JP4788640B2 - In-cylinder pressure estimation method and cylinder pressure estimation apparatus for internal combustion engine - Google Patents

In-cylinder pressure estimation method and cylinder pressure estimation apparatus for internal combustion engine Download PDF

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Description

本発明は、内燃機関の筒内圧推定方法および筒内圧推定装置に関する。   The present invention relates to an in-cylinder pressure estimation method and an in-cylinder pressure estimation apparatus for an internal combustion engine.

特開2004−245173号公報には、火花点火式エンジンの運転条件から、圧縮上死点後の所定クランク位置に設定した基準クランク角での筒内圧力と未燃ガス温度とを求め、これら筒内圧力と未燃ガス温度とを用いてノッキング指標値を算出する技術が開示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-245173 obtains in-cylinder pressure and unburned gas temperature at a reference crank angle set at a predetermined crank position after compression top dead center from operating conditions of a spark ignition type engine. A technique for calculating a knocking index value using an internal pressure and an unburned gas temperature is disclosed.

特開2004−245173号公報JP 2004-245173 A 特開2005−233110号公報JP 2005-233110 A

上記従来技術では、基準クランク角での筒内圧を運転条件から推定している。しかしながら、この方法では、筒内圧を精度良く推定することは困難である。   In the above prior art, the in-cylinder pressure at the reference crank angle is estimated from the operating conditions. However, with this method, it is difficult to accurately estimate the in-cylinder pressure.

また、近年では、例えば燃料性状検出、失火検出、筒内状態量(燃焼割合等)をベースとする制御などを実現するために、筒内圧を細かいクランク角の刻み幅で精度良く求めたいという要望がある。   In recent years, in order to realize, for example, fuel property detection, misfire detection, control based on the in-cylinder state quantity (combustion ratio, etc.), a request to accurately obtain the in-cylinder pressure with a fine crank angle step size. There is.

しかしながら、クランク角センサの計測刻みは、通常、10度あるいは30度と粗い。また、クランク角センサは、センサ特性の個体差や、ロータ寸法の個体差などの影響により、ノイズも大きい。このため、細かいクランク角刻みで筒内圧を精度良く求めることは困難である。   However, the measurement increment of the crank angle sensor is usually as coarse as 10 degrees or 30 degrees. In addition, the crank angle sensor is also noisy due to the influence of individual differences in sensor characteristics, individual differences in rotor dimensions, and the like. For this reason, it is difficult to accurately obtain the in-cylinder pressure with fine crank angle increments.

また、筒内圧センサは高価であるので、なるべくならば筒内圧センサを設置することなしに筒内圧を求めたいという要望もある。   Further, since the in-cylinder pressure sensor is expensive, there is a demand to obtain the in-cylinder pressure without installing the in-cylinder pressure sensor if possible.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、細かいクランク角刻みで筒内圧推定値を精度良く求めることのできる内燃機関の筒内圧推定方法および筒内圧推定装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an in-cylinder pressure estimation method and an in-cylinder pressure estimation device for an internal combustion engine capable of accurately obtaining an in-cylinder pressure estimation value with fine crank angle increments. For the purpose.

第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の筒内圧推定方法であって、
内燃機関の吸気弁閉時期と排気弁開時期との間の複数点の筒内圧を取得する筒内圧取得ステップと、
前記筒内圧取得ステップで取得された筒内圧に基づいて、筒内の熱発生パターンと筒内圧との関係を表すモデル式に含まれる複数の未定パラメータを決定するパラメータ決定ステップと、
前記パラメータ決定ステップで決定されたパラメータが代入された前記モデル式に基づいて、所定クランク角での筒内圧推定値を算出する筒内圧推定ステップと、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a method for estimating an in-cylinder pressure of an internal combustion engine,
In-cylinder pressure acquisition step of acquiring a plurality of in-cylinder pressures between the intake valve closing timing and the exhaust valve opening timing of the internal combustion engine;
Based on the in-cylinder pressure acquired in the in-cylinder pressure acquisition step, a parameter determination step for determining a plurality of undetermined parameters included in the model formula representing the relationship between the in-cylinder heat generation pattern and the in-cylinder pressure;
An in-cylinder pressure estimating step for calculating an in-cylinder pressure estimated value at a predetermined crank angle based on the model formula into which the parameter determined in the parameter determining step is substituted;
It is characterized by providing.

また、第2の発明は、第1の発明において、
前記モデル式は、Wiebe関数に基づくものであり、
前記複数のパラメータには、形状パラメータm、効率パラメータk、燃焼期間θpおよび熱発生開始クランク角θbが含まれることを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
The model formula is based on the Wiebe function,
Wherein the plurality of parameters, the shape parameter m, the efficiency parameter k, characterized to include combustion period theta p and thermogenesis start crank angle theta b.

