JP4244850B2 - Blowing gas passage opening area estimation device - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の吸気弁開期間と排気弁開期間とのオーバーラップ期間中の吹抜ガス量を推定するため、該吹抜ガスの通路開口面積を高精度に算出するための技術に関する。 The present invention relates to a technique for calculating a passage opening area of a blown gas with high accuracy in order to estimate a blown gas amount during an overlap period between an intake valve open period and an exhaust valve open period of an internal combustion engine.
従来、内燃機関の内部EGR量(残留ガス量)を推定する装置として、シリンダ容積から行程容積を差し引いた容積に残留するガス量に、吸気弁開期間と排気弁開期間とのオーバーラップ期間中の吹抜ガス量を加算して推定するようにしたものがある(特許文献1)。
上記吹抜ガス量は、オーバーラップ期間中の吸気圧と排気圧との圧力比と、吸気弁開度と排気弁開度とで定まる吹抜ガスの通路開口面積とにより推定される。
しかしながら、上記吹抜ガスの通路開口面積は、動弁系の摩耗やデポジットなどにより経時変化するため、高精度な推定を維持することが難しいという問題があった。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、吹抜ガスの通路開口面積を、経時変化を学習することにより常時良好に推定でき、ひいては吹抜ガス量さらに内部EGR量を高精度に推定できるようにすることを目的とする。
The amount of blown gas is estimated from the pressure ratio between the intake pressure and the exhaust pressure during the overlap period, and the passage opening area of the blown gas determined by the intake valve opening and the exhaust valve opening.
However, since the passage opening area of the blown gas changes with time due to wear or deposit of the valve system, there is a problem that it is difficult to maintain highly accurate estimation.
The present invention has been made paying attention to such a conventional problem, and the passage opening area of the blown-out gas can be estimated satisfactorily by learning the change over time. As a result, the blown-out gas amount and the internal EGR amount can be increased. The purpose is to enable estimation with accuracy.
本発明は、内燃機関の吸気弁開期間と排気弁開期間とのオーバーラップ期間中に、吸気弁と排気弁の弁作動特性値に基づいて、排気側と吸気側との間で吹き抜ける吹抜ガスの通路開口面積を推定する装置であって、前記吹抜ガスの量を、吸気通路に介装されるスロットル弁が略全開状態でかつ機関回転速度が所定以下の低速域であることを条件として吸入空気流量検出値に基づいて推定する第1の方式と、前記オーバーラップ期間中の吸気圧と排気圧と弁作動特性に基づいて決まる吹抜ガスの通路開口面積とに基づいて推定する第2の方式とで推定し、これら2方式で推定された吹抜ガス量間の偏差に基づいて算出した通路開口面積の面積換算値を学習値として、前記吹抜ガスの通路開口面積を学習することを特徴とする。 The present invention relates to a blowout gas blown between an exhaust side and an intake side based on valve operating characteristic values of an intake valve and an exhaust valve during an overlap period of an intake valve opening period and an exhaust valve opening period of an internal combustion engine. The amount of the blown-out gas is inhaled on the condition that the throttle valve interposed in the intake passage is substantially fully open and the engine speed is in a low speed range below a predetermined value. A first method for estimation based on the detected air flow rate and a second method for estimation based on the passage opening area of the blown gas determined based on the intake pressure, the exhaust pressure, and the valve operating characteristics during the overlap period The passage opening area of the blown gas is learned by using the area converted value of the passage opening area calculated based on the deviation between the blown gas amounts estimated by these two methods as a learning value. .
本発明によれば、動弁系の摩耗やデポジットによって吹抜ガス通路開口面積が変化すると第1の方式で吹抜ガスの通路開口面積変化に応じた吹抜ガス量変化を検出可能なパラメータを用いて推定された吹抜ガス量と、前記以外のパラメータを用いて推定された吹抜ガス量との間に吹抜ガスの通路開口面積変化に応じた偏差を生じる。そこで、前記偏差に基づいて吹抜ガス通路開口面積を学習することができ、該学習により該開口面積を常時高精度に推定することができる。 According to the present invention, when the blow-off gas passage opening area changes due to wear or deposit of the valve system, the first method is used to estimate the change in the blow-off gas amount corresponding to the change in the blow-off gas passage opening area. A deviation corresponding to a change in the area of the passage opening of the blown gas is generated between the blown gas amount and the blown gas amount estimated using parameters other than those described above. Therefore, it is possible to learn the blowout gas passage opening area based on the deviation, and it is possible to always estimate the opening area with high accuracy by the learning.
