JP4432593B2 - Intake pressure estimation device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の吸気弁近傍の吸気圧力を推定する技術に関する。   The present invention relates to a technique for estimating an intake pressure in the vicinity of an intake valve of an internal combustion engine.

内燃機関の筒内ガス組成は、新たに吸入される新気と残留ガスからなり、筒内ガス組成を知るには、残留ガス量を推定する必要がある。残留ガスには、筒内の隙間容積に残留するガスの他に、吸気弁開期間と排気弁開期間のオーバーラップ期間中に排気側と吸気側との間で吹き抜ける排気(以下、吹抜ガスとする)とがある。従って、残留ガス量を精度良く推定するには吹抜ガス量を精度良く求める必要がある。吹抜ガス量は、排気側と吸気側の圧力差に依存し、オーバーラップ期間における吸気弁近傍の吸気圧力を精度良く推定する必要がある。   The in-cylinder gas composition of the internal combustion engine is composed of newly sucked fresh air and residual gas. To know the in-cylinder gas composition, it is necessary to estimate the residual gas amount. In addition to the gas remaining in the gap volume in the cylinder, the residual gas includes exhaust that blows between the exhaust side and the intake side during the overlap period of the intake valve open period and the exhaust valve open period (hereinafter referred to as blow-off gas and There is. Therefore, in order to estimate the residual gas amount with high accuracy, it is necessary to obtain the blown gas amount with high accuracy. The blown-out gas amount depends on the pressure difference between the exhaust side and the intake side, and it is necessary to accurately estimate the intake pressure in the vicinity of the intake valve during the overlap period.

ところで、特許文献1には、吸気脈動に共鳴するエンジン回転数(共鳴回転数)を吸気温度によって補正し、該補正量をエアフロメータにより検出される吸入空気流量の誤差補正に適用しており、吸気温度と基準状態での温度の率に応じて補正したエンジン回転数と、スロットル開度とに基づいて、吸入空気流量の誤差補正量を求めている
特開平10−153465号公報
By the way, in Patent Document 1, the engine speed that resonates with intake pulsation (resonance speed) is corrected by the intake air temperature, and the correction amount is applied to the error correction of the intake air flow rate detected by the air flow meter. An error correction amount for the intake air flow rate is obtained based on the engine speed corrected according to the intake air temperature and the temperature ratio in the reference state and the throttle opening.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-153465

しかしながら、上記特許文献1のように、吸気脈動の振幅を代表するパラメータとしてスロットル開度を用いた場合には、内部EGR率が変化して吸気脈動の振幅が変化した場合に対応しておらず、補正するとしても複雑な演算が必要となる。
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、吸気脈動の振幅を代表するパラメータを適切に設定することにより、吸気弁近傍の吸気圧力を高精度に推定することができる内燃機関の吸気圧力推定装置を提供することを目的とする。
However, when the throttle opening is used as a parameter representing the amplitude of the intake pulsation as in Patent Document 1, it does not correspond to the case where the internal EGR rate changes and the amplitude of the intake pulsation changes. Even if it is corrected, complicated calculation is required.
The present invention has been made paying attention to such a conventional problem. By appropriately setting a parameter representing the amplitude of the intake pulsation, the intake pressure in the vicinity of the intake valve can be estimated with high accuracy. An object of the present invention is to provide an intake pressure estimation device for an internal combustion engine.

このため本発明は、吸気弁開直前のシリンダ内圧力を検出または推定する手段と、吸気通路のサージタンクで平滑された吸気圧力を検出または推定する手段と、予め求めた吸気圧と吸気弁開直前のシリンダ内圧との圧力比毎に、脈動する吸気圧力と、この脈動吸気圧力の平滑圧力に対する差分を脈動補正値としてエンジン回転数と関連づけて記憶するマップと、モデル化した吸気管の等価管長と音速とに基づいて算出した基本周波数をエンジン回転数で除して同調次数を算出する手段と、実際の吸気管形状によってえられた所定の同調次数となるときのエンジン回転数と、前記算出される同調次数が前記所定の同調次数と同一となるときのエンジン回転数とから、回転数補正分を算出する手段と、前記検出または推定した吸気圧と吸気弁開直前のシリンダ内圧との圧力比に基づいて設定される前記マップの脈動補正値を、前記回転数補正分に応じて、回転数方向にシフトする手段と、前記検出または推定した吸気圧と、そのときの回転数に基づいて前記シフトされたマップから選択した前記補正脈動補正値とに基づいて、サージタンク下流の脈動する吸気圧を算出する手段とを備える。
For this reason, the present invention provides means for detecting or estimating the cylinder pressure immediately before opening the intake valve, means for detecting or estimating the intake pressure smoothed by the surge tank in the intake passage, and the previously determined intake pressure and intake valve opening. For each pressure ratio to the immediately preceding cylinder internal pressure, a map that stores the pulsating intake pressure and the difference between the pulsating intake pressure and the smooth pressure in relation to the engine speed as a pulsation correction value, and the equivalent pipe length of the modeled intake pipe The means for calculating the tuning order by dividing the fundamental frequency calculated based on the sound speed and the engine speed, the engine speed when the predetermined tuning order is obtained by the actual intake pipe shape, and the calculation from the engine speed at which the tuning order to be become the previous SL predetermined tuning order and the same, and means for calculating a revolution speed modification component, the intake and the detection or estimated intake pressure valve Hirakijika The pulsation compensation value of the map is set based on the pressure ratio of the cylinder pressure of, in response to the rotational speed correction amount, and means for shifting the rotational speed direction, and the detection or estimated intake pressure, when the Means for calculating a pulsating intake pressure downstream of the surge tank based on the corrected pulsation correction value selected from the shifted map based on the rotation speed of the engine.

