JP2013155614A - Control device of turbocharged engine - Google Patents

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真知子 高橋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance predicting accuracy of an intake air quantity into cylinders especially during transition operation in a control device controlling a turbocharged engine based on a predicted value of the intake air quantity into the cylinders.SOLUTION: A predicted value mcpvlv of a compressor flowing rate and a corrected value of the same is calculated from a predicted value eta0 of a throttle opening using a physical model of a turbocharged engine. A predicted value of the compressor flowing rate is calculated from a measured value TA of the throttle opening using the physical model and the compressor flowing rate estimated value is delay processed using the responding model of a flow rate sensor in calculation of the corrected value. A compressor flowing rate estimating value mcpvlv is corrected using the difference of the measured value of the intake air flowing rate by the flowing rate sensor and the delay processed compressor flowing rate estimated value mcpcrtsm as a correcting value. The predicted value epicfwd of a boost pressure is calculated from the corrected compressor flowing rate predicted value mcpfwd, and the predicted value of an intake air quantity into cylinders is calculated based on the boost pressure predicted value epicfwdd and the throttle opening predicted value eta0.

Description

本発明は、過給エンジンの制御装置に関し、詳しくは、筒内吸入空気量の予測値に基づいて過給エンジンを制御する制御装置に関する。   The present invention relates to a supercharged engine control device, and more particularly to a control device that controls a supercharged engine based on a predicted value of in-cylinder intake air amount.

今日の自動車のエンジンには電子制御式のスロットルが用いられている。電子制御式のスロットルを備えたエンジンでは、ドライバのアクセル操作量に基づいて目標スロットル開度が決定され、目標スロットル開度に従ってスロットルが操作される。このとき、決定した目標スロットル開度を直ぐにスロットルに与えるのではなく、ある時間だけ遅らせてスロットルに与えるようにすることもできる。このような演算処理をスロットルディレイ制御という。スロットルディレイ制御によれば、目標スロットル開度の変化に対し実際のスロットル開度はディレイ時間分だけ遅れて変化することになるので、ディレイ時間分だけ将来のスロットル開度を目標スロットル開度から予測することができる。将来のスロットル開度が予測可能であることは、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射型エンジンやポート噴射と筒内直接噴射を併用するエンジンにとって空燃比の制御精度を高める上で有用である。筒内吸入空気量は吸気弁の閉時点において確定するが、ポート噴射を行うエンジンの場合、吸気弁の閉時点の前に燃料噴射の開始時期が到来する。このため、目標空燃比の実現に必要な燃料噴射量を正確に計算するためには、将来確定する筒内吸入空気量を燃料噴射の開始時点において予測することが必要となる。スロットルディレイ制御によれば、将来の吸気弁の閉時点でのスロットル開度を目標スロットル開度から予測することができるので、その予測スロットル開度に基づいて筒内吸入空気量を予測することができる。   Today's automobile engines use electronically controlled throttles. In an engine equipped with an electronically controlled throttle, the target throttle opening is determined based on the accelerator operation amount of the driver, and the throttle is operated according to the target throttle opening. At this time, the determined target throttle opening degree is not immediately given to the throttle, but can be given to the throttle after being delayed by a certain time. Such arithmetic processing is called throttle delay control. According to the throttle delay control, the actual throttle opening changes with the delay time with respect to the change in the target throttle opening, so the future throttle opening is predicted from the target throttle opening by the delay time. can do. The ability to predict the future throttle opening is useful for improving the control accuracy of the air-fuel ratio for a port injection engine that injects fuel into the intake port and an engine that uses both port injection and in-cylinder direct injection. The in-cylinder intake air amount is determined when the intake valve is closed. In the case of an engine that performs port injection, the fuel injection start timing comes before the intake valve closes. Therefore, in order to accurately calculate the fuel injection amount necessary for realizing the target air-fuel ratio, it is necessary to predict the in-cylinder intake air amount determined in the future at the start of fuel injection. According to the throttle delay control, the throttle opening at the time when the intake valve is closed in the future can be predicted from the target throttle opening. Therefore, the in-cylinder intake air amount can be predicted based on the predicted throttle opening. it can.

予測スロットル開度に基づく筒内吸入空気量の計算では、吸気通路内の空気の挙動を物理的にモデル化した物理モデルが用いられる。自然吸気エンジンの場合、筒内吸入空気量の計算のための物理モデルは、スロットルモデル、吸気管モデル、及び吸気弁モデルで構成することができる。スロットルモデルは、スロットルを通過する空気の流量を算出するためのモデルである。具体的には、スロットルの前後の差圧とスロットル開度により決まる流路面積と流量係数とを基本とするオリフィスの流量式がスロットルモデルとして用いられる。吸気管モデルは、吸気管内の空気に関する保存則に基づいて構築されたモデルである。具体的には、エネルギー保存則の式と流量保存則の式とが吸気管モデルとして用いられる。吸気弁モデルは、吸気弁流量と吸気管圧との関係について調べた実験ベースのモデルである。実験で得られた経験則により、吸気弁モデルにおいては吸気弁流量と吸気管圧との関係が1又は複数の直線で近似されている。   In the calculation of the in-cylinder intake air amount based on the predicted throttle opening, a physical model that physically models the behavior of air in the intake passage is used. In the case of a naturally aspirated engine, the physical model for calculating the in-cylinder intake air amount can be composed of a throttle model, an intake pipe model, and an intake valve model. The throttle model is a model for calculating the flow rate of air passing through the throttle. Specifically, an orifice flow rate equation based on a flow path area and a flow coefficient determined by the differential pressure before and after the throttle and the throttle opening is used as the throttle model. The intake pipe model is a model constructed based on a conservation law regarding air in the intake pipe. Specifically, the energy conservation law formula and the flow rate conservation law formula are used as the intake pipe model. The intake valve model is an experiment-based model in which the relationship between the intake valve flow rate and the intake pipe pressure is examined. Based on empirical rules obtained through experiments, in the intake valve model, the relationship between the intake valve flow rate and the intake pipe pressure is approximated by one or more straight lines.