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るエンジン(内燃機関)1の構成を示している。
吸気通路11の導入部には、エアクリーナ12が取り付けられており、エアクリーナ12により吸入空気中の粉塵等が除去される。吸気通路11において、エアクリーナ12の下流には、電子制御式のスロットル弁13が設置されている。スロットル弁13の下流には、サージタンク14が取り付けられており、サージタンク14にブランチ15が取り付けられ、吸気マニホールドが構成されている。サージタンク14内の吸入空気は、ブランチ15及びシリンダヘッドに形成された吸気ポート16を介して筒内に流入する。各気筒の吸気ポート16には、燃料供給用のインジェクタ17が設置されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration of an engine (internal combustion engine) 1 according to an embodiment of the present invention.
An
エンジン本体において、燃焼室18は、シリンダヘッド及びピストン19により挟まれた空間として形成される。燃焼室18は、気筒中心軸を基準とした一側で吸気ポート16と接続しており、吸気ポート16は、吸気弁20により開放及び遮断される。吸気弁20は、吸気カム21により駆動される。また、燃焼室18は、吸気ポート16とは反対の一側で排気ポート22と接続しており、排気ポート22は、排気弁23により開放及び遮断される。排気弁23は、排気カム24により駆動される。吸気カム21に対して吸気側可変動弁装置25が、排気カム24に対して排気側可変動弁装置26が設けられており、これらの可変動弁装置25,26により吸気カム21又は排気カム24のクランクシャフトに対する位相を変化させることで、吸気弁20又は排気弁23の作動特性を変化させ得るように構成されている。可変動弁装置25,26は、油圧型及びソレノイド型等のいかなる形態のものを採用してもよいが、本実施形態では、吸気弁20又は排気弁23の開閉時期(すなわち、バルブタイミング)を変化させることで、吸気弁開期間と排気弁開期間とのオーバーラップ期間(以下、単に「オーバーラップ期間」という。)を変化させ得るものを採用している。シリンダヘッドには、燃焼室18の上部略中央に臨ませて点火プラグ27が設置されている。
In the engine body, the
排気通路28には、排気マニホールドの直後に第1の触媒コンバータ29が介装されるとともに、その下流に第2の触媒コンバータ30が介装されている。排気ポート22に流出した排気は、これらの触媒コンバータ29,30及びマフラー31を通過して、大気中に放出される。
インジェクタ17、点火プラグ27及び各可変動弁装置25,26の動作は、エンジンコントロールユニットとしての電子制御ユニット(以下「ECU」という。)41により制御される。ECU41には、エアフローメータ51からの吸入空気量検出信号、圧力センサ52からの吸気圧力検出信号、温度センサ53からの冷却水温度検出信号、クランク角センサ54からのクランク角検出信号(ECU41は、これをもとに、エンジン回転速度NEを算出する。)、圧力センサ55からの排気圧力検出信号、温度センサ56からの排気温度検出信号、酸素センサ57からの空燃比検出信号、アクセルセンサ58からのアクセルペダル操作量検出信号、スロットルセンサ59からのスロットル弁開度検出信号、及びカム角センサ60,61からのカム角検出信号(これをもとに、カムシャフトとクランクシャフトとの位相差を検出可能である。)が入力される。本実施形態では、エアフローメータ51として、逆流時の流量を検出することのできるホットワイヤ型又は半導体型のエアフローメータを採用する。ECU41は、入力した各信号をもとに、上記の各デバイスの制御量を設定する。
A first
The operations of the injector 17, the spark plug 27 and the
本実施形態では、ECU41がエンジン1における吹抜ガス通路開口面積推定装置としての機能を備えている。該ECU41による吹抜ガス通路開口面積の推定について説明する。
図2は、クランク角CAと、弁作動特性値CAMPF及び弁リフト量VLIFTとの関係を示している。弁作動特性値CAMPFは、カムプロフィールそのものが与える弁の変位であり、弁リフト量VLIFTは、弁作動特定値CAMPFからバルブクリアランスVCLRを減じた実際の弁の変位である。弁作動特性値CAMPF及び弁リフト量VLIFTは、ともに閉弁時を基準(=0)としている。
In the present embodiment, the ECU 41 has a function as a blown gas passage opening area estimation device in the
FIG. 2 shows the relationship between the crank angle CA, the valve operating characteristic value CAMPF, and the valve lift amount VLIFT. The valve operation characteristic value CAMPF is a displacement of the valve given by the cam profile itself, and the valve lift amount VLIFT is an actual valve displacement obtained by subtracting the valve clearance VCLR from the valve operation specific value CAMPF. The valve operating characteristic value CAMPF and the valve lift amount VLIFT are both based on the valve closing time (= 0).