本発明によれば、吸気脈動は、内部EGR率も加味された吸気弁開弁直前のシリンダ内圧力と吸気管内圧力との比を起振力として発生するため、該吸気弁開弁直前のシリンダ内圧力と吸気管内圧力とに基づいて得られる脈動状態で、平滑された吸気圧検出値を補正することにより、内部EGR率変化に影響されず高精度に吸気弁近傍の吸気圧を推定することができる。   According to the present invention, the intake pulsation is generated as a vibration force by the ratio of the cylinder internal pressure just before the intake valve opening and the intake pipe internal pressure taking into account the internal EGR rate. By correcting the smoothed intake pressure detection value in the pulsation state obtained based on the internal pressure and the intake pipe internal pressure, the intake pressure in the vicinity of the intake valve is estimated with high accuracy without being affected by the change in the internal EGR rate. Can do.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the configuration of an engine according to an embodiment of the present invention.
An air cleaner 12 is attached to the introduction portion of the intake passage 11, and dust or the like in the intake air is removed by the air cleaner 12. In the intake passage 11, an electronically controlled throttle valve 13 is installed downstream of the air cleaner 12. A surge tank 14 is attached downstream of the throttle valve 13, and a branch 15 is attached to the surge tank 14 to constitute an intake manifold. The intake air in the surge tank 14 flows into the cylinder through the branch 15 and the intake port 16 formed in the cylinder head. A fuel supply injector 17 is installed in the intake port 16 of each cylinder.

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の各カム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(即ち、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 combustion chamber 18 is formed as a space sandwiched between the cylinder head and the piston 19. The combustion chamber 18 is connected to the intake port 16 on one side with respect to the cylinder center axis, and the intake port 16 is opened and closed by the intake valve 20. The intake valve 20 is driven by an intake cam 21. In addition, the combustion chamber 18 is connected to the exhaust port 22 on one side opposite to the intake port 16, and the exhaust port 22 is opened and closed by an exhaust valve 23. The exhaust valve 23 is driven by an exhaust cam 24. An intake side variable valve device 25 is provided for the intake cam 21, and an exhaust side variable valve device 26 is provided for the exhaust cam 24, and the intake cam 21 or the exhaust cam is provided by these variable valve devices 25, 26. The operation characteristic of the intake valve 20 or the exhaust valve 23 can be changed by changing the phase of each of the 24 camshafts. The variable valve operating devices 25 and 26 may adopt any type such as a hydraulic type and a solenoid type, but in this embodiment, the opening / closing timing (that is, the valve timing) of the intake valve 20 or the exhaust valve 23 is determined. By changing, an overlap period between the intake valve opening period and the exhaust valve opening period (hereinafter simply referred to as “overlap period”) is adopted. A spark plug 27 is installed in the cylinder head so as to face the substantially upper center of the combustion chamber 18.