上記の物理モデルを用いた計算では、モデル化誤差の影響を如何に排除するかが筒内吸入空気量の予測精度を担保する上で重要である。物理モデルによる筒内吸入空気量の予測精度を高める方法の一例としては、特許第3760757号公報に開示された方法を挙げることができる。この公報に開示された方法によれば、スロットル開度に基づき演算されるスロットル流量に基づいて現在から所定時間経過後の第1吸気管圧力が算出されるとともに、エアフローメータの出力に基づいて第2吸気管圧力が算出される。また、現在のスロットル流量をエアフローメータモデルに入力することによって時間遅れを含むエアフローメータ出力が演算され、そのエアフローメータ出力に基づいて第2吸気管圧力と同応答の吸気管圧力が算出される。そして、第1吸気管圧力と第2吸気管圧力を加算したものから同応答吸気管圧力を減じることにより予測圧力が算出され、その予測圧力に基づいて吸気弁流量の推定値が算出される。この方法により算出された吸気弁流量の推定値は、定常運転時にはエアフローメータの出力に一致する。つまり、上記公報に開示された方法によれば、定常運転時のモデル化誤差が補償されることによって筒内吸入空気量の予測精度が高められる。   In the calculation using the above physical model, how to eliminate the influence of the modeling error is important in ensuring the prediction accuracy of the in-cylinder intake air amount. As an example of a method for improving the prediction accuracy of the in-cylinder intake air amount based on the physical model, a method disclosed in Japanese Patent No. 3760757 can be cited. According to the method disclosed in this publication, the first intake pipe pressure after a predetermined time has elapsed from the present time is calculated based on the throttle flow rate calculated based on the throttle opening, and the first intake pipe pressure is calculated based on the output of the air flow meter. 2 The intake pipe pressure is calculated. Further, an air flow meter output including a time delay is calculated by inputting the current throttle flow rate into the air flow meter model, and an intake pipe pressure having the same response as the second intake pipe pressure is calculated based on the air flow meter output. A predicted pressure is calculated by subtracting the response intake pipe pressure from the sum of the first intake pipe pressure and the second intake pipe pressure, and an estimated value of the intake valve flow rate is calculated based on the predicted pressure. The estimated value of the intake valve flow rate calculated by this method coincides with the output of the air flow meter during steady operation. That is, according to the method disclosed in the above publication, the prediction accuracy of the in-cylinder intake air amount is improved by compensating the modeling error during steady operation.

特許第3760757号公報Japanese Patent No. 3760757 特開2011−163301JP2011-163301 特開2010−242693JP 2010-242893 A

物理モデルを用いた筒内吸入空気量の予測方法は、自然吸気エンジンだけでなく、ターボ過給機や機械式過給機を備えた過給エンジンにも適用することができる。ただし、過給エンジンと自然吸気エンジンとではスロットル上流圧力に関する前提が大きく異なっている。自然吸気エンジンの場合、スロットル上流圧力は大気圧とほぼ等しいとみなすことができる。ところが、過給エンジンの場合、スロットル上流圧力はコンプレッサの回転数やスロットル開度によって変化する。吸気弁流量の推定にはスロットル流量の計算が必要であり、スロットル流量の計算にはスロットル上流圧力が用いられる。図2は、スロットル上流圧力に対するスロットル下流圧力の圧力比“Pm/Pic”とスロットル流量“mt”との関係を示す図である。この図に示すように、スロットル開度が“TA1”から“TA2”に変化したときのスロットル流量“mt”の変化の感度は圧力比“Pm/Pic”に依存する。このため、計算に用いるスロットル上流圧力の精度が低ければスロットル流量の計算精度が低くなり、ひいては筒内吸入空気量の予測精度も低くなる。よって、物理モデルを用いた筒内吸入空気量の予測手法を過給エンジンに適用する上では、スロットル上流圧力、すなわち、過給圧に関する精度の高い情報が必要となる。   The method of predicting the in-cylinder intake air amount using the physical model can be applied not only to a naturally aspirated engine but also to a turbocharged engine equipped with a turbocharger or a mechanical supercharger. However, the assumption regarding the upstream pressure of the throttle is greatly different between the supercharged engine and the naturally aspirated engine. In the case of a naturally aspirated engine, the throttle upstream pressure can be regarded as approximately equal to the atmospheric pressure. However, in the case of a supercharged engine, the throttle upstream pressure varies depending on the rotational speed of the compressor and the throttle opening. The estimation of the intake valve flow rate requires calculation of the throttle flow rate, and the throttle upstream pressure is used for calculation of the throttle flow rate. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the pressure ratio “Pm / Pic” of the throttle downstream pressure to the throttle upstream pressure and the throttle flow rate “mt”. As shown in this figure, the sensitivity of the change in the throttle flow rate “mt” when the throttle opening changes from “TA1” to “TA2” depends on the pressure ratio “Pm / Pic”. For this reason, if the accuracy of the throttle upstream pressure used in the calculation is low, the calculation accuracy of the throttle flow rate is low, and the prediction accuracy of the in-cylinder intake air amount is also low. Therefore, in applying the method for predicting the in-cylinder intake air amount using the physical model to the supercharged engine, highly accurate information on the throttle upstream pressure, that is, the supercharging pressure is required.

