compression stroke is known, and from the reciprocal number of the engine speed NE and the valve opening angle period CAIVO, the valve is opened. A valve time TIVO is calculated. The valve opening time TIVO may be calculated using the CRK pulse generation time interval CRME (a parameter proportional to the reciprocal of the engine speed NE) instead of the engine speed NE.

基本吹き返し空気量算出部22は、開弁時間TIVO及び吸気圧PBAに応じて図3に示すGBBMマップを検索し、基本吹き返し空気量GBBMを算出する。基本吹き返し空気量GBBMは、圧縮行程において気筒から吸気通路2へ戻される空気量の基本値である。図3においてPBA1,PBA2,PBA3,及びPBA4は、それぞれ例えば26.7kPa,53.3kPa,80,0kPa,及び101.3kPaに設定される所定吸気圧である。GBBMマップは、開弁時間TIVOが増加するほど基本吹き返し空気量GBBMが増加し、かつ吸気圧PBAが高くなるほど基本吹き返し空気量GBBMが増加するように設定されている。GBBMマップは、開弁時間TIVO及び吸気圧PBAを変化させて、実験的に吹き返し空気量を計測することにより、あるいは後述するように理論演算により吹き返し空気量を算出することにより設定され、複数の開弁時間TIVO及び吸気圧PBAの値によって決まる格子点に対応するデータが、ECU5の記憶回路に格納されている。   The basic blow back air amount calculation unit 22 searches the GBBM map shown in FIG. 3 according to the valve opening time TIVO and the intake pressure PBA, and calculates the basic blow back air amount GBBM. The basic blow-back air amount GBBM is a basic value of the amount of air returned from the cylinder to the intake passage 2 in the compression stroke. In FIG. 3, PBA1, PBA2, PBA3, and PBA4 are predetermined intake pressures set to 26.7 kPa, 53.3 kPa, 80, 0 kPa, and 101.3 kPa, for example. The GBBM map is set such that the basic blowback air amount GBBM increases as the valve opening time TIVO increases, and the basic blowback air amount GBBM increases as the intake pressure PBA increases. The GBBM map is set by changing the valve opening time TIVO and the intake pressure PBA and experimentally measuring the amount of blown air, or by calculating the amount of blown air by theoretical calculation as described later. Data corresponding to lattice points determined by the values of the valve opening time TIVO and the intake pressure PBA are stored in the storage circuit of the ECU 5.

補正部23は、基本吹き返し空気量GBBM及び吸気温TAを下記式(1)に適用することにより吸気温補正を行い、吹き返し空気量GBBを算出する。式(1)の導出は、後述する。式(1)のTA0は、GBBMマップの設定時に適用された基準吸気温であり、例えば25℃に設定される。

Figure 2010116883
The correction unit 23 performs the intake air temperature correction by applying the basic blow-back air amount GBBM and the intake air temperature TA to the following equation (1), and calculates the blow-back air amount GBB. The derivation of Equation (1) will be described later. TA0 in equation (1) is a reference intake air temperature applied when the GBBM map is set, and is set to 25 ° C., for example.
Figure 2010116883

筒内空気量算出部24は、気体の質量、温度、体積、及び圧力の関係を示す状態方程式を用いて、吸入行程において筒内に吸入される空気量である筒内空気量GCYLを算出する。減算部25は、筒内空気量GCYLから吹き返し空気量GBBを減算することにより、補正筒内空気量GCYLCを算出する。   The in-cylinder air amount calculation unit 24 calculates the in-cylinder air amount GCYL, which is the amount of air sucked into the cylinder in the intake stroke, using a state equation indicating the relationship between the mass, temperature, volume, and pressure of the gas. . The subtraction unit 25 calculates the corrected in-cylinder air amount GCYLC by subtracting the blown back air amount GBB from the in-cylinder air amount GCYL.

燃料噴射量算出部26は、補正筒内空気量GCYLC及び吹き返し空気量GBBに応じて、筒内の混合気が所望の空燃比となるように燃料噴射量FOUTを算出する。   The fuel injection amount calculation unit 26 calculates the fuel injection amount FOUT so that the air-fuel mixture in the cylinder becomes a desired air-fuel ratio according to the corrected in-cylinder air amount GCYLC and the blow back air amount GBB.

次に筒内空気量算出部24における算出手法を詳細に説明する。本実施形態では、気筒内のピストンが上死点に位置するときの筒内容積を最小容積VMINと定義し、ピストンが下死点に位置するときの筒内容積を最大容積VMAXと定義し、最大容積VMAXと最小容積VMINとの差(VMAX−VMIN)を行程容積VSTRと定義する。エンジン始動開始直後においては、最小容積VMINは空気で満たされているが、一度燃料噴射が行われた後は、燃焼後の残留ガスまたは未燃ガスで満たされている。そこで本実施形態では、始動開始直後の筒内空気量GCYLは、最小容積VMIN及び行程容積VSTRを満たす空気量として算出し(以下最小容積VMINを満たす空気量を「最小容積空気量GCYLM」という)、一度燃料噴射が行われた後は行程容積VSTRを満たす空気量(以下「行程容積空気量GCYLS)」という)として算出する。   Next, the calculation method in the cylinder air amount calculation unit 24 will be described in detail. In this embodiment, the cylinder volume when the piston in the cylinder is located at the top dead center is defined as the minimum volume VMIN, and the cylinder volume when the piston is located at the bottom dead center is defined as the maximum volume VMAX. A difference (VMAX−VMIN) between the maximum volume VMAX and the minimum volume VMIN is defined as a stroke volume VSTR. Immediately after starting the engine, the minimum volume VMIN is filled with air, but after fuel injection is once performed, it is filled with residual gas after combustion or unburned gas. Therefore, in the present embodiment, the cylinder air amount GCYL immediately after the start of the start is calculated as an air amount that satisfies the minimum volume VMIN and the stroke volume VSTR (hereinafter, the air amount that satisfies the minimum volume VMIN is referred to as “minimum volume air amount GCYLM”). After the fuel injection is performed once, it is calculated as an air amount satisfying the stroke volume VSTR (hereinafter referred to as “stroke volume air amount GCYLS”).