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(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からの吸気温度検出信号、温度センサ54からの冷却水温度検出信号、クランク角センサ55からの単位クランク角及び基準クランク角検出信号(ECU41は、これをもとに、エンジン回転数NEを算出する)、圧力センサ56からの排気圧力検出信号、温度センサ57からの排気温度検出信号、酸素センサ58からの空燃比検出信号、アクセルセンサ59からのアクセル開度検出信号、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、カムとカムシャフトとの実際の位相差を検出可能である)が入力される。上記圧力センサ52によって検出される吸気圧力は、前記容量の大きなサージタンク14において脈動が平滑された圧力として検出されるが、さらに平均化処理を行って平滑化して用いてもよい。また、該平滑された吸気圧力をエンジン運転状態に基づいて推定してもよい。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 catalytic converter 29 is interposed in the exhaust passage 28 immediately after the exhaust manifold, and a second catalytic converter 30 is interposed downstream thereof. The exhaust gas flowing out to the exhaust port 22 passes through the catalytic converters 29 and 30 and the muffler 31 and is released into the atmosphere.
The operations of the injector 17, the spark plug 27, and the variable valve gears 25 and 26 are controlled by an engine control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 41. The ECU 41 includes an intake air amount detection signal from the air flow meter 51, an intake air pressure detection signal from the pressure sensor 52, an intake air temperature detection signal from the temperature sensor 53, a cooling water temperature detection signal from the temperature sensor 54, and a crank angle sensor 55. Unit crank angle and reference crank angle detection signal (the ECU 41 calculates the engine speed NE based on this), an exhaust pressure detection signal from the pressure sensor 56, an exhaust temperature detection signal from the temperature sensor 57, The air-fuel ratio detection signal from the oxygen sensor 58, the accelerator opening detection signal from the accelerator sensor 59, and the cam angle detection signals from the cam angle sensors 60 and 61 (based on this, the actual position of the cam and the camshaft). The phase difference can be detected). The intake pressure detected by the pressure sensor 52 is detected as a pressure in which the pulsation is smoothed in the surge tank 14 having a large capacity. However, it may be smoothed by performing an averaging process. Further, the smoothed intake pressure may be estimated based on the engine operating state. The ECU 41 sets the control amount of each device described above based on each input signal.

以下に、ECU41による吸気弁近傍の脈動する吸気圧力、特に、残留ガス量(内部EGR量)の算出に必要な、オーバーラップ期間中の吸気圧力の推定について説明する。
本実施形態では、上記脈動する吸気圧力を推定するに際し、脈動の振幅パラメータと位相パラメータとを用いて脈動変化分に相当する脈動補正値を算出し、前記圧力センサ52で検出した平滑された吸気圧力を脈動補正値で補正して推定する。
Hereinafter, estimation of the intake pressure in the vicinity of the intake valve by the ECU 41, in particular, the intake pressure during the overlap period necessary for calculating the residual gas amount (internal EGR amount) will be described.
In this embodiment, when estimating the pulsating intake pressure, the pulsation correction value corresponding to the pulsation change is calculated using the pulsation amplitude parameter and the phase parameter, and the smoothed intake air detected by the pressure sensor 52 is calculated. The pressure is estimated by correcting with the pulsation correction value.

始めに、前記脈動の位相パラメータについて概要を説明すると、吸気管形状と音速とに基づいて算出した基本周波数とエンジン回転数から同調次数を算出し、この同調次数を用いて吸気脈動圧(圧力波)の同調周波数を算出する。尚、吸気脈動圧の同調周波数とは、吸気脈動圧に同調するエンジン回転数(同調回転数)である。ここで、吸気脈動圧は吸気弁の開閉に同期した、つまり、エンジン回転数に応じた進行波であるため、該エンジン回転数に対する同調次数の特性を進行波に応じて補正し、かつ、後述するように音速が吸気温度によって変化するので、吸気温度によって補正したエンジン回転数を吸気脈動圧の位相パラメータとして用いる。   First, the outline of the phase parameter of the pulsation will be explained. The tuning order is calculated from the fundamental frequency calculated based on the intake pipe shape and the sound speed and the engine speed, and the intake pulsation pressure (pressure wave) is calculated using the tuning order. ) Is calculated. The tuning frequency of the intake pulsation pressure is the engine speed (synchronization speed) synchronized with the intake pulsation pressure. Here, since the intake pulsation pressure is synchronized with the opening and closing of the intake valve, that is, a traveling wave according to the engine speed, the tuning order characteristic with respect to the engine speed is corrected according to the traveling wave, and will be described later. Thus, the speed of sound changes with the intake air temperature, and therefore the engine speed corrected with the intake air temperature is used as the phase parameter of the intake pulsation pressure.

図2は、同調回転数(同調周波数)算出ルーチンのフローチャートである。
ECU41には、図6に示す同調次数テーブル(図6の実線で示す直線L2)が記憶されており、この同調次数テーブルを用いて、実際の運転条件に応じた同調回転数を、図2のステップ1(図中S1で示し、以下同様とする)及びステップ2のようにして算出する。
FIG. 2 is a flowchart of a tuning rotation speed (tuning frequency) calculation routine.
The ECU 41 stores a tuning order table shown in FIG. 6 (a straight line L2 indicated by a solid line in FIG. 6). Using this tuning order table, the tuning rotational speed corresponding to the actual operating conditions is obtained as shown in FIG. Calculation is performed as in step 1 (indicated by S1 in the figure, the same shall apply hereinafter) and step 2.