また、第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記筒内圧取得ステップは、
クランク角速度を取得するクランク角速度取得ステップと、
前記内燃機関の機械損失により生ずる機械損失トルクを算出する機械損失トルク算出ステップと、
前記内燃機関の運動部材により生ずる慣性質量トルクを算出する慣性質量トルク算出ステップと、
前記クランク角速度と、前記機械損失トルクと、前記慣性質量トルクとに基づいて、筒内圧により生ずる筒内圧トルクを算出する筒内圧トルク算出ステップと、
筒内容積変化率を算出する筒内容積変化率算出ステップと、
前記筒内圧トルクと前記筒内容積変化率とから筒内圧を算出する筒内圧算出ステップと、
を含むことを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
The in-cylinder pressure acquisition step includes:
A crank angular speed acquisition step for acquiring the crank angular speed;
A mechanical loss torque calculating step for calculating a mechanical loss torque generated by the mechanical loss of the internal combustion engine;
An inertial mass torque calculating step for calculating an inertial mass torque generated by the moving member of the internal combustion engine;
An in-cylinder pressure torque calculating step for calculating an in-cylinder pressure torque generated by an in-cylinder pressure based on the crank angular velocity, the mechanical loss torque, and the inertia mass torque;
An in-cylinder volume change rate calculating step for calculating an in-cylinder volume change rate;
An in-cylinder pressure calculating step of calculating an in-cylinder pressure from the in-cylinder pressure torque and the in-cylinder volume change rate;
It is characterized by including.

また、第4の発明は、第1乃至第3の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関は、クランク角を検出するクランク角センサを備え、
前記筒内圧取得ステップでは、前記クランク角センサの計測刻み毎の筒内圧を取得することを特徴とする。
According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions,
The internal combustion engine includes a crank angle sensor that detects a crank angle,
In the in-cylinder pressure obtaining step, the in-cylinder pressure is obtained for each measurement step of the crank angle sensor.

また、第5の発明は、第1乃至第4の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関は、複数気筒を有し、
前記筒内圧取得ステップは、
クランク角速度を取得するクランク角速度取得ステップと、
前記内燃機関の機械損失により生ずる機械損失トルクを算出する機械損失トルク算出ステップと、
前記内燃機関の運動部材により生ずる慣性質量トルクを算出する慣性質量トルク算出ステップと、
前記クランク角速度と、前記機械損失トルクと、前記慣性質量トルクとに基づいて、全気筒の筒内圧により生ずる全気筒筒内圧トルクを算出する全気筒筒内圧トルク算出ステップと、
各気筒の筒内容積変化率を算出する筒内容積変化率算出ステップと、
前記全気筒筒内圧トルクと、前記各気筒の筒内容積変化率とから、気筒別筒内圧を算出する気筒別筒内圧算出ステップと、
を含み、
前記パラメータ決定ステップでは、前記気筒別筒内圧に基づいて、前記未定パラメータを気筒別に決定し、
前記筒内圧推定ステップでは、気筒別に決定された前記パラメータが代入された気筒別の前記モデル式に基づいて、所定クランク角での筒内圧推定値を気筒別に算出することを特徴とする。
According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions,
The internal combustion engine has a plurality of cylinders,
The in-cylinder pressure acquisition step includes:
A crank angular speed acquisition step for acquiring the crank angular speed;
A mechanical loss torque calculating step for calculating a mechanical loss torque generated by the mechanical loss of the internal combustion engine;
An inertial mass torque calculating step for calculating an inertial mass torque generated by the moving member of the internal combustion engine;
All-cylinder in-cylinder pressure torque calculating step for calculating all-cylinder in-cylinder pressure torque generated by the in-cylinder pressure of all cylinders based on the crank angular velocity, the mechanical loss torque, and the inertia mass torque;
An in-cylinder volume change rate calculating step for calculating an in-cylinder volume change rate of each cylinder;
A cylinder-specific cylinder pressure calculation step for calculating a cylinder-specific cylinder pressure from the all-cylinder cylinder pressure torque and the cylinder volume change rate of each cylinder;
Including
In the parameter determining step, the undetermined parameter is determined for each cylinder based on the cylinder internal pressure.
In the in-cylinder pressure estimating step, an estimated in-cylinder pressure value at a predetermined crank angle is calculated for each cylinder based on the model formula for each cylinder into which the parameter determined for each cylinder is substituted.

また、第6の発明は、第5の発明において、
前記気筒別筒内圧算出ステップでは、気筒別筒内圧が所定時間変化しないとの仮定に基づいて、前記気筒別筒内圧を算出することを特徴とする。
The sixth invention is the fifth invention, wherein
The cylinder-by-cylinder internal pressure calculation step calculates the cylinder-by-cylinder internal pressure based on the assumption that the cylinder-by-cylinder internal pressure does not change for a predetermined time.