図4は、筒内空気量GCYLを算出する処理のフローチャートであり、この処理は、TDCパルスに同期してECU5のCPUで実行される。
ステップS11では、下記式(2)に吸気圧PBA、エンジンの始動開始時における初期冷却水温TWini、吸気温TA(ただしTWini及びTAは絶対温度換算値)、行程容積VSTRを適用し、#N気筒(N=1〜4)の行程容積空気量GCYLS(N)を算出する。

Figure 2010116883
FIG. 4 is a flowchart of a process for calculating the in-cylinder air amount GCYL. This process is executed by the CPU of the ECU 5 in synchronization with the TDC pulse.
In step S11, the intake pressure PBA, the initial cooling water temperature TWini at the start of engine start, the intake air temperature TA (where TWini and TA are converted into absolute temperatures), and the stroke volume VSTR are applied to the following equation (2), and the #N cylinder A stroke volume air amount GCYLS (N) of (N = 1 to 4) is calculated.
Figure 2010116883

式(2)の「R」は、気体定数であり、KTGCYLSは第1重み付け係数である。第1重み付け係数KTGCYLSは、直前のエンジン停止期間TSTPが所定範囲(エンジン温度が外気温より高く、吸気温TAがエンジンの熱の影響を受けて上昇しうる停止期間の範囲)にあるときは、始動開始時に「0」より大きく「1」以下の初期値に設定され、始動開始時点からの経過行程数が増加するほど減少するように(最小値は「0」)設定される。また、エンジン停止期間TSTPが所定範囲外であるときは、第1重み付け係数KTGCYLSは当初から「0」に設定される。初期冷却水温TWini及び第1重み付け係数KTGCYLSを用いて始動開始直後における吸気温TAを補正することにより、吸気通路2内の空気がエンジンの熱を受熱した場合も考慮して、行程容積空気量GCYLSを正確に算出することができる。   “R” in Equation (2) is a gas constant, and KTGCYLS is a first weighting factor. The first weighting coefficient KTGCYLS is determined when the immediately preceding engine stop period TSTP is in a predetermined range (a range of a stop period in which the engine temperature is higher than the outside air temperature and the intake air temperature TA can be increased by the influence of engine heat). The initial value is set to an initial value greater than “0” and less than or equal to “1” at the start of startup, and is set to decrease as the number of elapsed strokes from the start of startup increases (the minimum value is “0”). In addition, when the engine stop period TSTP is outside the predetermined range, the first weighting coefficient KTGCYLS is set to “0” from the beginning. By correcting the intake air temperature TA immediately after the start of the start using the initial cooling water temperature TWini and the first weighting coefficient KTGCYLS, taking into account the case where the air in the intake passage 2 receives the heat of the engine, the stroke volume air amount GCYLS Can be calculated accurately.

ステップS12では、#N気筒の初回燃料噴射実行フラグFINI(N)が「1」であるか否かを判別する。初回燃料噴射実行フラグFINI(N)は、#N気筒において始動開始後最初の燃料噴射が行われたときに「1」に設定される。   In step S12, it is determined whether or not the initial fuel injection execution flag FINI (N) of the #N cylinder is “1”. The initial fuel injection execution flag FINI (N) is set to “1” when the first fuel injection is performed after starting in the #N cylinder.

始動開始直後はステップS12の答は否定(NO)となるので、ステップS13に進み、下記式(3)に大気圧PA、初期冷却水温TWini、吸気温TA(ただしTWini及びTAは絶対温度換算値)、最小容積容積VMINを適用し、#N気筒の最小容積空気量GCYLM(N)を算出する。

Figure 2010116883
Since the answer to step S12 is negative (NO) immediately after the start of the start, the process proceeds to step S13, and the atmospheric pressure PA, the initial cooling water temperature TWini, the intake air temperature TA (however, TWini and TA are absolute temperature converted values). ), The minimum volumetric volume VMIN is applied, and the minimum volumetric air amount GCYLM (N) of the #N cylinder is calculated.
Figure 2010116883

式(3)のKTGCYLMは、エンジン停止期間TSTPに応じて「0」以上「1」以下の値に設定される第2重み付け係数である。具体的には、第2重み付け係数KTGCYLMは、エンジン停止期間TSTPが所定時間TSTP0(例えば30秒)より短い場合は、停止時間TSTPが短くなるほどより小さな値(最小値「0」)に設定され、停止時間TSTPが所定時間TSTP0より長くなると「1」に設定される。初期冷却水温TWini及び第2重み付け係数KTGCYLMを用いて始動開始直後における吸気温TAを補正することにより、燃焼室内の空気がエンジン停止中にエンジンから受ける熱の影響が考慮され、最小容積空気量GCYLMを正確に算出することができる。   KTGCYLM in equation (3) is a second weighting coefficient set to a value between “0” and “1” in accordance with the engine stop period TSTP. Specifically, when the engine stop period TSTP is shorter than a predetermined time TSTP0 (for example, 30 seconds), the second weighting coefficient KTGCYLM is set to a smaller value (minimum value “0”) as the stop time TSTP becomes shorter. When the stop time TSTP becomes longer than the predetermined time TSTP0, it is set to “1”. By correcting the intake air temperature TA immediately after the start of startup using the initial cooling water temperature TWini and the second weighting coefficient KTGCYLM, the influence of the heat that the air in the combustion chamber receives from the engine while the engine is stopped is taken into consideration, and the minimum volume air amount GCYLM Can be calculated accurately.