前述の物理モデルを用いれば、予測スロットル開度から将来の過給圧を予測することができる。吸気弁の閉時点での過給圧を予測できれば、その予測値と予測スロットル開度から筒内吸入空気量の予測値を得ることができる。しかし、物理モデルによる計算には、物理モデル作成時の適合誤差、エンジン構成部品の製造ばらつき、環境変化や経年変化、アクチュエータのヒステリシス誤差などの様々な要因によるモデル化誤差が含まれうる。よって、物理モデルによる過給圧の予測値から筒内吸入空気量の予測値を計算する場合、筒内吸入空気量の予測値と実際値(吸気弁の閉時点での実際値)との間にはモデル化誤差に起因する誤差が生じる可能性がある。   If the above-mentioned physical model is used, the future boost pressure can be predicted from the predicted throttle opening. If the supercharging pressure when the intake valve is closed can be predicted, the predicted value of the in-cylinder intake air amount can be obtained from the predicted value and the predicted throttle opening. However, the calculation based on the physical model may include modeling errors due to various factors such as adaptation error when creating the physical model, manufacturing variations of engine components, environmental changes and aging changes, and hysteresis errors of the actuator. Therefore, when calculating the predicted value of the cylinder intake air amount from the predicted value of the supercharging pressure based on the physical model, it is between the predicted value of the cylinder intake air amount and the actual value (actual value when the intake valve is closed). May cause errors due to modeling errors.

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、筒内吸入空気量、特に過渡運転時の筒内吸入空気量の予測精度を高めることのできる過給エンジンの制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a control device for a supercharged engine that can improve the accuracy of predicting the amount of intake air in a cylinder, particularly the amount of intake air in a cylinder during transient operation. With the goal.

上記の課題を達成するため、本発明に係る過給エンジンの制御装置は、以下の動作を行うように構成される。   In order to achieve the above object, a supercharged engine control apparatus according to the present invention is configured to perform the following operations.

本発明の1つの形態によれば、本制御装置は、現時点よりも所定時間先の時点におけるスロットル開度の予測値を取得する。そして、過給エンジンの物理モデルを用いて、スロットル開度の予測値からコンプレッサ流量の予測値を計算する。また、それと並行して、本制御装置は、流量センサによる吸気流量の計測値を取得するとともに、スロットル開度センサによるスロットル開度の計測値を取得し、前記物理モデルを用いてスロットル開度の計測値からコンプレッサ流量の推定値を計算し、さらに、流量センサの応答モデルを用いてコンプレッサ流量の推定値をディレイ処理する。   According to one form of this invention, this control apparatus acquires the predicted value of the throttle opening in the time of predetermined time ahead from the present time. Then, the predicted value of the compressor flow rate is calculated from the predicted value of the throttle opening using the physical model of the supercharged engine. In parallel with this, the control device acquires a measured value of the intake air flow rate by the flow rate sensor, acquires a measured value of the throttle opening amount by the throttle opening sensor, and uses the physical model to determine the throttle opening amount. An estimated value of the compressor flow rate is calculated from the measured value, and the estimated value of the compressor flow rate is delayed using a response model of the flow rate sensor.

流量センサの応答モデルは、流量センサによる吸気流量の計測値の実際値に対する応答遅れをモデル化したものである。よって、物理モデルで計算されるコンプレッサ流量を流量センサの応答モデルでディレイ処理した値は、理論的には流量センサによる吸気流量の計測値と一致するはずである。吸気流量の計測値とコンプレッサ流量のディレイ処理された推定値との間に差分が生じるのであれば、物理モデルのモデル化誤差に起因する流量誤差が原因であると言える。   The response model of the flow sensor models the response delay with respect to the actual value of the measured value of the intake flow rate by the flow sensor. Therefore, the value obtained by delaying the compressor flow rate calculated by the physical model with the response model of the flow rate sensor should theoretically match the measured value of the intake flow rate by the flow rate sensor. If there is a difference between the measured value of the intake flow rate and the estimated value obtained by delaying the compressor flow rate, it can be said that the flow rate error is caused by the modeling error of the physical model.

本制御装置は、吸気流量の計測値とコンプレッサ流量のディレイ処理された推定値との差分を計算し、当該差分を補正量としてコンプレッサ流量の予測値を補正する。これにより、コンプレッサ流量の予測値に含まれる物理モデルのモデル化誤差の影響は補償される。本制御装置は、このようにモデル化誤差の影響を補償されたコンプレッサ流量の予測値から過給圧の予測値を計算し、過給圧の予測値とスロットル開度の予測値とに基づいて筒内吸入空気量の予測値を計算する。   The control device calculates a difference between the measured value of the intake air flow rate and the estimated value obtained by delaying the compressor flow rate, and corrects the predicted value of the compressor flow rate using the difference as a correction amount. Thereby, the influence of the modeling error of the physical model included in the predicted value of the compressor flow rate is compensated. The control device calculates a predicted value of the boost pressure from the predicted value of the compressor flow rate compensated for the influence of the modeling error in this way, and based on the predicted value of the boost pressure and the predicted value of the throttle opening. Calculate the predicted value of in-cylinder intake air amount.

本制御装置によれば、過給エンジンの筒内吸入空気量を予測し、その予測値に基づいて過給エンジンを制御する制御装置において、筒内吸入空気量、特に過渡運転時の筒内吸入空気量の予測精度を高めることができる。   According to the present control device, in the control device that predicts the in-cylinder intake air amount of the supercharged engine and controls the supercharged engine based on the predicted value, the in-cylinder intake air amount, particularly in-cylinder intake during transient operation The prediction accuracy of the air amount can be increased.

本発明の実施の形態の過給エンジンの制御装置で用いられている筒内吸入空気量予測モデルを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the cylinder intake air amount prediction model used with the control apparatus of the supercharged engine of embodiment of this invention. スロットル開度の変化の直後におけるスロットル流量の変化の感度がスロットル前後圧力比に依存していることを示す図である。It is a figure which shows that the sensitivity of the change of the throttle flow rate immediately after the change of the throttle opening depends on the throttle front-rear pressure ratio.