ここで、上記の同調次数テーブルの作成過程を図3のフローチャートに示し説明する。
同調次数テーブルは、基準吸気温度(例えば25℃)での同調次数の理論式を、シミュレーション又は実験の結果により補正して設定する。
ステップ11では、吸気弁閉時の等価管長Leを下記(1)式のように設定する。
Le=2(Lint+ΔLint) ・・・(1)
Lintは吸気通路の実管長、ΔLintは開放端補正である。
Here, the process of creating the tuning order table will be described with reference to the flowchart of FIG.
The tuning order table is set by correcting the theoretical expression of the tuning order at the reference intake air temperature (for example, 25 ° C.) by the result of simulation or experiment.
In step 11, the equivalent pipe length Le when the intake valve is closed is set as shown in the following equation (1).
Le = 2 (Lint + ΔLint) (1)
Lint is the actual pipe length of the intake passage, and ΔLint is the open end correction.

ステップ12では、音速Spsdと等価管長Leから基本周波数Fintを算出する下記(2)式と音速を算出する(3)式から、基準吸気温度25℃における基本周波数Fintを算出する。
Fint=Spsd/(2×Le) ・・・(2)
Spsd=√{κair×Rair×Tint} ・・・(3)
ここで、Tintは吸気温度、κairは比熱比、Rairはガス定数である。このステップ12で、Tint=25℃とする。
In step 12, the fundamental frequency Fint at the reference intake air temperature of 25 ° C. is calculated from the following equation (2) for calculating the fundamental frequency Fint from the sound velocity Spsd and the equivalent pipe length Le and the equation (3) for calculating the sound velocity.
Fint = Spsd / (2 × Le) (2)
Spsd = √ {κair × Rair × Tint} (3)
Here, Tint is the intake air temperature, κair is the specific heat ratio, and Rair is the gas constant. In this step 12, Tint = 25 ° C.

ステップ13では、吸気管内の圧力波を定在波と仮定した場合の同調次数特性を求める。これは、ステップ12の基本周波数Fintとエンジン回転数NEから、基準吸気温度25℃でのエンジン回転数NEに応じた、モデル化した等価管長Leでの同調次数Mint0を算出し、図4の点線で示す直線L1で表される同調次数特性を求める。尚、直線L1は、同調次数Mint0の逆数を示しており、次式により表される。   In step 13, the tuning order characteristic when the pressure wave in the intake pipe is assumed to be a standing wave is obtained. This calculates the tuning order Mint0 at the modeled equivalent pipe length Le corresponding to the engine speed NE at the reference intake air temperature of 25 ° C. from the basic frequency Fint and the engine speed NE in step 12, and is shown by the dotted line in FIG. The tuning order characteristic represented by the straight line L1 is obtained. The straight line L1 indicates the reciprocal of the tuning order Mint0 and is expressed by the following equation.

1/Mint0=(1/(120×Fint))×NE ・・・(4)
ステップ14では、ステップ13の同調次数特性に対して以下のように進行波補正を行い、図4に実線で示す直線L2の進行波補正後の同調次数特性を求め、基本同調次数を設定する。まず、実際の吸気管形状で得られるエンジン回転数NEに応じた基準吸気温度(本実施形態では25℃)での吸気/排気圧力比Pprをパラメータとしてシミュレーション又は実験等により求める。ここで、吸気/排気圧力比Pprは、圧力センサ52によって検出された吸気圧力と、圧力センサ56によって検出された排気圧力との比として算出され、後述するように吸気脈動圧の振幅パラメータとして用いられる。図5は、吸気脈動圧を大きく発生する全開時相当の吸気/排気圧力比Ppr=1における吸気弁近傍の吸気圧の波形を示す。得られた図5の波形から実際の特性における所定の同調次数Mint=Aを読み取り、同調次数Mint=Aに相当する点のエンジン回転数NEa1を読み取る。ここで、同調次数Mintは、圧力波の谷にあたるときがn(整数)、山にあたるときがn+1/2となるので、前記所定の同調次数Mint=Aは、谷や山にあたる部分で、そのときのエンジン回転数からnを算出して、決定することができる。このエンジン回転数NEa1と、図4の直線L1における同一同調次数Aでのエンジン回転数NEa0の比を求め、下記(5)式により補正係数Kを設定する。この補正係数Kを用いて、ステップ3のモデル化した同調次数Mint0が実際の同調次数Mintと一致するよう、直線L1の傾きを下記(6)式により補正し、図4の直線L2で示す同調次数特性を求め、これを基本同調次数とする。
1 / Mint0 = (1 / (120 × Fint)) × NE (4)
In step 14, the traveling wave correction is performed on the tuning order characteristic of step 13 as follows, the tuning order characteristic after traveling wave correction of the straight line L2 shown by the solid line in FIG. 4 is obtained, and the basic tuning order is set. First, the intake / exhaust pressure ratio Ppr at the reference intake air temperature (25 ° C. in the present embodiment) corresponding to the engine speed NE obtained in the actual intake pipe shape is obtained as a parameter by simulation or experiment. Here, the intake / exhaust pressure ratio Ppr is calculated as a ratio between the intake pressure detected by the pressure sensor 52 and the exhaust pressure detected by the pressure sensor 56, and used as an amplitude parameter of the intake pulsation pressure as will be described later. It is done. FIG. 5 shows a waveform of the intake pressure in the vicinity of the intake valve at the intake / exhaust pressure ratio Ppr = 1 corresponding to the fully opened state that generates a large intake pulsation pressure. A predetermined tuning order Mint = A in actual characteristics is read from the obtained waveform of FIG. 5, and the engine speed NEa1 at a point corresponding to the tuning order Mint = A is read. Here, the tuning order Mint is n (integer) when it corresponds to the valley of the pressure wave, and n + 1/2 when it corresponds to the peak. N can be calculated and determined from the engine speed. A ratio between the engine speed NEa1 and the engine speed NEa0 at the same tuning order A in the straight line L1 in FIG. 4 is obtained, and a correction coefficient K is set by the following equation (5). Using this correction coefficient K, the slope of the straight line L1 is corrected by the following equation (6) so that the modeled tuning order Mint0 in step 3 matches the actual tuning order Mint, and the tuning shown by the straight line L2 in FIG. The order characteristic is obtained, and this is set as the basic tuning order.