ステップS14では、下記式(4)により最小容積空気量GCYLM(N)と行程容積空気量GCYLS(N)の和として、気筒内空気量GCYL(N)を算出する。
GCYL(N)=GCYLM(N)+GCYLS(N) (4)
In step S14, the in-cylinder air amount GCYL (N) is calculated as the sum of the minimum volume air amount GCYLM (N) and the stroke volume air amount GCYLS (N) by the following equation (4).
GCYL (N) = GCYLM (N) + GCYLS (N) (4)

初回の燃料噴射が行われた後は、ステップS12の答が肯定(YES)となり、気筒内空気量GCYL(N)は、行程容積空気量GCYLS(N)に設定される。   After the first fuel injection is performed, the answer to step S12 is affirmative (YES), and the cylinder air amount GCYL (N) is set to the stroke volume air amount GCYLS (N).

図5は、図4の処理を説明するための図であり、燃料噴射開始時点から時刻tBまでの期間TSTではステップS14により気筒内空気量GCYL(N)が算出され、時刻tB以後の期間TNRでは、ステップS15により気筒内空気量GCYL(N)が算出される。   FIG. 5 is a diagram for explaining the processing of FIG. 4. In the period TST from the fuel injection start time to time tB, the cylinder air amount GCYL (N) is calculated in step S14, and the period TNR after time tB. In step S15, the cylinder air amount GCYL (N) is calculated.

したがって、始動開始直後に最小容積VMINを満たしている空気量が適切に反映された筒内空気量GCYLが得られ、始動開始直後における空燃比が所望値からずれることを防止できる。   Therefore, an in-cylinder air amount GCYL that appropriately reflects the amount of air that satisfies the minimum volume VMIN immediately after the start of startup is obtained, and the air-fuel ratio immediately after the start of startup can be prevented from deviating from a desired value.

次に図2の燃料噴射量算出部26における燃料噴射量FOUTの算出手法を図6を参照して詳細に説明する。   Next, a method of calculating the fuel injection amount FOUT in the fuel injection amount calculation unit 26 of FIG. 2 will be described in detail with reference to FIG.

図6は1つの気筒に対応する燃料噴射量FOUT[n](「n」は、クランク軸2回転の期間(1燃焼サイクル)で離散化した離散化時刻である)の算出手法を説明するための図である。この図において、FINは補正筒内空気量GCYLCと目標空燃比AFCMDとに応じて算出される基本燃料噴射量であり、FRは吸気通路へ戻される空気とともに吸気通路に戻される吹き返し燃料量である。   FIG. 6 illustrates a method for calculating the fuel injection amount FOUT [n] corresponding to one cylinder (“n” is a discretization time discretized in a period of two rotations of the crankshaft (one combustion cycle)). FIG. In this figure, FIN is the basic fuel injection amount calculated in accordance with the corrected in-cylinder air amount GCYLC and the target air-fuel ratio AFCMD, and FR is the blowback fuel amount returned to the intake passage together with the air returned to the intake passage. .

初回(n=1)の燃料噴射量FOUT[1]は、下記式(11)で示されるように、基本燃料噴射量FIN[1]に設定される。このとき、吹き返し燃料量FR[1]は、吹き返し空気量GBB及び及び補正筒内空気量GCYLCを用いて下記式(12)により算出される。
FOUT[1]=FIN[1] (11)
FR[1]=FIN[1]×GBB[1]/GCYLC[1] (12)
The initial (n = 1) fuel injection amount FOUT [1] is set to the basic fuel injection amount FIN [1] as shown by the following equation (11). At this time, the blowback fuel amount FR [1] is calculated by the following equation (12) using the blowback air amount GBB and the corrected in-cylinder air amount GCYLC.
FOUT [1] = FIN [1] (11)
FR [1] = FIN [1] × GBB [1] / GCYLC [1] (12)

第2回目(n=2)の燃料噴射量FOUT[2]は、第1回目の吹き返し燃料量FR[1]が気筒内に吸入されるため下記式(13)で与えられる。
FOUT[2]=FIN[2]−FR[1] (13)
The second (n = 2) fuel injection amount FOUT [2] is given by the following equation (13) because the first blow back fuel amount FR [1] is sucked into the cylinder.
FOUT [2] = FIN [2] −FR [1] (13)

また吹き返し燃料量FR[2]は、下記式(14)で与えられる。
FR[2]=FIN[2]×GBB[2]/GCYLC[2] (14)
以上のことから一般に2回目以降の燃料噴射量FOUT[n]及び吹き返し燃料量FR[n]は、下記式(15)及び(16)で与えられる。
FOUT[n]=FIN[n]−FR[n-1] (15)
The blowback fuel amount FR [2] is given by the following formula (14).
FR [2] = FIN [2] × GBB [2] / GCYLC [2] (14)
From the above, the fuel injection amount FOUT [n] and the blowback fuel amount FR [n] for the second and subsequent times are generally given by the following equations (15) and (16).
FOUT [n] = FIN [n] −FR [n−1] (15)

また吹き返し燃料量FR[n-1]は、下記式(14)で与えられる。
FR[n-1]=FIN[n-1]×GBB[n-1]/GCYLC[n-1] (16)
このように吹き返し空気量GBBとともに、吹き返し燃料量FRを考慮することにより、気筒内の混合気の実空燃比を目標空燃比に正確に制御することができる。
The blowback fuel amount FR [n-1] is given by the following equation (14).
FR [n-1] = FIN [n-1] × GBB [n-1] / GCYLC [n-1] (16)
Thus, by taking into account the blowback air amount GBB and the blowback fuel amount FR, the actual air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the cylinder can be accurately controlled to the target air-fuel ratio.