本実施形態では、最大オーバーラップ時におけるオーバーラップ期間を所定のクランク角DCA(ここでは、1°)毎に分割するとともに、ECU41に対し、分割した各区間の吸気弁20及び排気弁23の弁作動特性値CAMPFIn,CAMPFEn(n=1〜N)を記憶させておく。これらの弁作動特性値CAMPFIn,CAMPFEnは、カムに固有のものであり、カムプロフィールを変更した場合は、その都度適合させる。エンジン1の運転時には、記憶されている各弁作動特性値CAMPFIn,CAMPFEnから吸気弁20又は排気弁23に関するバルブクリアランスVCLRIn,VCLREnを減算し、吸気弁20が形成する区間開口面積VAREAI、及び排気弁23が形成する区間開口面積VAREAEを算出する。算出した区間開口面積VAREAI,VAREAEは、区間毎に対応させた配列として記憶させる(図3)。有効開口面積ASUMOLの演算では、記憶されている配列を参照して、吸気側及び排気側区間開口面積VAREAI,VAREAEのうち小さい方をその区間の実質的な区間開口面積VAREAnとして選択し、選択した区間開口面積VAREAnをオーバーラップ期間に亘り積算し、かつ、時間積算値に換算した後、面積学習値を加算して有効開口面積ASUMOLを算出する。
In the present embodiment, the overlap period at the time of the maximum overlap is divided for each predetermined crank angle DCA (here, 1 °), and the
図4は、開口面積配列作成ルーチンのフローチャートである。
S101では、列番号表示値nに1を加算する。列番号表示値nは、このルーチンによる配列の作成が終了するたびに、0に設定される。
S102では、列番号表示値nにより特定される吸気弁20及び排気弁23の弁作動特性値CAMPFIn,CAMPFEnを読み込む。
FIG. 4 is a flowchart of an opening area array creation routine.
In S101, 1 is added to the column number display value n. The column number display value n is set to 0 each time the creation of the array by this routine is completed.
In S102, the valve operating characteristic values CAMPFIn and CAMPFEn of the
S103では、読み込んだ弁作動特性値CAMPFIn,CAMPFEnからそれぞれのバルブクリアランスVCLRIn,VCLREnを減算し、吸気弁20及び排気弁23の弁リフト量VLIFTIn、VLIFTEnを算出する。なお、バルブクリアランスVCLRIn,VCLREnは、冷却水温度Tw及び排気温度Tex等をもとに、推定することができる。
In S103, the valve clearances VCLRIn and VCLREn are subtracted from the read valve operating characteristic values CAMPFIn and CAMPFEn, and the valve lift amounts VLIFTIn and VLIFTEn of the
VLIFTIn=CAMPFIn−VCLRIn ・・・(1)
VLIFTEn=CAMPFEn−VCLREn ・・・(2)
S104では、算出した弁リフト量VLIFTIn,VLIFTEnに対し、流量感度係数Cvに応じた係数KCVI#,KCVE#と、吸気弁20又は排気弁23の弁体投影面積VAREAI0#,VAREAE0#とを乗算し、吸気側及び排気側区間開口面積VAREAI,VAREAEを算出する。なお、流量感度係数Cvは、弁リフト量VLIFTに対して理論的に与えられる流量と実際に与えられる流量との比で表し、吸気弁20と排気弁23とがともに開く低リフト域では、弁リフト量VLIFTにほぼ比例する。係数KCVI#,KCVE#は、流量感度係数Cvが描く近似直線の傾きとして算出し、固定値としてECU41に記憶させる。また、一気筒当たりに設けられる吸気弁20又は排気弁23の数をa,b(例えば、a,b=2)とし、吸気弁20又は排気弁23のシート当接部径をVDI,VDEとする。
VLIFTIn = CAMPFIn−VCLRIn (1)
VLIFTEN = CAMPFEn−VCLREN (2)
In S104, the calculated valve lift amounts VLIFTIn and VLIFTen are multiplied by coefficients KCVI # and KCVE # corresponding to the flow rate sensitivity coefficient Cv and the valve element projection areas VAREAI0 # and VAREAE0 # of the
VAREAI=VLIFTIn×KCVI#×VAREAI0#×a ・・・(3)
VAREAE=VLIFTEn×KCVE#×VAREAE0#×b ・・・(4)
VAREAI0#=π×(VDI/2)2 ・・・(5)
VAREAE0#=π×(VDE/2)2 ・・・(6)
S105では、算出した区間開口面積VAREAI,VAREAEを列番号表示値nと対応させて記憶する。
VAREAI = VLIFTIn × KCVI # × VAREAI0 # × a (3)
VAREAE = VLIFTEN × KCVE # × VAREAE0 # × b (4)
VAREAI0 # = π × (VDI / 2) 2 (5)
VAREAE0 # = π × (VDE / 2) 2 (6)
In S105, the calculated section opening areas VAREAI and VAREAE are stored in association with the column number display value n.
VAREAIn=VAREAI ・・・(7)
VAREAEn=VAREAE ・・・(8)
S106では、列番号表示値nが最終列番号Nに達したか否かを判定する。達したときは、S107へ進み、達していないときは、S101へ戻り、次の列について吸気側及び排気側区間開口面積VAREAI,VAREAEを算出し、記憶する。
VAREAIn = VAREAI (7)
VAREAen = VAREAE (8)
In S106, it is determined whether or not the column number display value n has reached the final column number N. If reached, the process proceeds to S107. If not reached, the process returns to S101, and the intake side and exhaust side section opening areas VAREAI, VAREAE are calculated and stored for the next column.