本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施の形態の制御装置が適用される過給エンジンは、スロットルによる空気量の調整によってトルクを制御する火花点火式の4サイクルレシプロエンジンである。本実施の形態の過給エンジンが備える過給機は、吸気通路に配置されたコンプレッサを排気通路に配置されたタービンの回転によって駆動するターボ式の過給機である。タービンにはその開度を能動的に制御することのできるウエストゲートバルブが付設されている。コンプレッサとスロットルとの間には、コンプレッサによる圧縮によって温度が上昇した空気を冷却するためのインタークーラが設けられている。また、本実施の形態の過給エンジンは、各気筒の吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射型のエンジンでもある。   The supercharged engine to which the control device of the present embodiment is applied is a spark ignition type four-cycle reciprocating engine that controls torque by adjusting an air amount by a throttle. The supercharger included in the supercharged engine of the present embodiment is a turbocharger that drives a compressor disposed in an intake passage by rotation of a turbine disposed in an exhaust passage. The turbine is provided with a wastegate valve capable of actively controlling the opening degree. An intercooler is provided between the compressor and the throttle for cooling the air whose temperature has increased due to compression by the compressor. The supercharged engine of the present embodiment is also a port injection type engine that injects fuel into the intake port of each cylinder.

本実施の形態の制御装置は、過給エンジンを制御するECU(Electronic Control Unit)の機能の一部として実現される。ECUには、流量センサであるエアフローメータやスロットル開度センサ等の各種のセンサから、エンジンの運転状態や運転条件に関する様々な情報や信号が入力される。ECUは、それら情報や信号に基づいてスロットルやウエストゲートバルブ等の各種のアクチュエータを操作する。なお、過給エンンジンには過給圧センサが取り付けられている場合があるが、次に説明する筒内吸入空気量の予測では過給圧センサの信号は用いられない。   The control device of the present embodiment is realized as part of the function of an ECU (Electronic Control Unit) that controls the supercharged engine. Various information and signals regarding the operating state and operating conditions of the engine are input to the ECU from various sensors such as an air flow meter and a throttle opening sensor that are flow sensors. The ECU operates various actuators such as a throttle and a waste gate valve based on the information and signals. A supercharging pressure sensor may be attached to the supercharging engine, but the signal from the supercharging pressure sensor is not used in the prediction of the in-cylinder intake air amount described below.

制御装置としてのECUは、筒内吸入空気量を予測する機能を有している。ポート噴射型エンジンの場合、吸気弁が閉弁して筒内吸入空気量が確定するよりも前に必要な燃料噴射量を計算し、燃料噴射を開始しなければならない。このため、燃料噴射量を計算する時点において、将来確定する筒内吸入空気量を予測することが必要とされる。ECUによる筒内吸入空気量の予測には、プログラムされている筒内吸入空気量予測モデルが用いられる。筒内吸入空気量予測モデルは、過給エンジンにおける空気の挙動を物理的にモデル化したものであって、その概要は図1のブロック図によって表される。   The ECU as the control device has a function of predicting the in-cylinder intake air amount. In the case of a port injection type engine, it is necessary to calculate the required fuel injection amount and start fuel injection before the intake valve is closed and the in-cylinder intake air amount is determined. For this reason, at the time of calculating the fuel injection amount, it is necessary to predict the in-cylinder intake air amount determined in the future. A programmed in-cylinder intake air amount prediction model is used for prediction of the in-cylinder intake air amount by the ECU. The in-cylinder intake air amount prediction model is a physical model of air behavior in a supercharged engine, and its outline is represented by the block diagram of FIG.

図1に示すように、本実施の形態で用いられる筒内吸入空気量予測モデルは、符号2,4,6,8で示される4つの計算ブロックから構成されている。以下、図1に示す各計算ブロックの構成と機能について説明する。   As shown in FIG. 1, the in-cylinder intake air amount prediction model used in the present embodiment is composed of four calculation blocks indicated by reference numerals 2, 4, 6, and 8. The configuration and function of each calculation block shown in FIG. 1 will be described below.

計算ブロック2は、スロットル開度の予測値から将来の時点におけるコンプレッサ流量の予測値を計算するための計算ブロックである。スロットル開度の予測値は、ECUにより別途実施されるスロットルディレイ制御において、アクセル操作量に基づき決定された目標スロットル開度から先読みされる。本実施の形態では、現時点よりも所定制御周期分だけ将来の時点におけるスロットル開度が目標スロットル開度から予測されているものとする。   The calculation block 2 is a calculation block for calculating a predicted value of the compressor flow rate at a future time point from a predicted value of the throttle opening. The predicted value of the throttle opening is prefetched from the target throttle opening determined based on the accelerator operation amount in throttle delay control separately performed by the ECU. In the present embodiment, it is assumed that the throttle opening at a future time is predicted from the target throttle opening by a predetermined control period from the current time.

計算ブロック2は1つの物理モデルであり、複数の要素モデル、すなわち、ターボ回転数モデルM1、コンプレッサモデルM2、インタークーラモデルM3、スロットルモデルM4、吸気管モデルM5、及び吸気弁モデルM6によって構成されている。以下、計算ブロック2が備えるこれら要素モデルの内容について説明する。ただし、これらの要素モデルはそれぞれに公知であり、また、それ自体は本発明における特徴点ではないことから、数式やマップ等の各要素モデルの詳細については記載を省略する。   The calculation block 2 is one physical model, and includes a plurality of element models, that is, a turbo rotational speed model M1, a compressor model M2, an intercooler model M3, a throttle model M4, an intake pipe model M5, and an intake valve model M6. ing. Hereinafter, the contents of these element models included in the calculation block 2 will be described. However, these element models are publicly known, and since they are not characteristic points in the present invention, description of the details of each element model such as mathematical formulas and maps is omitted.