なお、吸気通路内に燃料を噴射する場合には、吸気通路内壁に付着する燃料量を考慮した公知の付着補正を行う必要があり、実際には上述した吹き返しに伴う補正とともに付着補正を行って、燃料噴射量が算出される。   In addition, when fuel is injected into the intake passage, it is necessary to perform known adhesion correction in consideration of the amount of fuel adhering to the inner wall of the intake passage. The fuel injection amount is calculated.

図7は上述した始動開始直後の燃料噴射制御と、吸入空気流量センサ7により検出される吸入空気流量GAに基づく燃料噴射制御との切換処理のフローチャートである。   FIG. 7 is a flowchart of a switching process between the fuel injection control immediately after the start of the above-described operation and the fuel injection control based on the intake air flow rate GA detected by the intake air flow rate sensor 7.

ステップS21では、エンジン始動開始時点からの経過行程数(始動後行程数)TACRが所定行程数TASX(例えば50行程)より大きいか否かを判別し、その答が否定(NO)である間は、吸入空気流量センサ7が活性化していないと判定し、補正筒内空気量GCYLCに基づく燃料噴射制御を実行する(ステップS22)。始動後行程数TACRが所定行程数TASXを超えたときは、吸入空気流量センサ7が活性化したと判定し、検出される吸入空気流量GAに基づく燃料噴射制御を実行する(ステップS23)。所定行程数TASXは、吸入空気流量センサ7の活性化が確実に完了する行程数に設定される。   In step S21, it is determined whether or not the number of elapsed strokes (number of strokes after starting) TACR from the start of engine start is greater than a predetermined stroke number TASX (for example, 50 strokes), and while the answer is negative (NO). Then, it is determined that the intake air flow rate sensor 7 is not activated, and fuel injection control based on the corrected in-cylinder air amount GCYLC is executed (step S22). When the number of post-start strokes TACR exceeds the predetermined number of strokes TASX, it is determined that the intake air flow rate sensor 7 is activated, and fuel injection control based on the detected intake air flow rate GA is executed (step S23). The predetermined number of strokes TASX is set to the number of strokes in which the activation of the intake air flow rate sensor 7 is surely completed.

次に基本吹き返し空気量GBBMを理論的に求める手法について説明する。
図8は吸気通路2、吸気弁1b、及びエンジン1の気筒(燃焼室)1aを模式的に示す図である。吸気弁1bを通過する空気は圧縮性流体であり、かつその流れは断熱流であり、空気の粘性の影響は無視できると仮定すると、吸気弁1bを通過する空気の流速uは下記式(21)で与えられる。式(21)のPCYLは筒内圧、ρBは気筒内の空気の密度、κは比熱比(1.4)である。

Figure 2010116883
Next, a method for theoretically obtaining the basic blow back air amount GBBM will be described.
FIG. 8 is a diagram schematically showing the intake passage 2, the intake valve 1 b, and the cylinder (combustion chamber) 1 a of the engine 1. Assuming that the air passing through the intake valve 1b is a compressible fluid and the flow thereof is an adiabatic flow and the influence of the viscosity of the air is negligible, the flow velocity u of the air passing through the intake valve 1b is expressed by the following equation (21 ). In equation (21), PCYL is the in-cylinder pressure, ρB is the density of air in the cylinder, and κ is the specific heat ratio (1.4).
Figure 2010116883

またエントロピーは変化しないと仮定すると、下記式(22)(KCONSTは定数)が成立するので、吸気通路内の空気の密度ρAは下記式(23)で与えられる。

Figure 2010116883
Assuming that the entropy does not change, the following equation (22) (KCONST is a constant) is established, so the density ρA of the air in the intake passage is given by the following equation (23).
Figure 2010116883

また連続の式から吸気弁通過質量流量GAIRVLVは、下記式(24)で与えられ、これに式(21)及び(23)を適用すると下記式(25)が得られる。式(24)及び(25)の「Cd」は吸気弁1bの流量係数であり、「A」は吸気弁1bの開口面積である。

Figure 2010116883
Further, the intake valve passage mass flow rate GAIRVLV is given by the following equation (24) from the continuous equation, and the following equation (25) is obtained by applying the equations (21) and (23) thereto. “Cd” in the equations (24) and (25) is a flow coefficient of the intake valve 1b, and “A” is an opening area of the intake valve 1b.
Figure 2010116883

気筒内の空気の圧力PCYL、容積VCYL、及び質量GCYLについては、温度TA(絶対温度換算値)及び気体定数Rを用いると、下記式(26)で表される関係が成立するので、気筒内の空気の密度ρB(=GCYL/VCYL)は、下記式(27)で与えられる。

Figure 2010116883
With respect to the pressure PCYL, the volume VCYL, and the mass GCYL of the air in the cylinder, when the temperature TA (absolute temperature conversion value) and the gas constant R are used, the relationship expressed by the following equation (26) is established. The air density ρB (= GCYL / VCYL) is given by the following equation (27).
Figure 2010116883