S107では、列番号表示値nを0に設定する。
図5は、有効開口面積演算ルーチンのフローチャートである。
S201では、吸気カム捻り角ANGI及び排気カム捻り角ANGEを読み込む。
S202では、読み込んだカム捻り角ANGI,ANGEをもとに、最大オーバーラップ時からの吸気弁開時期に対する排気弁閉時期の相対変化量SIFTEVCを算出し、吸気側区間開口面積VAREAIの配列に対し、排気側区間開口面積VAREAEの配列を算出した相対変化量SIFTEVCに応じた列数だけ前進させる(図2参照)。たとえば、最大オーバーラップ時からの吸気弁開時期及び排気弁閉時期の変化量が夫々クランク角で30°及び10°である場合は、相対変化量SIFTEVCが40°であり、配列の作成に当たりオーバーラップ期間を1°毎に分割しているので、排気側区間開口面積VAREAEの配列を40°に応じた列数(=40)だけ前進させる。
In S107, the column number display value n is set to 0.
FIG. 5 is a flowchart of an effective opening area calculation routine.
In S201, the intake cam twist angle ANGI and the exhaust cam twist angle ANGE are read.
In S202, based on the read cam twist angles ANGI and ANGE, a relative change amount SIFTEVC of the exhaust valve closing timing with respect to the intake valve opening timing from the maximum overlap time is calculated, and the intake side section opening area VAREAI is calculated. Then, the arrangement of the exhaust side section opening area VAREAE is advanced by the number of columns corresponding to the calculated relative change amount SIFTEVC (see FIG. 2). For example, when the change amount of the intake valve opening timing and the exhaust valve closing timing from the maximum overlap is 30 ° and 10 ° in the crank angle, the relative change amount SIFTEVC is 40 °, which is excessive when creating the array. Since the lap period is divided every 1 °, the arrangement of the exhaust side section opening area VAREAE is advanced by the number of columns (= 40) corresponding to 40 °.
S203では、列番号表示値nに1を加算する。
S204では、吸気側区間開口面積VAREAIの配列及び前進させた排気側区間開口面積VAREAEの配列から、列番号表示値nに対応する列の区間開口面積VAREAIn,VAREAEnを読み込む。
S205では、読み込んだ吸気側区間開口面積VAREAInが排気側区間開口面積VAREAEnよりも大きいか否かを判定する。VAREAEnよりも大きいときは、S206へ進み、VAREAEn以下であるときは、S207へ進む。
In S203, 1 is added to the column number display value n.
In S204, the section opening areas VAREAIn and VAREAEn of the column corresponding to the column number display value n are read from the arrangement of the intake side section opening area VAREAI and the advanced exhaust side section opening area VAREAE.
In S205, it is determined whether or not the read intake side section opening area VAREAIn is larger than the exhaust side section opening area VAREAEn. When it is larger than VAREAEn, the process proceeds to S206, and when it is equal to or smaller than VAREAEn, the process proceeds to S207.
S206では、排気側区間開口面積VAREAEnをその区間についての実質的な区間開口面積VAREAnとする。
S207では、吸気側区間開口面積VAREAInをその区間についての実質的な区間開口面積VAREAnとする。
S208では、各区間について算出した区間開口面積VAREAnをオーバーラップ期間に亘り積算する。
In S206, the exhaust side section opening area VAREAn is set as a substantial section opening area VAREAn for the section.
In S207, the intake side section opening area VAREAIn is set as a substantial section opening area VAREAn for the section.
In S208, the section opening area VAREAn calculated for each section is integrated over the overlap period.
SIGMA=SIGMA+VAREAn×DCA ・・・(9)
S209では、列番号表示値nが最終列番号Nに達したか否かを判定する。達したときは、S210へ進み、達していないときは、S203へ戻り、次の列について区間開口面積VAREAnを算出し、積算する。
S210では、算出した積算値SIGMAに面積学習値GAを加算したものを有効開口面積ASUMOLとする。面積学習値GAは、後述する本発明に係る吹抜ガス通路開口面積学習演算ルーチンにより算出され更新された値が用いられる。
SIGMA = SIGMA + VAREAn × DCA (9)
In S209, it is determined whether or not the column number display value n has reached the final column number N. When it has reached, the process proceeds to S210, and when it has not reached, the process returns to S203, and the section opening area VAREAn is calculated and integrated for the next column.
In S210, an effective opening area ASUMOL is obtained by adding the area learning value GA to the calculated integrated value SIGMA. As the area learning value GA, a value calculated and updated by a blowout gas passage opening area learning calculation routine according to the present invention described later is used.