K=NEa0/NEa1 ・・・(5)
1/Mint=(1/(120×Fint))×K×NE ・・・(6)
ECU41には、このステップ4で求めた進行波補正後の基本同調次数特性(直線L2)が同調次数テーブルとして記憶される。尚、この基本同調次数特性は、テーブルに代えて、関数として記憶してもよい。
K = NEa0 / NEa1 (5)
1 / Mint = (1 / (120 × Fint)) × K × NE (6)
In the ECU 41, the basic tuning order characteristic (straight line L2) after traveling wave correction obtained in step 4 is stored as a tuning order table. The basic tuning order characteristic may be stored as a function instead of the table.

実際に同調回転数を算出する場合、図2のステップ1で、吸気温度Tint及びエンジン回転数NEを読み込む。ステップ2で、検出した吸気温度Tintにおける同調回転数NEKを算出する。ここでは、検出したエンジン回転数NERにおける同調次数Bを、図6の同調次数テーブルに示す基準吸気温度での基本同調次数特性(直線L2)から検索する。また、(2)式と(3)式から検出吸気温度Tint(例えば70℃)での基本周波数Fintを算出する。そして、検索した同調次数Bと算出した基本周波数Fintから、(6)式を用いて算出されたエンジン回転数NEa2を実際の同調回転数NEKとする。   When actually calculating the tuning rotational speed, the intake air temperature Tint and the engine rotational speed NE are read in Step 1 of FIG. In step 2, a tuning rotational speed NEK at the detected intake air temperature Tint is calculated. Here, the detected tuning order B at the engine speed NER is searched from the basic tuning order characteristic (straight line L2) at the reference intake air temperature shown in the tuning order table of FIG. Further, the fundamental frequency Fint at the detected intake air temperature Tint (for example, 70 ° C.) is calculated from the equations (2) and (3). Then, from the retrieved tuning order B and the calculated fundamental frequency Fint, the engine speed NEa2 calculated using the equation (6) is set as the actual tuning speed NEK.

このように、吸気の基本周波数とエンジン回転数から同調次数を算出し、この同調次数を用いて、エンジンの同調回転数を算出することで、吸気温度だけでなくエンジン回転数も考慮した同調回転数特性を算出できる。
また、ステップ14の進行波補正した同調次数特性(基本同調次数特性)を用いることにより、吸気開始から次の吸気開始までの期間における減衰を考慮したものとなり、他気筒の吸気行程の影響を考慮したものとなって、より一層同調回転数特性を高精度に算出しすることができる。そして、前記同調回転数特性は吸気圧力の脈動位相と相関するので、この特性を用いることで後述する吸気圧力脈動分の推定精度が向上する。
In this way, the tuning order is calculated from the fundamental frequency of the intake air and the engine speed, and the tuning speed of the engine is calculated using this tuning order, so that not only the intake air temperature but also the engine speed is taken into account. Numerical characteristics can be calculated.
Further, by using the tuning order characteristic (basic tuning order characteristic) corrected in the traveling wave in step 14, the attenuation in the period from the start of the intake to the start of the next intake is considered, and the influence of the intake stroke of the other cylinders is taken into consideration. Thus, the tuning rotational speed characteristic can be calculated with higher accuracy. Since the tuning rotational speed characteristic correlates with the pulsation phase of the intake pressure, the use of this characteristic improves the estimation accuracy of the intake pressure pulsation described later.