また、第7の発明は、第5の発明において、
前記内燃機関は、クランク角を検出するクランク角センサを備え、
前記クランク角速度取得ステップは、前記クランク角センサの計測刻み毎に取得されるクランク角速度を補間することにより、前記計測刻みより小さい刻み幅の補間後クランク角速度を算出する補間後クランク角速度算出ステップを含み、
前記気筒別筒内圧算出ステップでは、気筒別筒内圧が、前記小さい刻み幅に応じた所定の時間変化しないとの仮定に基づいて、前記気筒別筒内圧を算出することを特徴とする。
The seventh invention is the fifth invention, wherein
The internal combustion engine includes a crank angle sensor that detects a crank angle,
The crank angular velocity acquisition step includes a post-interpolation crank angular velocity calculation step of calculating a post-interpolation crank angular velocity with a step size smaller than the measurement step by interpolating a crank angular velocity acquired at each measurement step of the crank angle sensor. ,
In the cylinder-by-cylinder pressure calculation step, the cylinder-by-cylinder pressure is calculated based on the assumption that the cylinder-by-cylinder pressure does not change for a predetermined time according to the small step size.

また、第8の発明は、内燃機関の筒内圧推定装置であって、
内燃機関の吸気弁閉時期と排気弁開時期との間の複数点の筒内圧を取得する筒内圧取得手段と、
前記筒内圧取得手段により取得された筒内圧に基づいて、筒内の熱発生パターンと筒内圧との関係を表すモデル式に含まれる複数の未定パラメータを決定するパラメータ決定手段と、
前記パラメータ決定手段で決定されたパラメータが代入された前記モデル式に基づいて、所定クランク角での筒内圧推定値を算出する筒内圧推定手段と、
を備えることを特徴とする。
An eighth invention is an in-cylinder pressure estimating device for an internal combustion engine,
In-cylinder pressure acquisition means for acquiring a plurality of in-cylinder pressures between the intake valve closing timing and the exhaust valve opening timing of the internal combustion engine;
Based on the in-cylinder pressure acquired by the in-cylinder pressure acquisition unit, a parameter determination unit that determines a plurality of undetermined parameters included in a model expression representing a relationship between the in-cylinder heat generation pattern and the in-cylinder pressure;
In-cylinder pressure estimating means for calculating an estimated value of in-cylinder pressure at a predetermined crank angle based on the model formula into which the parameter determined by the parameter determining means is substituted;
It is characterized by providing.

また、第9の発明は、第8の発明において、
前記モデル式は、Wiebe関数に基づくものであり、
前記複数のパラメータには、形状パラメータm、効率パラメータk、燃焼期間θpおよび熱発生開始クランク角θbが含まれることを特徴とする。
The ninth invention is the eighth invention, wherein
The model formula is based on the Wiebe function,
Wherein the plurality of parameters, the shape parameter m, the efficiency parameter k, characterized to include combustion period theta p and thermogenesis start crank angle theta b.

また、第10の発明は、第8または第9の発明において、
前記筒内圧取得手段は、
クランク角速度を取得するクランク角速度取得手段と、
前記内燃機関の機械損失により生ずる機械損失トルクを算出する機械損失トルク算出手段と、
前記内燃機関の運動部材により生ずる慣性質量トルクを算出する慣性質量トルク算出手段と、
前記クランク角速度と、前記機械損失トルクと、前記慣性質量トルクとに基づいて、筒内圧により生ずる筒内圧トルクを算出する筒内圧トルク算出手段と、
筒内容積変化率を算出する筒内容積変化率算出手段と、
前記筒内圧トルクと前記筒内容積変化率とから筒内圧を算出する筒内圧算出手段と、
を含むことを特徴とする。
The tenth invention is the eighth or ninth invention, wherein
The in-cylinder pressure acquisition means includes
Crank angular velocity acquisition means for acquiring the crank angular velocity;
Mechanical loss torque calculating means for calculating a mechanical loss torque generated by the mechanical loss of the internal combustion engine;
Inertia mass torque calculating means for calculating inertia mass torque generated by the moving member of the internal combustion engine;
In-cylinder pressure torque calculating means for calculating in-cylinder pressure torque generated by the in-cylinder pressure based on the crank angular velocity, the mechanical loss torque, and the inertia mass torque;
An in-cylinder volume change rate calculating means for calculating an in-cylinder volume change rate;
In-cylinder pressure calculating means for calculating in-cylinder pressure from the in-cylinder pressure torque and the in-cylinder volume change rate;
It is characterized by including.

また、第11の発明は、第8乃至第10の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関は、クランク角を検出するクランク角センサを備え、
前記筒内圧取得手段は、前記クランク角センサの計測刻み毎の筒内圧を取得することを特徴とする。
Further, an eleventh aspect of the invention is any one of the eighth to tenth aspects of the invention,
The internal combustion engine includes a crank angle sensor that detects a crank angle,
The in-cylinder pressure acquisition means acquires the in-cylinder pressure at every measurement interval of the crank angle sensor.