ASUMOL=SIGMA+GA ・・・(10)
S211では、列番号表示値n及び積算値SIGMAを0に設定する。
次に、本発明にかかる吹抜ガス通路開口面積学習について説明する。該吹抜ガス通路開口面積の学習は、2通りの方式で第1の吹抜ガス量と第2の吹抜ガス量を演算し、さらに、これら第1の吹抜ガス量と第2の吹抜ガス量の偏差を演算し、該偏差に基づいて面積学習値GAを算出、更新することにより行う。
ASUMOL = SIGMA + GA (10)
In S211, the column number display value n and the integrated value SIGMA are set to zero.
Next, the blown gas passage opening area learning according to the present invention will be described. The learning of the blowout gas passage opening area is performed by calculating the first blowout gas amount and the second blowout gas amount in two ways, and further, the deviation between the first blowout gas amount and the second blowout gas amount. And the area learning value GA is calculated and updated based on the deviation.
第1の吹抜ガス量は、エアフロメータ51による吹抜ガス検出に基づいて行われ、スロットル弁開度TVOが全開に近い所定の開度TVORES#(例えば80°)以上で、かつ、エンジン回転速度NEが所定の回転速度NEQRES#(例えば2000rpm)以下である所定の高負荷低回転領域にあることを条件として実行される。これは、エアフロメータ51はスロットル弁13の上流に配置されているため、スロットル弁13が十分開いていないと、スロットル弁13を通過する吹抜ガス流をエアフロメータ51によって、良好に検出できないこと、及び、低回転域でなければ他の気筒からの圧力波の影響を充分に抑えることができないためである。
The first blown gas amount is determined based on the blown gas detection by the
このように、スロットル弁開度が十分大きく回転速度が所定以下の領域でのみ、エアフロメータ51による吹抜ガス量の検出を良好に行えるので、第1の吹抜ガス量の演算を行う。
図6は、第1の吹抜ガス量演算ルーチンのフローチャートである。
S301では、吸入空気量Qを算出する。本実施形態では、エアフローメータ51の出力を2ms毎にサンプリングしている。吸入空気量Qの演算は、今回のサンプル値QAと前回のサンプル値QAzを平均するとともに、算出した平均値QAAからオフセット分QAOFSTを減算することによる。
As described above, since the
FIG. 6 is a flowchart of a first blown gas amount calculation routine.
In S301, an intake air amount Q is calculated. In the present embodiment, the output of the
QAA=(QA+QAz)/2 ・・・(12)
Q=QAA−QAOFST ・・・(13)
S302では、算出した吸入空気量Qが0よりも小さいか否かを判定する。
吸入空気量Qが0よりも小さいとき、つまり、吹抜ガスを逆流として検出できるときは、S303へ進んで、吸入空気量Q(<0)の絶対値を瞬時吹抜ガス量QRSAFMとする。
QAA = (QA + QAz) / 2 (12)
Q = QAA-QAOFST (13)
In S302, it is determined whether or not the calculated intake air amount Q is smaller than zero.
When the intake air amount Q is smaller than 0, that is, when the blown-out gas can be detected as a backflow, the process proceeds to S303, and the absolute value of the intake air amount Q (<0) is set as the instantaneous blown-out gas amount QRSAFM.
また、吸入空気量Qが0以上であるときは、吹抜ガスを生じていない状態であるので、S304へ進み、瞬時吹抜ガス量QRSAFMを0とする。
S305では、8ms前から今回までの各瞬時吹抜ガス量QRSAFMを積算して、一サイクル、かつ一気筒当たりの吹抜ガス量QRSAFMCYLを算出する(図7)。
QRSAFMCYL=ΣQRSAFM ・・・(14)
S306では、算出した吹抜ガス量QRSAFMCYLに対し、次式による1次の進み補償処理を施す。なお、前回の吹抜ガス量をQRSAFMCYLzとし、時定数をTRES#とする。時定数TRES#は、エンジン本体からエアフローメータ51までの管路長及びサージタンク14の容量等に応じて決定され、本実施形態では、実験的に求めたものを採用する。
Further, when the intake air amount Q is equal to or greater than 0, it is in a state where no blowout gas is generated, so the process proceeds to S304, and the instantaneous blowout gas amount QRSAFM is set to zero.
In S305, the instantaneous blown gas amounts QRSAFM from 8 ms to the current time are integrated to calculate the blown gas amount QRSAFMCYL per cylinder in one cycle (FIG. 7).
QRSAMFCYL = ΣQRSAFM (14)
In S306, a primary advance compensation process is performed on the calculated blown gas amount QRSAFMCYL according to the following equation. The previous blown gas amount is QRSAFMCYLz, and the time constant is TRES #. The time constant TRES # is determined according to the pipe length from the engine main body to the
S307では、補償後の吹抜ガス量QRSAFMCYLを第1の吹抜ガス量MRESOL1とする。
以上のように、第1の吹抜ガス量は、高負荷低回転の限られた領域でのみ推定可能であるが、エアフロメータ51による実測値に基づいて推定されるので、吸気弁20の摩耗やデポジットによる影響が反映された値として推定できる。
In S307, the compensated blown gas amount QRSAFMCYL is set as the first blown gas amount MRESOL1.