式(27)を式(25)に適用することにより、下記式(28)が得られる。式(28)のRPは、下記式(29)で示される圧力比であり、Ψ(RP)は、下記式(30)で与えられる流量関数である。

Figure 2010116883
By applying the equation (27) to the equation (25), the following equation (28) is obtained. RP in the equation (28) is a pressure ratio represented by the following equation (29), and ψ (RP) is a flow rate function given by the following equation (30).
Figure 2010116883

ただし、流量関数Ψ(RP)は、圧力比RPが下記式(31)で与えられる臨界圧力比RPC以下であるときは、下記式(32)で与えられる定数となる。図9(a)は流量関数Ψ(RP)を図示したものである。

Figure 2010116883
However, the flow rate function ψ (RP) is a constant given by the following equation (32) when the pressure ratio RP is equal to or less than the critical pressure ratio RPC given by the following equation (31). FIG. 9A illustrates the flow function Ψ (RP).
Figure 2010116883

式(28)の流量係数Cdを理論的に算出することは困難であるため、弁開度係数KVLVを下記式(33)で定義し、弁開度係数KVLVを定常流試験によって実験的に求めると、図9(b)に示す関係が得られる。図9(b)の横軸は、吸気弁1bのリフト量LFTである。
KVLV=Cd・A (33)
Since it is difficult to theoretically calculate the flow coefficient Cd in the equation (28), the valve opening coefficient KVLV is defined by the following expression (33), and the valve opening coefficient KVLV is experimentally obtained by a steady flow test. And the relationship shown in FIG. 9B is obtained. The horizontal axis of FIG.9 (b) is the lift amount LFT of the intake valve 1b.
KVLV = Cd · A (33)

次に吸気弁通過質量流量GAIRVLVに基づいて基本吹き返し空気量GBBMを算出する手法を説明する。
演算の対象となる気筒のピストンが吸気行程開始下死点に位置した時点を初期状態とすると、始動開始直後の低回転状態では、ピストンが吸気行程開始下死点に達するまでに吸気弁(吸気口)を介した空気のやりとりが安定化するので、下記式(41)が成立する。この初期状態での吹き返し量GVLV[1]は「0」であるとする。
PCYL[1]=PBA[1] (41)
Next, a method for calculating the basic blowback air amount GBBM based on the intake valve passage mass flow rate GAIRVLV will be described.
Assuming that the initial position is when the piston of the cylinder to be calculated is at the bottom dead center at the start of the intake stroke, the intake valve (intake Since the exchange of air through the mouth is stabilized, the following formula (41) is established. It is assumed that the blowback amount GVLV [1] in this initial state is “0”.
PCYL [1] = PBA [1] (41)

また、筒内空気量GCYL[1]は、下記式(42)で与えられる。式(42)のVCYLは気筒容積である。

Figure 2010116883
The in-cylinder air amount GCYL [1] is given by the following formula (42). VCYL in the formula (42) is a cylinder volume.
Figure 2010116883

圧縮行程中の筒内圧の上昇と、筒内の空気が吸気弁を介して吸気通路に吹き返される事象とは実際はほぼ同時に起こるが、微少時間の変化でみると、先ず圧縮によって筒内圧が上昇し、次いでその上昇した圧力によって吸気通路への空気の流動が起きると近似することができる。ここで微少時間dt経過後の筒内圧(ただし吹き返し空気量を考慮していない筒内圧)PCYL’[1]は、筒内の空気が断熱圧縮されると仮定すれば、下記式(43)で与えられる。式(43)の[1],[2]は、微少時間dtで離散化した離散化時刻を示す。

Figure 2010116883
The increase in the in-cylinder pressure during the compression stroke and the phenomenon in which the air in the cylinder is blown back to the intake passage through the intake valve actually occur almost at the same time. Then, it can be approximated that the flow of air to the intake passage occurs due to the increased pressure. Here, the in-cylinder pressure (cylinder pressure not considering the blow-back air amount) PCYL ′ [1] after the minute time dt has elapsed is assumed to be the following formula (43), assuming that the air in the cylinder is adiabatically compressed. Given. [1] and [2] in the equation (43) indicate the discretization time discretized by the minute time dt.
Figure 2010116883

したがって、微少時間dt内の吹き返し量GVLV[2]は下記式(44)で与えられる。微少時間dt経過後の筒内空気量GCYL[2]及び筒内圧PCYL[2]は、下記式(45)及び(46)で与えられる。

Figure 2010116883
Therefore, the blowback amount GVLV [2] within the minute time dt is given by the following formula (44). The in-cylinder air amount GCYL [2] and the in-cylinder pressure PCYL [2] after the minute time dt has elapsed are given by the following equations (45) and (46).
Figure 2010116883

式(43)〜(46)を順次用いることにより、離散化時刻i=1,2,3,…における吹き返し量GVLV[i]が算出され、吸気弁1bが開弁している時間内の合計を下記式(47)で算出することにより、基本吹き返し空気量GBBMを算出することができる。
GBBM=ΣGVLV[i] (47)
By sequentially using the equations (43) to (46), the blowback amount GVLV [i] at the discretization time i = 1, 2, 3,... Is calculated, and the sum during the time when the intake valve 1b is opened is calculated. Is calculated by the following equation (47), the basic blow-back air amount GBBM can be calculated.
GBBM = ΣGVLV [i] (47)

なお、式(44)に適用されるPBA[i]は、離散化時刻iの値に拘わらず常に初期値PBA[1]を用いる。PBA[i]は、厳密には変化するが、吸気通路内空気量GINは、吹き返し空気量GBBMに比べて一般的に非常に大きく、その変化量は小さいためである。   The PBA [i] applied to the equation (44) always uses the initial value PBA [1] regardless of the value of the discretization time i. Strictly speaking, PBA [i] changes, but the air amount GIN in the intake passage is generally much larger than the blown back air amount GBBM, and the amount of change is small.