ターボ回転数モデルM1は、ターボ過給機の回転挙動のモデルであって、吸気弁流量とウエストゲートバルブ開度とターボ回転数との間に成り立つ関係がモデル化されている。ターボ回転数モデルM1は、数式或いは実験データに基づくマップによって構成されている。ターボ回転数モデルM1では、ウエストゲートバルブの操作量から推定されたウエストゲートバルブ開度“wgv”と、後述する吸気弁モデルM6で算出された吸気弁流量“mc”とが入力され、それらの入力情報からターボ回転数“Ntb”が算出される。   The turbo speed model M1 is a model of the rotational behavior of the turbocharger, and the relationship that is established among the intake valve flow rate, the wastegate valve opening degree, and the turbo speed is modeled. The turbo rotational speed model M1 is configured by a map based on mathematical formulas or experimental data. In the turbo rotation speed model M1, a waste gate valve opening “wgv” estimated from an operation amount of the waste gate valve and an intake valve flow rate “mc” calculated by an intake valve model M6 described later are input. The turbo rotation speed “Ntb” is calculated from the input information.

コンプレッサモデルM2は、ターボ過給機のコンプレッサのモデルであって、ターボ回転数と過給圧とコンプレッサ流量との間に成り立つ関係がモデル化されている。コンプレッサモデルM2は、数式或いは実験データに基づくマップによって構成されている。コンプレッサモデルM2では、ターボ回転数モデルM1で算出されたターボ回転数“Ntb”と、後述するインタークーラモデルM3で算出された過給圧“Pic(epicvlv)”等の情報が入力され、それらの入力情報からコンプレッサ流量“mcp”が算出される。なお、過給圧を示す符号である“Pic”に付された“epicvlv”は、他の計算ブロック内で計算される過給圧と区別するための符号である。図中及び本明細書内では、過給圧以外の他のパラメータに関しても、必要に応じてそのような区別用の符号を付したり、或いは、そのような区別用の符号のみでパラメータの内容を表したりしている。   The compressor model M2 is a model of a turbocharger compressor, and a relationship that is established among the turbo rotation speed, the supercharging pressure, and the compressor flow rate is modeled. The compressor model M2 is configured by a map based on mathematical formulas or experimental data. In the compressor model M2, information such as a turbo speed “Ntb” calculated by the turbo speed model M1 and a supercharging pressure “Pic (epicvlv)” calculated by an intercooler model M3 described later is input. The compressor flow rate “mcp” is calculated from the input information. Note that “epicvlv” added to “Pic”, which is a code indicating the supercharging pressure, is a code for distinguishing from the supercharging pressure calculated in other calculation blocks. In the figure and in this specification, parameters other than the supercharging pressure are also given such distinguishing symbols as necessary, or the contents of the parameters only by such distinguishing symbols. It represents.

インタークーラモデルM3は、吸気通路におけるインタークーラ内の空気に関する保存則に基づいて構築された物理モデルである。インタークーラモデルM3としては、具体的にはエネルギー保存則の式と流量保存則の式とが用いられている。インタークーラモデルM3では、コンプレッサモデルM2で算出されたコンプレッサ流量“mcp”と後述するスロットルモデルM4で算出されたスロットル流量“mt”等の情報が入力され、それらの入力情報からスロットル上流圧力としての過給圧“Pic”が算出される。なお、過給エンジンでは、コンプレッサからスロットルに至る経路の途中にエアバイパスバルブが接続されている。エアバイパスバルブが開いているときには、エアバイパスバルブ流量分の空気がインタークーラから抜き出される。その場合は、インタークーラへの入力をコンプレッサ流量mcpからエアバイパスバルブ流量を差し引いた値に置き換えればよい。 The intercooler model M3 is a physical model constructed based on a conservation law regarding air in the intercooler in the intake passage. As the intercooler model M3, specifically, an energy conservation law formula and a flow rate conservation law formula are used. In the intercooler model M3, information such as a compressor flow rate “mcp” calculated by the compressor model M2 and a throttle flow rate “mt” calculated by a throttle model M4 to be described later is input. The supercharging pressure “Pic” is calculated. In the supercharged engine, an air bypass valve is connected in the middle of the path from the compressor to the throttle. When the air bypass valve is open, air for the air bypass valve flow rate is extracted from the intercooler. In that case, the input to the intercooler may be replaced with a value obtained by subtracting the air bypass valve flow rate from the compressor flow rate m cp .

スロットルモデルM4は、スロットルを通過する空気の流量を算出するためのモデルであって、具体的には、スロットルの前後の差圧、スロットル開度により決まる流路面積、及び流量係数を基本とするオリフィスの流量式が用いられている。スロットルモデルM4では、スロットルディレイ制御によって先読みされたスロットル開度予測値“eta0”、インタークーラモデルM3で算出された過給圧“Pic”、及び後述する吸気管モデルM5で算出された吸気管圧“Pm(epmvlv)”等の情報が入力され、それらの入力情報からスロットル流量“mt”が算出される。   The throttle model M4 is a model for calculating the flow rate of air passing through the throttle. Specifically, the throttle model M4 is based on a differential pressure before and after the throttle, a flow passage area determined by the throttle opening, and a flow coefficient. The orifice flow rate formula is used. In the throttle model M4, the throttle opening prediction value “eta0” prefetched by the throttle delay control, the supercharging pressure “Pic” calculated by the intercooler model M3, and the intake pipe pressure calculated by the intake pipe model M5 described later. Information such as “Pm (epmvlv)” is input, and the throttle flow rate “mt” is calculated from the input information.