また、第12の発明は、第8乃至第11の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関は、複数気筒を有し、
前記筒内圧取得手段は、
クランク角速度を取得するクランク角速度取得手段と、
前記内燃機関の機械損失により生ずる機械損失トルクを算出する機械損失トルク算出手段と、
前記内燃機関の運動部材により生ずる慣性質量トルクを算出する慣性質量トルク算出手段と、
前記クランク角速度と、前記機械損失トルクと、前記慣性質量トルクとに基づいて、全気筒の筒内圧により生ずる全気筒筒内圧トルクを算出する全気筒筒内圧トルク算出手段と、
各気筒の筒内容積変化率を算出する筒内容積変化率算出手段と、
前記全気筒筒内圧トルクと、前記各気筒の筒内容積変化率とから、気筒別筒内圧を算出する気筒別筒内圧算出手段と、
を含み、
前記パラメータ決定手段は、前記気筒別筒内圧に基づいて、前記未定パラメータを気筒別に決定し、
前記筒内圧推定手段は、気筒別に決定された前記パラメータが代入された気筒別の前記モデル式に基づいて、所定クランク角での筒内圧推定値を気筒別に算出することを特徴とする。
In addition, a twelfth aspect of the invention is any one of the eighth to eleventh aspects of the invention.
The internal combustion engine has a plurality of cylinders,
The in-cylinder pressure acquisition means includes
Crank angular velocity acquisition means for acquiring the crank angular velocity;
Mechanical loss torque calculating means for calculating a mechanical loss torque generated by the mechanical loss of the internal combustion engine;
Inertia mass torque calculating means for calculating inertia mass torque generated by the moving member of the internal combustion engine;
All-cylinder in-cylinder pressure torque calculating means for calculating all-cylinder in-cylinder pressure torque generated by the in-cylinder pressure of all cylinders based on the crank angular velocity, the mechanical loss torque, and the inertia mass torque;
An in-cylinder volume change rate calculating means for calculating an in-cylinder volume change rate of each cylinder;
In-cylinder in-cylinder pressure calculating means for calculating in-cylinder in-cylinder pressure from the all-cylinder in-cylinder pressure torque and the in-cylinder volume change rate of each cylinder;
Including
The parameter determination means determines the undetermined parameter for each cylinder based on the cylinder internal pressure.
The in-cylinder pressure estimating means calculates an in-cylinder pressure estimated value at a predetermined crank angle for each cylinder based on the model equation for each cylinder into which the parameter determined for each cylinder is substituted.

また、第13の発明は、第12の発明において、
前記気筒別筒内圧算出手段は、気筒別筒内圧が所定時間変化しないとの仮定に基づいて、前記気筒別筒内圧を算出することを特徴とする。
The thirteenth invention in the twelfth invention,
The cylinder-specific cylinder pressure calculating means calculates the cylinder-specific cylinder pressure based on the assumption that the cylinder-specific cylinder pressure does not change for a predetermined time.

また、第14の発明は、第12の発明において、
前記内燃機関は、クランク角を検出するクランク角センサを備え、
前記クランク角速度取得手段は、前記クランク角センサの計測刻み毎に取得されるクランク角速度を補間することにより、前記計測刻みより小さい刻み幅の補間後クランク角速度を算出する補間後クランク角速度算出手段を含み、
前記気筒別筒内圧算出手段は、気筒別筒内圧が、前記小さい刻み幅に応じた所定の時間変化しないとの仮定に基づいて、前記気筒別筒内圧を算出することを特徴とする。
The fourteenth invention is the twelfth invention,
The internal combustion engine includes a crank angle sensor that detects a crank angle,
The crank angular speed acquisition means includes post-interpolation crank angular speed calculation means for calculating a post-interpolation crank angular speed having a step size smaller than the measurement step by interpolating a crank angular speed acquired at each measurement step of the crank angle sensor. ,
The cylinder-by-cylinder in-cylinder pressure calculating means calculates the cylinder-by-cylinder in-cylinder pressure based on an assumption that the cylinder-by-cylinder in-cylinder pressure does not change for a predetermined time according to the small step size.