以上のようにして、基本吹き返し空気量GBBMを算出することができる。なお、上記演算は、吸気温TAを基準吸気温TA0に設定して行う。   As described above, the basic blow-back air amount GBBM can be calculated. The above calculation is performed by setting the intake air temperature TA to the reference intake air temperature TA0.

次に図2の補正部23における吸気温補正について説明する。
上述したように吹き返し量GVLVは、式(44)で与えられるので、吸気温TAが基準吸気温TA0であるときの吹き返し量GVLV0と、吸気温TAが温度TA1であるときの吹き返し量GVLV1との関係は、下記式(48)で示される。したがって、GBBMマップを検索することにより算出される基本吹き返し空気量GBBMを式(1)(再掲)に適用することにより、吸気温TAにおける吹き返し空気量GBBを求めることができる。

Figure 2010116883
Next, the intake air temperature correction in the correction unit 23 of FIG. 2 will be described.
As described above, since the blowback amount GVLV is given by the equation (44), the blowback amount GVLV0 when the intake air temperature TA is the reference intake air temperature TA0 and the blowback amount GVLV1 when the intake air temperature TA is the temperature TA1. The relationship is shown by the following formula (48). Therefore, by applying the basic blowback air amount GBBM calculated by searching the GBBM map to the equation (1) (repost), the blowback air amount GBB at the intake air temperature TA can be obtained.
Figure 2010116883

以上詳述したように本実施形態では、圧縮行程における吸気弁1bの開弁時間TIVOがエンジン回転数NEに応じて算出され、開弁時間TIVO及び吸気圧PBAに応じて予め設定・記憶されているGBBMマップを検索することにより、基本吹き返し空気量GBBMが算出される。そして、吸気圧PBAに基づいて推定された気筒内空気量GCYLから吹き返し空気量GBBを減算することにより、補正筒内空気量GCYLCが算出され、補正筒内空気量GCYLCを用いて、始動開始直後における燃料噴射量の制御が行われる。検出(算出)された開弁時間TIVO及び吸気圧PBAと、予め記憶されたGBBMマップとを用いることにより、比較的簡単な演算で吹き返し空気量GBBを正確に推定することができる。したがって、吸気圧PBAに応じて算出される筒内空気量GCYLから吹き返し空気量GBBを減算することにより、気筒内の実空気量を正確に示す補正筒内空気量GCYLCを得ることができる。   As described above in detail, in the present embodiment, the valve opening time TIVO of the intake valve 1b in the compression stroke is calculated according to the engine speed NE, and preset and stored according to the valve opening time TIVO and the intake pressure PBA. The basic blown air amount GBBM is calculated by searching the GBBM map. Then, the corrected in-cylinder air amount GCYLC is calculated by subtracting the blow-back air amount GBB from the in-cylinder air amount GCYL estimated based on the intake pressure PBA, and the corrected in-cylinder air amount GCYLC is used immediately after the start of the start. Control of the fuel injection amount at is performed. By using the detected (calculated) valve opening time TIVO and the intake pressure PBA, and the GBBM map stored in advance, the blow-back air amount GBB can be accurately estimated by a relatively simple calculation. Therefore, the corrected in-cylinder air amount GCYLC that accurately indicates the actual air amount in the cylinder can be obtained by subtracting the blow back air amount GBB from the in-cylinder air amount GCYL calculated according to the intake pressure PBA.

また補正筒内空気量GCYLCに基づいて基本燃料噴射量FINが算出されるとともに、吸気通路2へ戻される燃料の量である吹き返し燃料量FRが算出される。そして、補正筒内空気量GCYLCに基づいて算出される基本燃料噴射量FINから吹き返し燃料量FRを減算することにより、燃料噴射量FOUTが算出される。したがって、実筒内空気量に適した量の燃料を噴射することができ、気筒内の混合気の空燃比を正確に制御することができる。   Further, a basic fuel injection amount FIN is calculated based on the corrected in-cylinder air amount GCYLC, and a blowback fuel amount FR that is an amount of fuel returned to the intake passage 2 is calculated. Then, the fuel injection amount FOUT is calculated by subtracting the blowback fuel amount FR from the basic fuel injection amount FIN calculated based on the corrected in-cylinder air amount GCYLC. Therefore, an amount of fuel suitable for the actual in-cylinder air amount can be injected, and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the cylinder can be accurately controlled.

またエンジン始動開始時点から吸入空気流量センサ7が活性化するのに要する時間(TASX)が経過するまでの間、補正筒内空気量GCYLCを用いた制御が行われるので、吸入空気流量センサ7が活性化するまでの期間における空燃比の所望値からのずれを防止することができる。   Further, since the control using the corrected in-cylinder air amount GCYLC is performed from when the engine start is started until the time (TASX) required for activation of the intake air flow rate sensor 7 elapses, the intake air flow rate sensor 7 is Deviation from the desired value of the air-fuel ratio in the period until activation can be prevented.