吸気管モデルM5は、吸気管内の空気に関する保存則に基づいて構築された物理モデルである。吸気管モデルM5としては、具体的にはエネルギー保存則の式と流量保存則の式とが用いられている。吸気管モデルM5では、スロットルモデルM4で算出されたスロットル流量“mt”、及び後述する吸気弁モデルM6で算出された吸気弁流量“mc”等の情報が入力され、それらの入力情報から吸気管圧“Pm”が算出される。なお、過給エンジンでは、スロットルから吸気弁に至る経路の途中にEGRバルブが接続されている。EGRバルブが開いているときには、EGR流量分のEGRガスが吸気管へ導入される。その場合は、吸気管への入力をスロットル流量mtにEGR流量を加算した値に置き換えればよい。 The intake pipe model M5 is a physical model constructed based on a conservation law relating to air in the intake pipe. As the intake pipe model M5, specifically, an energy conservation law equation and a flow rate conservation law equation are used. In the intake pipe model M5, information such as a throttle flow rate “mt” calculated by the throttle model M4 and an intake valve flow rate “mc” calculated by an intake valve model M6, which will be described later, is input. The pressure “Pm” is calculated. In the supercharged engine, an EGR valve is connected on the way from the throttle to the intake valve. When the EGR valve is open, EGR gas corresponding to the EGR flow rate is introduced into the intake pipe. In that case, may be replaced with a value entered was added to the EGR flow to the throttle flow rate m t of the intake pipe.

吸気弁モデルM6は、吸気弁流量と吸気管圧との関係について調べた実験ベースのモデルである。実験で得られた経験則により、吸気弁モデルM6においては吸入空気量と吸気管圧との関係が直線で近似されている。その直線の方程式の係数は定数ではなく、エンジン回転数、ウエストゲートバルブ開度、吸気弁のバルブタイミング、排気弁のバルブタイミング等によって決まる変数である。吸気弁モデルM6では、吸気管モデルM5で算出された吸気管圧“Pm”の他、エンジン回転数“NE”、ウエストゲートバルブ開度“wgv”、吸気弁のバルブタイミング“InVT”、排気弁のバルブタイミング“ExVT”等の情報が入力され、それらの入力情報から吸気弁流量“mc(eklvlv)”が算出される。   The intake valve model M6 is an experiment-based model that examines the relationship between the intake valve flow rate and the intake pipe pressure. Based on empirical rules obtained through experiments, in the intake valve model M6, the relationship between the intake air amount and the intake pipe pressure is approximated by a straight line. The coefficient of the linear equation is not a constant, but is a variable determined by the engine speed, the wastegate valve opening, the intake valve timing, the exhaust valve timing, and the like. In the intake valve model M6, in addition to the intake pipe pressure “Pm” calculated in the intake pipe model M5, the engine speed “NE”, the wastegate valve opening “wgv”, the valve timing of the intake valve “InVT”, the exhaust valve The valve timing “ExVT” and other information are input, and the intake valve flow rate “mc (eklvlv)” is calculated from the input information.

ECUは、計算ブロック2で計算される各種パラメータのうち、コンプレッサモデルM2で算出されたコンプレッサ流量“mcpvlv”を取り出す。このコンプレッサ流量“mcpvlv”は、スロットル開度の予測値“eta0”から計算されたものであり、所定制御周期分だけ将来の時点におけるコンプレッサ流量の予測値である。ECUは、取り出したコンプレッサ流量予測値“mcpvlv”を後述する計算ブロック6に入力する。   The ECU extracts the compressor flow rate “mcpvlv” calculated by the compressor model M2 from the various parameters calculated by the calculation block 2. The compressor flow rate “mcpvlv” is calculated from the predicted value “eta0” of the throttle opening, and is a predicted value of the compressor flow rate at a future time by a predetermined control period. The ECU inputs the extracted compressor flow rate prediction value “mcpvlv” to the calculation block 6 described later.

計算ブロック4は、スロットル開度センサによるスロットル開度の計測値から現時点におけるコンプレッサ流量の推定値を計算するための計算ブロックである。計算ブロック4は、前述の計算ブロック2と同構成の物理モデルであって、ターボ回転数モデルM1、コンプレッサモデルM2、インタークーラモデルM3、スロットルモデルM4、吸気管モデルM5、及び吸気弁モデルM6によって構成されている。これらの要素モデルM1,M2,M3,M4,M5,M6間における情報の入出力は、計算ブロック2におけるそれと共通している。ただし、計算ブロック4では、スロットル開度センサによるスロットル開度の計測値“TA”がスロットルモデルM4に入力される。   The calculation block 4 is a calculation block for calculating the estimated value of the compressor flow rate at the present time from the measured value of the throttle opening by the throttle opening sensor. The calculation block 4 is a physical model having the same configuration as the calculation block 2 described above, and includes a turbo rotation speed model M1, a compressor model M2, an intercooler model M3, a throttle model M4, an intake pipe model M5, and an intake valve model M6. It is configured. The input / output of information between these element models M1, M2, M3, M4, M5, and M6 is the same as that in the calculation block 2. However, in the calculation block 4, the measured value “TA” of the throttle opening by the throttle opening sensor is input to the throttle model M4.