上記のように算出した同調回転数特性を用い、前記吸気/排気圧力比を吸気脈動の振幅パラメータとし、エンジン回転数を位相パラメータとして、脈動分を考慮した吸気弁近傍の吸気圧力を推定する。ここで、吸気脈動は、吸気弁開直前のシリンダ内圧力と吸気管内の吸気圧力との比を起振力として発生し、脈動の振幅は起振力に相関する。吸気弁開直前のシリンダ内圧力は排気弁が開弁しているので、排気圧力とすることができ、したがって、吸気/排気圧力比Pprを吸気脈動の振幅パラメータとして用いることができる。また、吸気弁開直前のシリンダ内圧力(排気圧力)をエンジン運転状態に用いて推定してもよい。   Using the tuning rotational speed characteristic calculated as described above, the intake pressure in the vicinity of the intake valve in consideration of the pulsation is estimated using the intake / exhaust pressure ratio as the amplitude parameter of the intake pulsation and the engine speed as the phase parameter. Here, the intake pulsation is generated as a vibration force by the ratio between the cylinder pressure just before the intake valve is opened and the intake pressure in the intake pipe, and the amplitude of the pulsation correlates with the vibration force. Since the exhaust valve is opened, the cylinder pressure immediately before the intake valve is opened can be the exhaust pressure, and therefore the intake / exhaust pressure ratio Ppr can be used as the amplitude parameter of the intake pulsation. Further, the cylinder internal pressure (exhaust pressure) immediately before the intake valve is opened may be estimated using the engine operating state.

また、該吸気/排気圧力比Pprを振幅パラメータとすれば、バルブタイミングを変化するなどして内部EGR率が変化しても、吸気弁開直前のシリンダ内圧力として用いる排気圧力は、内部EGR率変化による変化を含んで検出された値であるので、特許文献1のように内部EGR率変化による振幅変化の影響を捉えられないスロットル開度を振幅パラメータとするものに比較し、吸気脈動の振幅を高精度に捉えることができ、内部EGR率変化による補正、再適合の必要もない。   Further, if the intake / exhaust pressure ratio Ppr is used as an amplitude parameter, the exhaust pressure used as the cylinder pressure immediately before the intake valve is opened is equal to the internal EGR rate even if the internal EGR rate is changed by changing the valve timing. Since it is a value detected including a change due to a change, the amplitude of the intake pulsation is compared with that using the throttle opening as an amplitude parameter, which cannot detect the influence of the amplitude change due to the change in the internal EGR rate as in Patent Document 1. Can be captured with high accuracy, and there is no need for correction and re-adaptation due to changes in the internal EGR rate.

ECU41には、図6の同調次数テーブルに加えて、脈動補正マップが記憶されている。該脈動補正マップは、基準吸気温度25℃において、複数の異なる吸気/排気圧力比Ppr毎に、エンジン回転数に応じて脈動する吸気圧の特性をシミュレーションで求め(図7参照)、該脈動する吸気圧の平滑圧に対する差分(+、−値)を脈動補正値DPintとして記憶したものである。   The ECU 41 stores a pulsation correction map in addition to the tuning order table of FIG. The pulsation correction map obtains the characteristics of the intake pressure pulsating according to the engine speed for each of a plurality of different intake / exhaust pressure ratios Ppr at a reference intake air temperature of 25 ° C. by simulation (see FIG. 7). The difference (+, − value) of the intake pressure with respect to the smooth pressure is stored as the pulsation correction value DPint.

図8は、本発明にかかる吸気圧力推定ルーチンのフローチャートである。このルーチンは所定の時間毎に実行される。
ステップ21で、各種センサで検出された吸気温度Tint、吸気圧力Pmani、排気圧力Pex及びエンジン回転数NEを読込む。
ステップ22では、前述のようにして検出された吸気温度Tintでの同調回転数NEKを算出する。例えば、同調次数Mint=B、検出された吸気温度Tint=70℃であれば、エンジン回転数NEa2を同調回転数NEKとして算出する。
FIG. 8 is a flowchart of an intake pressure estimation routine according to the present invention. This routine is executed every predetermined time.
In step 21, the intake air temperature Tint, the intake pressure Pmani, the exhaust pressure Pex, and the engine speed NE detected by various sensors are read.
In step 22, the tuning rotational speed NEK at the intake air temperature Tint detected as described above is calculated. For example, if the tuning order Mint = B and the detected intake air temperature Tint = 70 ° C., the engine speed NEa2 is calculated as the tuning speed NEK.