As described above, the first blown gas amount can be estimated only in a limited region of high load and low rotation, but is estimated based on the actual measurement value by the
これに対し、第2の吹抜ガス量は、既述のように演算された有効開口面積に基づいて演算されるもので、全運転領域で演算可能であるが、学習を行わない限り吸気弁20の摩耗やデポジットによる影響が反映されない。
図8は、第2の吹抜ガス量演算ルーチンのフローチャートである。
S401では、吸気圧力Pin、排気圧力Pex、排気温度Tex、スロットル弁開度TVO及びエンジン回転速度NE等、各種の運転状態を読み込む。
On the other hand, the second blown-out gas amount is calculated based on the effective opening area calculated as described above, and can be calculated in the entire operation region. However, unless learning is performed, the
FIG. 8 is a flowchart of a second blown gas amount calculation routine.
In S401, various operation states such as the intake pressure Pin, the exhaust pressure Pex, the exhaust temperature Tex, the throttle valve opening TVO, and the engine speed NE are read.
S402では、排気の比熱比κexを算出する。比熱比κexは、目標燃空比TFBYA及び排気温度Texに応じて各比熱比を割り付けたマップを検索して算出する。比熱比κexは、排気温度Texを一定としたときに、理論空燃比相当下で最も小さく、目標燃空比TFBYAがこれよりも小さく又は大きくなるほど、大きな値として算出される。また、目標燃空比TFBYAを一定としたときに、リーン側及びリッチ側の領域の双方において、排気温度Texが高くなるほど、小さな値として算出される。 In S402, the specific heat ratio κex of the exhaust is calculated. The specific heat ratio κex is calculated by searching a map in which each specific heat ratio is assigned according to the target fuel-air ratio TFBYA and the exhaust gas temperature Tex. The specific heat ratio κex is the smallest when the exhaust gas temperature Tex is constant, and is calculated as a larger value as the target fuel-air ratio TFBYA becomes smaller or larger than this. Further, when the target fuel-air ratio TFBYA is constant, the smaller the exhaust temperature Tex is, the smaller the value is calculated in both the lean side and rich side regions.
S403では、前記図4,5のフローチャートにしたがって、有効開口面積ASUMOLを算出する。
S404では、次式により第2の吹抜ガス量MRESOL2を算出する。なお、次式において、吸気圧力Pinと排気圧力Pexは、脈動による圧力波を考慮した値として推定された値を用いる。概要を説明すると、吸気圧力Pinについては、脈動圧の周波数とオーバーラップ期間の中心時期との同調状態が機関回転速度にも影響されることを考慮し、同調次数(吸気管形状に基づく基本周波数と機関回転速度との比で定まる)を用いて脈動圧の位相を求めることとし、また、脈動圧の圧力波が進行波であるため予め進行波でのシミュレーションで求めた基準の圧力波との比較で同調次数の進行波補正を行い、さらに吸気温度変化(音速変化)による基本周波数変化に対する補正を行って、機関回転速度及び負荷毎の脈動圧変動分を求め、該変動分を機関負荷で求まる平滑吸気圧力に加算することにより求める。排気圧力Pexについては、排気温度変化による位相ずれは小さく無視でき、排気弁閉直前のシリンダ内圧力と平滑された排気圧(略大気圧)との比を起振力として脈動を生じるので、この圧力比と機関回転速度で定まる位相とで定まる脈動圧変動分を平滑排気圧に加算することにより求める。
In S403, the effective opening area ASUMOL is calculated according to the flowcharts of FIGS.
In S404, the second blown gas amount MRESOL2 is calculated by the following equation. In the following expression, the intake pressure Pin and the exhaust pressure Pex are values estimated as values considering pressure waves due to pulsation. The outline of the intake pressure Pin will be described in consideration of the fact that the synchronization state between the frequency of the pulsation pressure and the central timing of the overlap period is also affected by the engine speed, and the tuning order (basic frequency based on the intake pipe shape). The phase of the pulsating pressure is determined using the ratio of the engine speed to the engine speed, and since the pressure wave of the pulsating pressure is a traveling wave, the pressure wave with the reference pressure wave obtained in advance by simulation with the traveling wave In the comparison, the traveling wave of the tuning order is corrected, and the fundamental frequency change due to the intake air temperature change (sound speed change) is corrected to determine the engine rotational speed and the pulsation pressure fluctuation for each load. It is obtained by adding to the obtained smooth intake pressure. As for the exhaust pressure Pex, the phase shift due to the exhaust temperature change is small and can be ignored, and the pulsation is generated with the ratio of the pressure in the cylinder just before the exhaust valve is closed and the smoothed exhaust pressure (substantially atmospheric pressure) as the excitation force. The pulsation pressure fluctuation determined by the pressure ratio and the phase determined by the engine speed is added to the smooth exhaust pressure.