第1の発明によれば、内燃機関の吸気弁閉時期と排気弁開時期との間の複数点の筒内圧を取得し、その取得された筒内圧に基づいて、筒内の熱発生パターンと筒内圧との関係を表すモデル式に含まれる複数の未定パラメータを決定することができる。そして、その決定したパラメータを代入したモデル式に基づいて、所定クランク角での筒内圧推定値を算出することができる。このため、第1の発明によれば、クランク角センサ信号のノイズ等の影響を、上記モデル式を用いることで補正することができるので、高精度な筒内圧推定値を得ることができる。また、クランク角センサの計測刻みにかかわらず、より細かいクランク角刻みで筒内圧推定値を求めることができる。   According to the first invention, a plurality of in-cylinder pressures between the intake valve closing timing and the exhaust valve opening timing of the internal combustion engine are acquired, and based on the acquired in-cylinder pressure, the in-cylinder heat generation pattern and A plurality of undetermined parameters included in the model expression representing the relationship with the in-cylinder pressure can be determined. Based on the model formula into which the determined parameter is substituted, the in-cylinder pressure estimated value at a predetermined crank angle can be calculated. For this reason, according to the first aspect, the influence of the noise or the like of the crank angle sensor signal can be corrected by using the above model formula, so that a highly accurate in-cylinder pressure estimated value can be obtained. In addition, the in-cylinder pressure estimated value can be obtained with finer crank angle increments regardless of the measurement increments of the crank angle sensor.

第2の発明によれば、形状パラメータm、効率パラメータk、燃焼期間θpおよび熱発生開始クランク角θbを含むWiebe関数に基づいたモデル式を利用することにより、推定精度を更に向上することができる。 According to the second invention, the estimation accuracy is further improved by using the model equation based on the Wiebe function including the shape parameter m, the efficiency parameter k, the combustion period θ p and the heat generation start crank angle θ b. Can do.

第3の発明によれば、クランク角速度と、機械損失トルクと、慣性質量トルクとに基づいて、筒内圧により生ずる筒内圧トルクを算出し、その筒内圧トルクと筒内容積変化率とから、上記モデル式のパラメータを決定するための筒内圧を精度良く算出することができる。   According to the third aspect of the present invention, the in-cylinder pressure torque generated by the in-cylinder pressure is calculated based on the crank angular speed, the mechanical loss torque, and the inertial mass torque. From the in-cylinder pressure torque and the in-cylinder volume change rate, The in-cylinder pressure for determining the parameters of the model formula can be calculated with high accuracy.

第4の発明によれば、上記モデル式のパラメータを決定するための筒内圧をクランク角センサの計測刻み毎に取得することができる。このため、上記モデル式のパラメータをより高い精度で決定することができる。   According to the fourth aspect of the present invention, the in-cylinder pressure for determining the parameter of the model formula can be acquired for each measurement step of the crank angle sensor. For this reason, the parameter of the model equation can be determined with higher accuracy.

第5の発明によれば、気筒別筒内圧を算出し、その気筒別筒内圧に基づいて、上記モデル式のパラメータを気筒別に決定することができる。このため、気筒別のモデル式に基づいて、筒内圧推定値を気筒別に精度良く算出することができる。   According to the fifth aspect of the present invention, the cylinder-by-cylinder in-cylinder pressure is calculated, and the parameters of the model equation can be determined for each cylinder based on the in-cylinder in-cylinder pressure. For this reason, it is possible to accurately calculate the in-cylinder pressure estimated value for each cylinder based on the model formula for each cylinder.

第6の発明によれば、気筒別筒内圧が所定時間変化しないとの仮定に基づいて気筒別筒内圧を算出する。このため、簡便な方法で、気筒別筒内圧を精度良く算出することができる。   According to the sixth aspect, the cylinder-by-cylinder pressure is calculated based on the assumption that the cylinder-by-cylinder pressure does not change for a predetermined time. For this reason, the cylinder internal cylinder pressure can be accurately calculated by a simple method.

第7の発明によれば、クランク角センサの計測刻み毎に取得されるクランク角速度を補間することにより、その計測刻みより小さい刻み幅の補間後クランク角速度を算出することができる。そして、気筒別筒内圧が、その小さい刻み幅に応じた所定の時間変化しないとの仮定に基づいて気筒別筒内圧を算出する。このため、第7の発明によれば、クランク角センサの計測刻みが大きい場合であっても、上記仮定を精度良く成立させることができる。よって、気筒別筒内圧をより高い精度で算出することができる。   According to the seventh aspect, by interpolating the crank angular velocity acquired for each measurement step of the crank angle sensor, the post-interpolation crank angular velocity having a step size smaller than the measurement step can be calculated. Then, the cylinder-by-cylinder pressure is calculated based on the assumption that the cylinder-by-cylinder pressure does not change for a predetermined time corresponding to the small step size. For this reason, according to the seventh aspect, the above assumption can be established with high accuracy even when the measurement increment of the crank angle sensor is large. Therefore, the cylinder internal cylinder pressure can be calculated with higher accuracy.