またエンジン始動開始後に燃料噴射が行われたと判定された気筒については該気筒の行程容積VSTRに基づいて筒内空気量GCYLが推定され、燃料噴射が行われていないと判定された気筒については該気筒の行程容積VSTRに、該気筒のピストンが上死点に位置するときの気筒容積である最小容積VMINを加算した容積(VSTR+VMIN)に基づいて筒内空気量GCYLが推定される。燃料噴射が行われる前は、ピストンが上死点に位置するときの気筒容積が燃焼後の残留ガスまたは未燃ガスではなく空気(新気)で満たされているので、その点を考慮して筒内空気量GCYLを推定することにより、より正確な推定を行うことができる。   For cylinders that have been determined that fuel injection has been performed after the start of engine startup, the cylinder air amount GCYL is estimated based on the stroke volume VSTR of the cylinder, and for cylinders that have been determined that fuel injection has not been performed, An in-cylinder air amount GCYL is estimated on the basis of a volume (VSTR + VMIN) obtained by adding the minimum volume VMIN that is the cylinder volume when the piston of the cylinder is located at the top dead center to the stroke volume VSTR of the cylinder. Before fuel injection, the cylinder volume when the piston is at top dead center is filled with air (fresh air), not residual gas or unburned gas after combustion. By estimating the in-cylinder air amount GCYL, more accurate estimation can be performed.

本実施形態では、吸気圧センサ8及び吸入空気流量センサ7が、それぞれ吸気圧検出手段及び吸入空気量検出手段に相当し、燃料噴射弁6が燃料噴射手段に相当する。またクランク角度位置センサ11が開弁時間検出手段の一部を構成し、ECU5が筒内空気量推定手段、開弁時間検出手段の一部、記憶手段、吹き返し空気量算出手段、補正空気量算出手段、燃料噴射量算出手段、吹き返し燃料量算出手段、補正燃料噴射量算出手段、及び活性判定手段を構成する。   In the present embodiment, the intake pressure sensor 8 and the intake air flow rate sensor 7 correspond to intake pressure detection means and intake air amount detection means, respectively, and the fuel injection valve 6 corresponds to fuel injection means. The crank angle position sensor 11 constitutes a part of the valve opening time detection means, and the ECU 5 calculates the in-cylinder air amount estimation means, a part of the valve opening time detection means, the storage means, the blow back air amount calculation means, and the correction air amount calculation. Means, fuel injection amount calculating means, blowback fuel amount calculating means, corrected fuel injection amount calculating means, and activity determining means.

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、上述した実施形態では、図2に示したように開弁時間算出部21でエンジン回転数NEに応じて開弁時間TIVOを算出し、基本吹き返し空気量算出部22で開弁時間TIVO及び吸気圧PBAに応じて基本吹き返し空気量GBBMを算出するようにしたが、エンジン回転数NE及び吸気圧PBAから直接、基本吹き返し空気量GBBMを算出するようにしてもよい。図10(a)にマップは、エンジン回転数NE及び吸気圧PBAに応じて基本吹き返し空気量GBBMを算出するために使用するGBBMマップである。この図の所定回転数NE1,NE2,NE3は、それぞれ例えば200rpm,400rpm,1000rpmに設定される。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, the valve opening time calculation unit 21 calculates the valve opening time TIVO according to the engine speed NE as shown in FIG. Although the basic blowback air amount GBBM is calculated according to the intake pressure PBA, the basic blowback air amount GBBM may be calculated directly from the engine speed NE and the intake pressure PBA. The map in FIG. 10A is a GBBM map used for calculating the basic blow-back air amount GBBM according to the engine speed NE and the intake pressure PBA. The predetermined rotational speeds NE1, NE2, NE3 in this figure are set to, for example, 200 rpm, 400 rpm, and 1000 rpm, respectively.

また、圧縮行程開始時期(ピストンが下死点に位置する時期)における筒内の充填空気量GCYLCSに対する吹き返し空気量の比率(吹き返し比率)RGBBMを、図10(b)に示すテーブルを用いてエンジン回転数NEに応じて算出し、吸気圧PBAに応じて算出される充填空気量GCYLCSに乗算することにより、基本吹き返し空気量GBBMを算出するようにしてもよい。その場合には、図10(b)に示すテーブルではなく、該テーブルの設定を近似する下記式(51)を用いて吹き返し比率RGBBMを算出するようにしてもよい。式(51)のk1及びk2は、それぞれ所定係数及び所定加算値であり、Lnは自然対数を表す。
RGBBM=−k1×Ln(NE)+k2 (51)
Further, the ratio of the blown air amount (blowback ratio) RGBBM to the in-cylinder charged air amount GCYLCS at the compression stroke start time (time when the piston is located at the bottom dead center) is used with the table shown in FIG. The basic blow back air amount GBBM may be calculated by calculating according to the rotational speed NE and multiplying the charged air amount GCYLCS calculated according to the intake pressure PBA. In that case, instead of the table shown in FIG. 10B, the blowback ratio RGBBM may be calculated using the following equation (51) that approximates the setting of the table. In formula (51), k1 and k2 are a predetermined coefficient and a predetermined added value, respectively, and Ln represents a natural logarithm.
RGBBM = −k1 × Ln (NE) + k2 (51)

また上述した実施形態では、吸気通路2に燃料噴射弁が設けられている内燃機関の制御装置の例を示したが、本発明は気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備える内燃機関の制御装置にも適用可能である。   In the above-described embodiment, the example of the control device for the internal combustion engine in which the fuel injection valve is provided in the intake passage 2 is shown. However, the present invention is an internal combustion engine provided with a fuel injection valve that directly injects fuel into the cylinder. It can also be applied to a control device.

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.