ECUは、計算ブロック4で計算される各種パラメータのうち、コンプレッサモデルM2で算出されたコンプレッサ流量“mcpcrt”を取り出す。コンプレッサ流量“mcpcrt”は現時点におけるコンプレッサ流量の推定値である。ECUは、取り出したコンプレッサ流量推定値“mcpcrt”をエアフローメータモデルM7に入力する。エアフローメータは固有の応答特性に基づく応答遅れを有している。エアフローメータモデルM7は、エアフローメータの応答特性をシミュレートしたモデルであり、入力されたコンプレッサ流量推定値“mcpcrt”に対してエアフローメータの応答遅れ分のディレイ処理を施す。ECUは、エアフローメータモデルM7でディレイ処理されたコンプレッサ流量推定値“mcpcrtsm”を計算ブロック6に入力する。   The ECU extracts the compressor flow rate “mcpcrt” calculated by the compressor model M2 from the various parameters calculated by the calculation block 4. The compressor flow rate “mcpcrt” is an estimated value of the compressor flow rate at the present time. The ECU inputs the extracted compressor flow rate estimated value “mcpcrt” to the air flow meter model M7. The air flow meter has a response delay based on an inherent response characteristic. The air flow meter model M7 is a model that simulates the response characteristics of the air flow meter, and performs delay processing corresponding to the response delay of the air flow meter on the input compressor flow rate estimation value “mcpcrt”. The ECU inputs the compressor flow rate estimated value “mcpcrtsm” delayed by the air flow meter model M 7 to the calculation block 6.

計算ブロック6には、計算ブロック2で計算されたコンプレッサ流量予測値“mcpvlv”とディレイ処理後のコンプレッサ流量推定値“mcpcrtsm”とに加え、エアフローメータによる吸気流量の計測値“egaafm”が入力される。ディレイ処理後のコンプレッサ流量“mcpcrtsm”は、理論的にはエアフローメータによる吸気流量の計測値“egaafm”に一致するはずである。しかし、実際には、ディレイ処理後のコンプレッサ流量“mcpcrtsm”と吸気流量計測値“egaafm”との間には、計算ブロック4で用いられている物理モデルのモデル化誤差に起因する流量誤差が存在する。そこで、ECUは、計算ブロック6において吸気流量計測値“egaafm”とコンプレッサ流量推定値“mcpcrtsm”との差分を計算する。そして、上記の差分を補正量としてコンプレッサ流量予測値“mcpvlv”に加算することにより、コンプレッサ流量予測値“mcpvlv”に含まれる物理モデルのモデル化誤差の影響を補償する。補正後のコンプレッサ流量予測値“mcpfwd”は、次の式(1)によって表される。

Figure 2013155614
In addition to the predicted compressor flow rate “mcpvlv” calculated in the calculation block 2 and the estimated compressor flow rate value “mcpcrtsm” after delay processing, the calculation block 6 receives the measured value “egaafm” of the intake flow rate by the air flow meter. The The compressor flow rate “mcpcrtsm” after the delay processing should theoretically match the measured value “egaafm” of the intake flow rate by the air flow meter. However, in reality, there is a flow rate error due to the modeling error of the physical model used in the calculation block 4 between the compressor flow rate “mcpcrtsm” after the delay process and the intake flow rate measurement value “egaafm”. To do. Therefore, the ECU calculates a difference between the measured intake flow rate “egaafm” and the estimated compressor flow rate “mcpcrtsm” in the calculation block 6. Then, by adding the above difference as a correction amount to the predicted compressor flow rate “mcpvlv”, the influence of the modeling error of the physical model included in the predicted compressor flow rate “mcpvlv” is compensated. The corrected compressor flow rate predicted value “mcpfwd” is expressed by the following equation (1).
Figure 2013155614

定常運転時にはスロットル開度の計測値“TA”と予測値“eta0”とが等しくなることから、同じ構成のモデルを用いて計算されるコンプレッサ流量予測値“mcpvlv”とコンプレッサ流量推定値“mcpcrt”とは一致する。さらに、定常運転時にはエアフローメータの応答遅れの影響も無くなることから、コンプレッサ流量予測値“mcpvlv”とディレイ処理後のコンプレッサ流量推定値“mcpcrtsm”も一致するようになる。結果、式(1)から分かるように、定常運転時には、補正後のコンプレッサ流量予測値“mcpfwd”とエアフローメータによる吸気流量計測値“egaafm”とを一致させることができる。これにより、過渡運転時においてもコンプレッサ流量予測値が実際の値から大きく乖離することを防ぐことができ、筒内吸入空気量予測のモデル化誤差に対するロバスト性が高められる。   Since the measured value “TA” of the throttle opening and the predicted value “eta0” are equal during steady operation, the predicted compressor flow rate “mcpvlv” and the estimated compressor flow rate “mcpcrt” calculated using the same configuration model Matches. Further, since the influence of the response delay of the air flow meter is eliminated during steady operation, the compressor flow rate predicted value “mcpvlv” matches the compressor flow rate estimated value “mcpcrtsm” after the delay process. As a result, as can be seen from the equation (1), the corrected compressor flow rate predicted value “mcpfwd” after correction and the intake flow rate measured value “egaafm” by the air flow meter can be matched during steady operation. As a result, it is possible to prevent the predicted compressor flow rate from greatly deviating from the actual value even during transient operation, and the robustness against modeling errors in the in-cylinder intake air amount prediction can be improved.