ステップ23では、ステップ22で算出した同調回転数NEK(=NEa2)と、検出された現在のエンジン回転数NERとの差DNEを算出し、脈動補正マップにおける、検出された吸気圧力Pmaniと排気圧力Pexの比に対応する脈動補正値DPintの特性曲線(図9に破線で示す)を、エンジン回転数に関して差DNEだけシフトし、前記脈動補正マップにおける脈動補正値DPintの特性を、図9の実線のように修正する。   In step 23, a difference DNE between the tuning rotational speed NEK (= NEa2) calculated in step 22 and the detected current engine rotational speed NER is calculated, and the detected intake pressure Pmani and exhaust pressure in the pulsation correction map are calculated. The characteristic curve of the pulsation correction value DPint corresponding to the ratio of Pex (shown by a broken line in FIG. 9) is shifted by the difference DNE with respect to the engine speed, and the characteristic of the pulsation correction value DPint in the pulsation correction map is shown by the solid line in FIG. Modify as follows.

ステップ24では、修正した脈動補正値DPintの特性を用いて、検出されたエンジン回転数NEにおける脈動補正値DPint(図9の点X)を検索する。ここで、内容を明瞭にするためマップをシフトして検索する構成としたが、実際には、脈動補正マップの特性データ全体を差DNEシフトすることは複雑な処理になる。そこで、脈動補正マップは、そのままにしておき、エンジン回転数の検出値NEに対し、前記マップのシフト方向とは逆向きに差DNEだけシフトした回転数(DNEが正であればNEからDNEを差し引き、DNEが負であればNEにDNEを加算した回転数)NEHを用いて、点線で図示する元のマップから検索しても同一値Xが検索されることとなり、簡易な処理で済む。   In step 24, using the characteristic of the corrected pulsation correction value DPint, the pulsation correction value DPint (point X in FIG. 9) at the detected engine speed NE is searched. Here, in order to clarify the content, the map is shifted and searched. However, in practice, it is a complicated process to shift the entire characteristic data of the pulsation correction map by the difference DNE. Therefore, the pulsation correction map is left as it is, and the rotation speed shifted by the difference DNE in the direction opposite to the shift direction of the map with respect to the detected value NE of the engine speed (if DNE is positive, NE to DNE is changed. Subtraction, if DNE is negative, the same value X is retrieved even if retrieval is performed from the original map shown by the dotted line using NEH (the rotational speed obtained by adding DNE to DNE), and simple processing is sufficient.

ステップ25では、検出した吸気圧力Pmaniに、検索した脈動補正値DPintを加算して、脈動分を考慮した吸気弁近傍の吸気圧力Pintを算出する。
Pint=Pmani+DPint ・・・(7)
このように、振幅パラメータとして吸気/排気圧力比Pprを用い、位相パラメータとしてエンジン回転数を用いて吸気圧力を推定するので、吸気弁近傍の吸気圧力の推定精度を向上できる。
In step 25, the detected pulsation correction value DPint is added to the detected intake pressure Pmani to calculate the intake pressure Pint near the intake valve in consideration of the pulsation.
Pint = Pmani + DPint (7)
Thus, since the intake pressure is estimated using the intake / exhaust pressure ratio Ppr as the amplitude parameter and the engine speed as the phase parameter, the estimation accuracy of the intake pressure near the intake valve can be improved.

本発明の一実施形態に係るエンジンの構成図Configuration diagram of an engine according to an embodiment of the present invention 同調回転数算出ルーチンのフローチャートFlow chart of tuning rotation speed calculation routine 同調次数テーブル作成過程を説明するフローチャートFlow chart explaining the tuning order table creation process 基本同調次数特性の作成の説明図Illustration of creation of basic tuning order characteristics 全開状態及び基準吸気温度での吸気弁近傍の吸気圧力とエンジン回転数の関係を示した図A diagram showing the relationship between the intake pressure near the intake valve and the engine speed in the fully open state and the reference intake air temperature 同調次数テーブルを示す図Diagram showing tuning order table 基準吸気温度での吸気/排気圧力比を振幅パラメータとする吸気弁近傍の吸気圧力とエンジン回転数の関係を示した図A graph showing the relationship between the intake pressure near the intake valve and the engine speed using the intake / exhaust pressure ratio at the reference intake temperature as an amplitude parameter 吸気圧力検出ルーチンのフローチャートFlow chart of intake pressure detection routine 脈動補正値の検索を説明する図The figure explaining search of a pulsation correction value