第8の発明によれば、内燃機関の吸気弁閉時期と排気弁開時期との間の複数点の筒内圧を取得し、その取得された筒内圧に基づいて、筒内の熱発生パターンと筒内圧との関係を表すモデル式に含まれる複数の未定パラメータを決定することができる。そして、その決定したパラメータを代入したモデル式に基づいて、所定クランク角での筒内圧推定値を算出することができる。このため、第8の発明によれば、クランク角センサ信号のノイズ等の影響を、上記モデル式を用いることで補正することができるので、高精度な筒内圧推定値を得ることができる。また、クランク角センサの計測刻みにかかわらず、より細かいクランク角刻みで筒内圧推定値を求めることができる。   According to the eighth invention, a plurality of in-cylinder pressures between the intake valve closing timing and the exhaust valve opening timing of the internal combustion engine are acquired, and based on the acquired in-cylinder pressure, the in-cylinder heat generation pattern and A plurality of undetermined parameters included in the model expression representing the relationship with the in-cylinder pressure can be determined. Based on the model formula into which the determined parameter is substituted, the in-cylinder pressure estimated value at a predetermined crank angle can be calculated. For this reason, according to the eighth aspect of the invention, the influence of noise or the like of the crank angle sensor signal can be corrected by using the above model formula, so that a highly accurate in-cylinder pressure estimated value can be obtained. In addition, the in-cylinder pressure estimated value can be obtained with finer crank angle increments regardless of the measurement increments of the crank angle sensor.

第9の発明によれば、形状パラメータm、効率パラメータk、燃焼期間θpおよび熱発生開始クランク角θbを含むWiebe関数に基づいたモデル式を利用することにより、推定精度を更に向上することができる。 According to the ninth invention, the estimation accuracy is further improved by using the model formula based on the Wiebe function including the shape parameter m, the efficiency parameter k, the combustion period θ p and the heat generation start crank angle θ b. Can do.

第10の発明によれば、クランク角速度と、機械損失トルクと、慣性質量トルクとに基づいて、筒内圧により生ずる筒内圧トルクを算出し、その筒内圧トルクと筒内容積変化率とから、上記モデル式のパラメータを決定するための筒内圧を精度良く算出することができる。   According to the tenth aspect of the invention, the in-cylinder pressure torque generated by the in-cylinder pressure is calculated based on the crank angular velocity, the mechanical loss torque, and the inertia mass torque, and the above-mentioned in-cylinder pressure torque and the in-cylinder volume change rate are The in-cylinder pressure for determining the parameters of the model formula can be calculated with high accuracy.

第11の発明によれば、上記モデル式のパラメータを決定するための筒内圧をクランク角センサの計測刻み毎に取得することができる。このため、上記モデル式のパラメータをより高い精度で決定することができる。   According to the eleventh aspect, the in-cylinder pressure for determining the parameters of the model equation can be acquired for each measurement step of the crank angle sensor. For this reason, the parameter of the model equation can be determined with higher accuracy.

第12の発明によれば、気筒別筒内圧を算出し、その気筒別筒内圧に基づいて、上記モデル式のパラメータを気筒別に決定することができる。このため、気筒別のモデル式に基づいて、筒内圧推定値を気筒別に精度良く算出することができる。   According to the twelfth aspect, the cylinder-by-cylinder internal pressure can be calculated, and the parameter of the model equation can be determined for each cylinder based on the cylinder-by-cylinder internal pressure. For this reason, it is possible to accurately calculate the in-cylinder pressure estimated value for each cylinder based on the model formula for each cylinder.

第13の発明によれば、気筒別筒内圧が所定時間変化しないとの仮定に基づいて気筒別筒内圧を算出する。このため、簡便な方法で、気筒別筒内圧を精度良く算出することができる。   According to the thirteenth invention, the cylinder-by-cylinder pressure is calculated based on the assumption that the cylinder-by-cylinder pressure does not change for a predetermined time. For this reason, the cylinder internal cylinder pressure can be accurately calculated by a simple method.

第14の発明によれば、クランク角センサの計測刻み毎に取得されるクランク角速度を補間することにより、その計測刻みより小さい刻み幅の補間後クランク角速度を算出することができる。そして、気筒別筒内圧が、その小さい刻み幅に応じた所定の時間変化しないとの仮定に基づいて気筒別筒内圧を算出する。このため、第14の発明によれば、クランク角センサの計測刻みが大きい場合であっても、上記仮定を精度良く成立させることができる。よって、気筒別筒内圧をより高い精度で算出することができる。   According to the fourteenth aspect of the present invention, by interpolating the crank angular velocity acquired for each measurement step of the crank angle sensor, the post-interpolation crank angular velocity having a step size smaller than that measurement step can be calculated. Then, the cylinder-by-cylinder pressure is calculated based on the assumption that the cylinder-by-cylinder pressure does not change for a predetermined time corresponding to the small step size. Therefore, according to the fourteenth aspect, the above assumption can be established with high accuracy even when the measurement increment of the crank angle sensor is large. Therefore, the cylinder internal cylinder pressure can be calculated with higher accuracy.

実施の形態1.
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。図1に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関10を備えている。
Embodiment 1 FIG.
[Description of system configuration]
FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the system of the present embodiment includes an internal combustion engine 10.