ECUは、計算ブロック6で計算された補正後のコンプレッサ流量予測値“mcpfwd”を計算ブロック8に入力する。計算ブロック8は、補正後のコンプレッサ流量予測値とスロットル開度の予測値とから吸気弁流量を計算するための計算ブロックである。計算ブロック6は、計算ブロック2の物理モデルの一部を構成するサブモデルであって、インタークーラモデルM3、スロットルモデルM4、吸気管モデルM5、及び吸気弁モデルM6によって構成されている。これらの要素モデルM3,M4,M5,M6間における情報の入出力は、計算ブロック2におけるそれと共通している。ただし、計算ブロック8では、補正後のコンプレッサ流量予測値“mcpfwd”がインタークーラモデルM3に入力され、コンプレッサ流量予測値“mcpfwd”から計算された過給圧予測値“epicfwd”とスロットル開度予測値“eta0”とがスロットルモデルM4に入力される。計算ブロック8では、過給圧予測値“epicfwd”とスロットル開度予測値“eta0”とに基づいて吸気弁流量“eklfwd”が算出される。この吸気弁流量“eklfwd”は、所定制御周期分だけ将来の時点における吸気弁流量の予測値である。ECUは、燃料噴射量の計算タイミングが到来したとき、吸気弁流量予測値“eklfwd”に基づいて吸気弁の閉弁時点において予測される筒内吸入空気量を算出する。そして、筒内吸入空気量の予測値と目標空燃比とを用いて必要な燃料噴射量を計算する。   The ECU inputs the corrected compressor flow rate predicted value “mcpfwd” calculated in the calculation block 6 to the calculation block 8. The calculation block 8 is a calculation block for calculating the intake valve flow rate from the corrected compressor flow rate predicted value and the predicted throttle opening value. The calculation block 6 is a sub model that constitutes a part of the physical model of the calculation block 2, and includes an intercooler model M3, a throttle model M4, an intake pipe model M5, and an intake valve model M6. Input / output of information between these element models M3, M4, M5 and M6 is the same as that in the calculation block 2. However, in the calculation block 8, the corrected compressor flow rate predicted value “mcpfwd” is input to the intercooler model M 3, and the boost pressure predicted value “epicfwd” calculated from the compressor flow rate predicted value “mcpfwd” and the throttle opening prediction are calculated. The value “eta0” is input to the throttle model M4. In the calculation block 8, the intake valve flow rate “eklfwd” is calculated based on the predicted boost pressure value “epicfwd” and the predicted throttle opening value “eta0”. The intake valve flow rate “eklfwd” is a predicted value of the intake valve flow rate at a future time point for a predetermined control period. When the calculation timing of the fuel injection amount arrives, the ECU calculates the in-cylinder intake air amount that is predicted when the intake valve is closed based on the intake valve flow rate predicted value “eklfwd”. Then, the required fuel injection amount is calculated using the predicted value of the cylinder intake air amount and the target air-fuel ratio.

その他.
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上述の実施の形態で用いている要素モデルは、そのうちのいくつかを統合して1つのモデルとしてもよい。また、本発明はポート噴射型エンジンだけでなく、ポート噴射と筒内直接噴射の両方を併用可能なエンジンにも適用可能である。また、ターボ過給機のみならず機械式過給機を備えた過給エンジンにも本発明を適用可能である。
Others.
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the element models used in the above-described embodiments may be integrated into a single model. Further, the present invention is applicable not only to a port injection type engine but also to an engine capable of using both port injection and in-cylinder direct injection. Further, the present invention can be applied not only to a turbocharger but also to a supercharged engine equipped with a mechanical supercharger.

2,4,6,8 計算ブロック
M1 ターボ回転数モデル
M2 コンプレッサモデル
M3 インタークーラモデル
M4 スロットルモデル
M5 吸気マニホールドモデル
M6 吸気弁モデル
M7 エアフローメータモデル
2, 4, 6, 8 Calculation block M1 Turbo speed model M2 Compressor model M3 Intercooler model M4 Throttle model M5 Intake manifold model M6 Intake valve model M7 Air flow meter model

Claims (1)

過給エンジンの筒内吸入空気量を予測し、その予測値に基づいて前記過給エンジンを制御する制御装置において、
現時点よりも所定時間先の時点におけるスロットル開度の予測値を取得する手段と、
前記過給エンジンの物理モデルを用いて、スロットル開度の前記予測値からコンプレッサ流量の予測値を計算する手段と、
流量センサによる吸気流量の計測値を取得する手段と、
スロットル開度センサによるスロットル開度の計測値を取得する手段と、
前記物理モデルを用いて、スロットル開度の前記計測値からコンプレッサ流量の推定値を計算する手段と、
前記流量センサの応答モデルを用いてコンプレッサ流量の前記推定値をディレイ処理する手段と、
吸気流量の前記計測値とコンプレッサ流量の前記ディレイ処理された推定値との差分を計算し、当該差分を補正量としてコンプレッサ流量の前記予測値を補正する手段と、
コンプレッサ流の前記補正された予測値から過給圧の予測値を計算し、過給圧の前記予測値とスロットル開度の前記予測値とに基づいて筒内吸入空気量の前記予測値を計算する手段と、
を備えることを特徴とする過給エンジンの制御装置。
In the control device for predicting the cylinder intake air amount of the supercharged engine and controlling the supercharged engine based on the predicted value,
Means for obtaining a predicted value of the throttle opening at a predetermined time ahead of the current time;
Means for calculating a predicted value of the compressor flow rate from the predicted value of the throttle opening using a physical model of the supercharged engine;
Means for obtaining a measured value of the intake flow rate by the flow sensor;
Means for obtaining a measured value of the throttle opening by the throttle opening sensor;
Means for calculating an estimated value of the compressor flow rate from the measured value of the throttle opening using the physical model;
Means for delaying the estimated value of the compressor flow rate using a response model of the flow sensor;
Means for calculating a difference between the measured value of the intake flow rate and the delay-processed estimated value of the compressor flow rate, and correcting the predicted value of the compressor flow rate using the difference as a correction amount;
The predicted value of the boost pressure is calculated from the corrected predicted value of the compressor flow, and the predicted value of the cylinder intake air amount is calculated based on the predicted value of the boost pressure and the predicted value of the throttle opening. Means to
A supercharged engine control device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017025892A (en) * 2015-07-28 2017-02-02 トヨタ自動車株式会社 Control device of internal combustion engine

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