図9は、面積学習値演算ルーチンのフローチャートである。
S501では、エンジン回転数NE、スロットル弁開度TVO、冷却水温度Tw及び排気温度Tex等、各種の運転状態を読み込む。
S502では、読み込んだスロットル弁開度TVOが所定の開度TVORES#以上であるか否かを判定する。TVORES#以上であるときは、S503へ進み、TVORES#以下であるときは、このルーチンを終了する。
FIG. 9 is a flowchart of the area learning value calculation routine.
In S501, various operation states such as the engine speed NE, the throttle valve opening TVO, the coolant temperature Tw, and the exhaust temperature Tex are read.
In S502, it is determined whether or not the read throttle valve opening TVO is equal to or greater than a predetermined opening TVORES #. If it is equal to or greater than TVORES #, the process proceeds to S503. If it is equal to or less than TVORES #, this routine is terminated.
S503では、読み込んだエンジン回転数NEが所定の回転数NEQRES#以下であるか否かを判定する。NEQRES#以下であるときは、S504へ進み、NEQRES#よりも大きいときは、このルーチンを終了する。
S504では、吸気弁20の弁体温度Tivの単位時間当たりの変化量DTivを算出するとともに、算出した変化量DTivが所定の変化量DTIV#以下であるか、すなわち、吸気弁20が熱的平衡状態にあるか否かを判定する。DTIV#以下であるときは、S505へ進み、DTIV#よりも大きいときは、このルーチンを終了する。なお、弁体温度Tivは、吸気弁20の頭部温度Tdiと軸部温度Taxとを平均して算出することができる。頭部温度Tdiは、冷却水温度Twに対し、排気温度Texに応じた上昇分を加算したものとして算出し、他方、軸部温度Taxは、軸部中央における温度として、頭部温度Tdiをもとに、軸部の材質等に応じた熱伝導を考慮して算出する。
In S503, it is determined whether or not the read engine speed NE is equal to or lower than a predetermined engine speed NEQRES #. When it is equal to or lower than NEQRES #, the process proceeds to S504, and when it is larger than NEQRES #, this routine is terminated.
In S504, a change amount DTiv per unit time of the valve body temperature Tiv of the
Tiv=(Tdi+Tax)/2 ・・・(18)
S502〜S504の条件が全て成立したとき、つまり、第1の吹抜ガス量MRESOL1及び第2の吹抜ガス量MRESOL2を同時に算出でき、かつ、吸気弁20が熱的平衡状態にあるときは、信頼の高い学習を行える条件が成立しているので、S504以降へ進んで学習を実行する。
Tiv = (Tdi + Tax) / 2 (18)
When all of the conditions of S502 to S504 are satisfied, that is, when the first blown gas amount MRESOL1 and the second blown gas amount MRESOL2 can be calculated at the same time and the
S505では、第1の吹抜ガス量MRESOL1を、前記図6のフローチャートに従って演算する。
S506では、第2の吹抜ガス量MRESOL2を、前記図7のフローチャートに従って演算する。
S507では、第1の吹抜ガス量MRESOL1と第2のMRESOL2の差を吹抜ガス量偏差DMRESOLとして算出する。
In S505, the first blown gas amount MRESOL1 is calculated according to the flowchart of FIG.
In S506, the second blown-out gas amount MRESOL2 is calculated according to the flowchart of FIG.
In S507, the difference between the first blown gas amount MRESOL1 and the second MRESOL2 is calculated as the blown gas amount deviation DMRESOL.
DMRESOL=MRESOL2−MRESOL1 ・・・(19)
S508では、算出した吹抜ガス量偏差DMRESOLをもとに、次式により吹抜ガス量偏差の面積換算値ADSUMOLを算出する。
DMRESOL = MRESOL2-MRESOL1 (19)
In S508, the area converted value ADSUMOL of the blown gas amount deviation is calculated by the following equation based on the calculated blown gas amount deviation DMRESOL.
S509では、算出した面積換算値ADSUMOLに所定の係数KGA#を乗算し、面積学習値GAを算出する。係数KGA#は、吸気弁20の摩耗(弁頭部の削れ)や、デポジット(燃焼生成物)の堆積の速さを考慮して、たとえば、0.01に設定する。
GA=ADSUMOL×KGA# ・・・(21)
S510では、イグニッションキーOFF時に、面積学習値GAの最新の算出値を不揮発性メモリに記憶する。これにより、次回運転時(イグニッションキーのON時)に、前回運転時に記憶されている面積学習値GAが初期値として用いられる。
In S509, the calculated area conversion value ADSUMOL is multiplied by a predetermined coefficient KGA # to calculate an area learning value GA. The coefficient KGA # is set to 0.01, for example, in consideration of the wear of the intake valve 20 (shaving of the valve head) and the speed of deposit (combustion product) deposition.