内燃機関10の筒内には、吸気通路12および排気通路14が連通している。吸気通路12には、吸入空気量Gaを検出するエアフローメータ16が配置されている。エアフローメータ16の下流には、スロットル弁18が配置されている。スロットル弁18の開度は、スロットルモータ20の作動によって調整される。スロットル弁18の近傍には、スロットル弁18の開度を検出するためのスロットルポジションセンサ22が配置されている。また、アクセルペダルの近傍には、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ24が設けられている。   An intake passage 12 and an exhaust passage 14 communicate with each other in the cylinder of the internal combustion engine 10. An air flow meter 16 that detects an intake air amount Ga is disposed in the intake passage 12. A throttle valve 18 is disposed downstream of the air flow meter 16. The opening degree of the throttle valve 18 is adjusted by the operation of the throttle motor 20. A throttle position sensor 22 for detecting the opening degree of the throttle valve 18 is disposed in the vicinity of the throttle valve 18. An accelerator position sensor 24 that detects the amount of depression of the accelerator pedal is provided in the vicinity of the accelerator pedal.

内燃機関10の気筒には、吸気ポート11内に燃料を噴射するための燃料インジェクタ26が配置されている。内燃機関10の気筒には、更に、吸気弁28、点火プラグ30、排気弁32およびピストン34が設けられている。なお、本発明における内燃機関は、図示のようなポート噴射式のものに限らず、燃料を筒内に直接噴射する筒内直接噴射式のものでもよく、更にはポート噴射と筒内噴射とを併用するものでもよい。   A fuel injector 26 for injecting fuel into the intake port 11 is disposed in the cylinder of the internal combustion engine 10. The cylinder of the internal combustion engine 10 is further provided with an intake valve 28, a spark plug 30, an exhaust valve 32, and a piston 34. The internal combustion engine according to the present invention is not limited to the port injection type as shown in the figure, but may be an in-cylinder direct injection type that directly injects fuel into the cylinder, and further includes port injection and in-cylinder injection. It may be used in combination.

また、本実施形態のシステムは、クランク軸36の回転角度(回転位置)、すなわちクランク角θを検出するクランク角センサ38と、エンジンオイルの温度を検出する油温センサ42と、ECU(Electronic Control Unit)50とを備えている。ECU50には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが電気的に接続されている。   Further, the system of the present embodiment includes a crank angle sensor 38 that detects a rotation angle (rotation position) of the crankshaft 36, that is, a crank angle θ, an oil temperature sensor 42 that detects the temperature of engine oil, and an ECU (Electronic Control). Unit) 50. The ECU 50 is electrically connected to the various sensors and actuators described above.

[実施の形態1の特徴]
本実施形態では、クランク角センサ38の出力に加えて、熱発生パターンモデルであるWiebe関数を利用したモデル式を用いることにより、高精度な筒内圧推定値を算出する。以下、その具体的手順について説明する。図2および図3は、筒内圧推定値を算出するために本実施形態においてECU50が実行するルーチンのフローチャートである。
[Features of Embodiment 1]
In the present embodiment, in addition to the output of the crank angle sensor 38, a highly accurate in-cylinder pressure estimated value is calculated by using a model formula using a Wiebe function that is a heat generation pattern model. The specific procedure will be described below. 2 and 3 are flowcharts of routines executed by the ECU 50 in the present embodiment in order to calculate the in-cylinder pressure estimated value.

これらのルーチンによれば、まず、クランク角速度ωの履歴が検出される。具体的には、クランク角センサ38の出力に基づいて、クランク角θの履歴が時間tの関数θ(t)として取得される(図2のステップ100,102)。次いで、θ(t)を時間tで微分することにより、クランク角速度履歴ω(t)が算出され(ステップ104)、そのω(t)をクランク角θの関数に変換することにより、クランク角速度履歴ω(θ)が算出される(ステップ106)。   According to these routines, first, the history of the crank angular speed ω is detected. Specifically, the history of the crank angle θ is acquired as a function θ (t) of the time t based on the output of the crank angle sensor 38 (steps 100 and 102 in FIG. 2). Next, the crank angular speed history ω (t) is calculated by differentiating θ (t) with respect to time t (step 104), and by converting the ω (t) into a function of the crank angle θ, the crank angular speed history is calculated. ω (θ) is calculated (step 106).

これとともに、負荷率KLの履歴が検出される。具体的には、エアフローメータ16で検出される吸入空気量Gaに基づいて負荷率履歴KL(t)が算出され(ステップ108,110)、このKL(t)をθの関数に変換することにより、負荷率履歴KL(θ)が算出される(ステップ112)。   Along with this, a history of the load factor KL is detected. Specifically, the load factor history KL (t) is calculated based on the intake air amount Ga detected by the air flow meter 16 (steps 108 and 110), and the KL (t) is converted into a function of θ. A load factor history KL (θ) is calculated (step 112).