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the internal combustion engine and its control apparatus concerning one Embodiment of this invention. 機関の始動開始直後において燃料噴射量(FOUT)を算出するモジュールの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the module which calculates fuel injection amount (FOUT) immediately after the start of an engine start. 基本吹き返し空気量(GBBM)を算出するためのマップを示す図である。It is a figure which shows the map for calculating a basic blow-back air amount (GBBM). 気筒内の空気量(GCYL)を算出する処理のフローチャートである。It is a flowchart of the process which calculates the air quantity (GCYL) in a cylinder. 図4の処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the process of FIG. 燃料噴射量の算出手法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of fuel injection amount. 燃料噴射量制御の切換を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating switching of fuel injection amount control. 機関の吸気通路、吸気弁、及び気筒(燃焼室)を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the intake passage of an engine, an intake valve, and a cylinder (combustion chamber). 吹き返し空気量を算出するために使用される流量関数及び弁開度係数(KVLV)を算出するためのテーブルを示す図である。It is a figure which shows the table for calculating the flow function and valve opening coefficient (KVLV) used in order to calculate the amount of blow-back air. 実施形態の変形例において使用するマップ及びテーブルを示す図である。It is a figure which shows the map and table which are used in the modification of embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 内燃機関
1a 気筒
1b 吸気弁
2 吸気通路
5 電子制御ユニット(筒内空気量推定手段、開弁時間検出手段、記憶手段、吹き返し空気量算出手段、補正空気量算出手段、燃料噴射量算出手段、吹き返し燃料量算出手段、補正燃料噴射量算出手段、活性判定手段)
6 燃料噴射弁(燃料噴射手段)
7 吸入空気流量センサ(吸入空気量検出手段)
8 吸気圧センサ(吸気圧検出手段)
9 吸気温センサ
11 クランク角度位置センサ(開弁時間検出手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 1a Cylinder 1b Intake valve 2 Intake passage 5 Electronic control unit (In-cylinder air amount estimation means, valve opening time detection means, storage means, blow-back air amount calculation means, correction air amount calculation means, fuel injection amount calculation means, Blow-back fuel amount calculation means, corrected fuel injection amount calculation means, activity determination means)
6 Fuel injection valve (fuel injection means)
7 Intake air flow rate sensor (intake air amount detection means)
8 Intake pressure sensor (Intake pressure detection means)
9 Intake air temperature sensor 11 Crank angle position sensor (valve opening time detection means)

Claims (3)

内燃機関の吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、該吸気圧検出手段により検出される吸気圧に基づいて前記機関の気筒内の空気量を推定する筒内空気量推定手段とを備えた内燃機関の制御装置において、
前記機関の圧縮行程における吸気弁の開弁時間を検出する開弁時間検出手段と、
前記圧縮行程中に前記気筒から前記機関の吸気通路へ戻される空気の量である吹き返し空気量、前記開弁時間、及び前記吸気圧との相関関係を予め記憶した記憶手段と、
検出された吸気圧及び開弁時間と、前記記憶手段に記憶された相関関係とに基づいて、前記吹き返し空気量を算出する吹き返し空気量算出手段と、
前記筒内空気量推定手段により推定された空気量から前記吹き返し空気量を減算することにより、補正筒内空気量を算出する補正空気量算出手段とを備え、
前記補正筒内空気量を用いて前記機関の制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
An internal combustion engine comprising intake pressure detecting means for detecting an intake pressure of the internal combustion engine and in-cylinder air amount estimating means for estimating an air amount in the cylinder of the engine based on the intake pressure detected by the intake pressure detecting means. In the engine control device,
A valve opening time detecting means for detecting a valve opening time of the intake valve in the compression stroke of the engine;
Storage means for storing in advance a correlation between the amount of air blown back that is the amount of air returned from the cylinder to the intake passage of the engine during the compression stroke, the valve opening time, and the intake pressure;
Blow-back air amount calculation means for calculating the blow-back air amount based on the detected intake pressure and valve opening time and the correlation stored in the storage means;
Correction air amount calculating means for calculating a corrected in-cylinder air amount by subtracting the blow-back air amount from the air amount estimated by the in-cylinder air amount estimating means,
A control device for an internal combustion engine, wherein the engine is controlled using the corrected in-cylinder air amount.
前記機関の吸気通路内または気筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記補正筒内空気量に基づいて前記燃料噴射手段による燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、前記吸気通路へ戻される空気とともに前記吸気通路へ戻される燃料の量である吹き返し燃料量を算出する吹き返し燃料量算出手段と、前記燃料噴射量算出手段により算出される燃料噴射量から前記吹き返し燃料量を減算することにより、補正燃料噴射量を算出する補正燃料噴射量算出手段とを備え、
前記補正燃料噴射量に応じて前記燃料噴射手段を駆動することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
Fuel injection means for injecting fuel into the intake passage or cylinder of the engine, fuel injection amount calculating means for calculating the fuel injection amount by the fuel injection means based on the corrected in-cylinder air amount, and the intake passage A blowback fuel amount calculation means for calculating a blowback fuel amount that is the amount of fuel returned to the intake passage together with the returned air, and subtracting the blowback fuel amount from the fuel injection amount calculated by the fuel injection amount calculation means. And a corrected fuel injection amount calculating means for calculating a corrected fuel injection amount,
2. The control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the fuel injection means is driven in accordance with the corrected fuel injection amount.
前記機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、該吸入空気量検出手段が活性化しているか否かを判定する活性判定手段とを備え、
前記機関の始動開始時点から前記吸入空気量検出手段が活性化したと判定されるまでの間、前記補正筒内空気量を用いた制御を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の制御装置。
Intake air amount detection means for detecting the intake air amount of the engine, and activation determination means for determining whether or not the intake air amount detection means is activated,
The control using the corrected in-cylinder air amount is performed from the start of the engine start until it is determined that the intake air amount detecting means is activated. Control device for internal combustion engine.
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