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン
11 吸気通路
13 スロットル弁
16 吸気ポート
18 燃焼室
20 吸気弁
22 排気ポート
23 排気弁
28 排気通路
41 エンジンコントロールユニット
52 マニホールド圧力センサ
53 吸気温度センサ
55 クランク角センサ
56 排気圧力センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 11 Intake passage 13 Throttle valve 16 Intake port 18 Combustion chamber 20 Intake valve 22 Exhaust port 23 Exhaust valve 28 Exhaust passage 41 Engine control unit 52 Manifold pressure sensor 53 Intake temperature sensor 55 Crank angle sensor 56 Exhaust pressure sensor

Claims (3)

吸気弁開直前のシリンダ内圧力を検出または推定する手段と、
吸気通路のサージタンクで平滑された吸気圧力を検出または推定する手段と、
予め求めた吸気圧と吸気弁開直前のシリンダ内圧との圧力比毎に、脈動する吸気圧力と、この脈動吸気圧力の平滑圧力に対する差分を脈動補正値としてエンジン回転数と関連づけて記憶するマップと、
モデル化した吸気管の等価管長と音速とに基づいて算出した基本周波数をエンジン回転数で除して同調次数を算出する手段と、
実際の吸気管形状によってえられた所定の同調次数となるときのエンジン回転数と、前記算出される同調次数が前記所定の同調次数と同一となるときのエンジン回転数とから、回転数補正分を算出する手段と、
前記検出または推定した吸気圧と吸気弁開直前のシリンダ内圧との圧力比に基づいて設定される前記マップの脈動補正値を、前記回転数補正分に応じて、回転数方向にシフトする手段と、
前記検出または推定した吸気圧と、そのときの回転数に基づいて前記シフトされたマップから選択した前記補正脈動補正値とに基づいて、サージタンク下流の脈動する吸気圧を算出する手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の吸気圧力推定装置。
Means for detecting or estimating the pressure in the cylinder immediately before the intake valve is opened;
Means for detecting or estimating the intake pressure smoothed by the surge tank in the intake passage;
A map for storing the pulsating intake pressure and the difference between the pulsating intake pressure and the smooth pressure in association with the engine speed as a pulsation correction value for each pressure ratio between the intake pressure obtained in advance and the cylinder internal pressure immediately before opening the intake valve; ,
Means for calculating the tuning order by dividing the fundamental frequency calculated based on the modeled equivalent pipe length and sound speed of the intake pipe by the engine speed;
Actual engine speed at which a predetermined tuning orders are example by the intake pipe shape from an engine rotational speed when the tuning order that the calculated is the same as the previous SL predetermined tuning order, rpm Means for calculating the correction amount;
Means for shifting the pulsation correction value of the map set based on the pressure ratio between the detected or estimated intake pressure and the cylinder internal pressure immediately before opening the intake valve in the rotation speed direction according to the rotation speed correction; ,
Means for calculating the pulsating intake pressure downstream of the surge tank based on the detected or estimated intake pressure and the corrected pulsation correction value selected from the shifted map based on the rotational speed at that time;
An intake pressure estimation device for an internal combustion engine, comprising:
前記回転数の補正分算出手段は、
実際の吸気管形状によってえられた所定の同調次数となるときのエンジン回転数と、前記算出される同調次数が、前記所定の同調次数と同一となるときのエンジン回転数との比から補正係数を算出し、
この補正係数に応じて前記モデル化した基準吸気温度における同調次数を補正して基本同調次数を求め、
さらにこの基本同調次数と、そのときの吸気温度における同一の同調次数となるエンジン回転数の差分を求め、
この回転数の差分を前記回転数補正分とすることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の吸気圧力推定装置。
The rotational speed correction amount calculating means includes:
Correction coefficient from the ratio of the engine speed when the predetermined tuning order obtained by the actual intake pipe shape is equal to the engine speed when the calculated tuning order is the same as the predetermined tuning order To calculate
The basic tuning order is obtained by correcting the tuning order at the modeled reference intake air temperature according to the correction coefficient,
Furthermore, the difference between this basic tuning order and the engine speed that becomes the same tuning order at the intake air temperature at that time is obtained,
The intake pressure estimation device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the difference in the rotational speed is used as the rotational speed correction.
吸気弁と排気弁の開期間がオーバーラップする間の脈動する吸気圧力を推定するときは、前記吸気弁開弁直前のシリンダ内圧として、排気管内の排気圧力を用いる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吸気圧力推定装置。   The exhaust pressure in the exhaust pipe is used as the cylinder internal pressure immediately before the intake valve opening when estimating the pulsating intake pressure while the open periods of the intake valve and the exhaust valve overlap. Or the intake pressure estimating device for an internal combustion engine according to 2;
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