GA = ADSUMOL × KGA # (21)
In S510, the latest calculated value of the area learning value GA is stored in the nonvolatile memory when the ignition key is OFF. Thereby, the area learning value GA memorize | stored at the time of the last driving | operation is used as an initial value at the time of the next driving | operation (when the ignition key is turned ON).
このようにして面積学習値GAの算出,更新は、特定の運転領域,条件でのみ行われるが、更新された面積学習値GAは、全運転領域で図5のフローチャートにより有効開口面積を演算する際(S210)に、用いられる。
このように、吹抜ガスの通路開口面積(有効開口面積)を学習しながら、全運転領域で、吸気弁の摩耗やデポジットによる影響が考慮された吹抜ガス量を高精度に算出することができる。なお、このようにして算出した吹抜ガス量MRESOLに、別途算出される排気弁閉時期を過ぎても筒内に残る排気の量である残留ガス量MRESCYLとを加算することにより、内部EGR量を算出することができる。
Thus, the area learning value GA is calculated and updated only in a specific operation region and condition, but the updated area learning value GA calculates the effective opening area according to the flowchart of FIG. 5 in all operation regions. At this time (S210).
As described above, while learning the passage opening area (effective opening area) of the blown gas, the blown gas amount in consideration of the influence of the intake valve wear and deposits can be calculated with high accuracy in the entire operation region. The internal EGR amount is obtained by adding the residual gas amount MRESCYL, which is the amount of exhaust gas remaining in the cylinder even after the exhaust valve closing timing calculated separately, to the blowout gas amount MRESOL calculated in this way. Can be calculated.
また、吸気弁の摩耗やデポジットは、気筒間のバラツキが大きいが、既述のように、学習条件(第1の吹抜ガス量演算条件)として他の気筒からの圧力波の影響を充分に抑えることができる低回転域に設定しているので、検出した吹抜ガス流を生じている気筒を予め知ることができるから、気筒毎に面積学習値GAを区別して記憶することにより気筒毎の学習を行え、ひいては、気筒毎に高精度に吹抜ガス量を算出できる。 In addition, although the intake valve wear and deposit vary greatly between cylinders, as described above, the influence of pressure waves from other cylinders is sufficiently suppressed as a learning condition (first blowout gas amount calculation condition). Since it is set in a low rotation range that can be detected, it is possible to know in advance the cylinder that has generated the detected blowout gas flow, so learning for each cylinder is performed by distinguishing and storing the area learning value GA for each cylinder As a result, the blowout gas amount can be calculated with high accuracy for each cylinder.
1…エンジン、11…吸気通路、12…エアクリーナ、13…スロットル弁、14…サージタンク、16…吸気ポート、17…インジェクタ、18…燃焼室、19…ピストン、20…吸気弁、21…吸気カム、22…排気ポート、23…排気弁、24…排気カム、25…吸気側可変動弁装置、26…排気側可変動弁装置、27…点火プラグ、28…排気通路、41…エンジンコントロールユニット、51…エアフローメータ、52…吸気圧力センサ、53…冷却水温度センサ、54…クランク角センサ、55…排気圧力センサ、56…排気温度センサ、57…酸素センサ、58…アクセルセンサ、59…スロットルセンサ、60,61…カム角センサ。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記吹抜ガスの量を、吸気通路に介装されるスロットル弁が略全開状態でかつ機関回転速度が所定以下の低速域であることを条件として吸入空気流量検出値に基づいて推定する第1の方式と、前記オーバーラップ期間中の吸気圧と排気圧と弁作動特性に基づいて決まる吹抜ガスの通路開口面積とに基づいて推定する第2の方式とで推定し、
これら2方式で推定された吹抜ガス量間の偏差に基づいて算出した通路開口面積の面積換算値を学習値として、前記吹抜ガスの通路開口面積を学習することを特徴とする吹抜ガスの通路開口面積推定装置。 The passage opening area of the blown-out gas blown between the exhaust side and the intake side based on the valve operating characteristic values of the intake valve and the exhaust valve during the overlap period between the intake valve open period and the exhaust valve open period of the internal combustion engine A device for estimating
The amount of the blown-out gas is estimated based on the intake air flow rate detection value on the condition that the throttle valve interposed in the intake passage is in a substantially fully open state and the engine rotational speed is in a low speed range below a predetermined value. Estimated by a method and a second method for estimating the passage opening area of the blow-out gas determined based on the intake pressure, the exhaust pressure, and the valve operating characteristic during the overlap period,
The passage opening area of the blown gas is learned by using the area converted value of the passage opening area calculated based on the deviation between the blown gas amounts estimated by these two methods as a learning value. Area estimation device.
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