更に、エンジンオイル温度Toの履歴が検出される。具体的には、油温センサ42の出力に基づいて、エンジンオイル温度履歴To(t)が算出され(ステップ114,116)、このTo(t)をθの関数に変換することにより、エンジンオイル温度履歴To(θ)が算出される(ステップ118)。 Moreover, the history of the engine oil temperature T o is detected. Specifically, based on the output of the oil temperature sensor 42, an engine oil temperature history T o (t) is calculated (step 114, 116), by converting the T o (t) is a function of theta, engine oil temperature history T o (theta) is calculated (step 118).

続いて、以上算出されたクランク角速度履歴ω(θ)、負荷率履歴KL(θ)およびエンジンオイル温度履歴To(θ)を用いて、内燃機関10の機械損失(ピストン34、クランク軸36等のフリクション)によって生ずる機械損失トルクTfの履歴が算出される(ステップ120)。機械損失トルクTfは、クランク角速度ωが高いほど大きく、また、負荷率KLが高いほど大きく、更に、エンジンオイル温度Toが低いほど大きい。ECU50には、これらの傾向を表したマップが予め記憶されており、ステップ120では、そのマップに基づいて、機械損失トルク履歴Tf(θ)が算出される。 Subsequently, calculated over the crank angular history omega (theta), load factor history KL (theta) and using the engine oil temperature history T o (theta), mechanical loss of the engine 10 (the piston 34, the crankshaft 36 or the like The history of the mechanical loss torque T f generated by the friction (step 120) is calculated (step 120). The mechanical loss torque T f, larger as the crank angular velocity ω is high, also as the load factor KL is high increases further, larger as the engine oil temperature T o is low. The ECU 50 stores a map representing these tendencies in advance, and in step 120, the mechanical loss torque history T f (θ) is calculated based on the map.

また、図2に示すルーチンによれば、更に、内燃機関10の慣性モーメントJの履歴と、内燃機関10の運動部材(ピストン34等)の慣性により生ずる慣性質量トルクTmの履歴とが算出される(ステップ122,124)。慣性モーメントJおよび慣性質量トルクTmは、設計値より、クランク角θの関数として求めることができる。そこで、ステップ122,124においては、ECU50に予め記憶されたマップあるいは数式に基づいて、慣性モーメント履歴J(θ)および慣性質量トルク履歴Tm(θ)が算出される。 Further, according to the routine shown in FIG. 2, further, a history of the moment of inertia J of the engine 10, and the history of the inertial mass torque T m generated by the inertia of the moving member of the internal combustion engine 10 (piston 34 or the like) is calculated (Steps 122 and 124). The inertia moment J and the inertia mass torque T m can be obtained from the design values as a function of the crank angle θ. Therefore, in steps 122 and 124, the inertia moment history J (θ) and the inertia mass torque history T m (θ) are calculated based on a map or mathematical formula stored in advance in the ECU 50.

ここで、内燃機関10の筒内圧Pcがピストン34に及ぼす力によって生ずるトルク(以下「筒内圧トルク」という)をTpとすると、クランク軸36の運動方程式は、下記(1)式で表される。よって、筒内圧トルクTpは、下記(2)式で表される。 Here, assuming that the torque generated by the force exerted on the piston 34 by the in-cylinder pressure P c of the internal combustion engine 10 (hereinafter referred to as “in-cylinder pressure torque”) is T p , the equation of motion of the crankshaft 36 is expressed by the following equation (1). Is done. Therefore, the in-cylinder pressure torque T p is expressed by the following equation (2).

Figure 0004788640
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図2に示すルーチンによれば、上述の処理によって算出されたクランク角速度履歴ω(θ)、機械損失トルク履歴Tf(θ)、慣性モーメント履歴J(θ)および慣性質量トルク履歴Tm(θ)を、上記(2)式に代入することにより、筒内圧トルク履歴Tp(θ)が算出される(ステップ126)。 According to the routine shown in FIG. 2, the crank angular velocity history ω (θ), mechanical loss torque history T f (θ), inertia moment history J (θ), and inertia mass torque history T m (θ ) Is substituted into the above equation (2) to calculate the in-cylinder pressure torque history T p (θ) (step 126).

続いて、クランク角θに対する筒内容積Vの変化率dV(θ)/dθの履歴が算出される(ステップ128)。筒内容積変化率dV(θ)/dθは、クランク角θに応じて幾何学的に決まるので、設計値から求めることができる。そこで、ステップ128においては、ECU50に予め記憶されたマップあるいは数式に基づいて、筒内容積変化率履歴dV(θ)/dθが算出される。   Subsequently, a history of the rate of change dV (θ) / dθ of the in-cylinder volume V with respect to the crank angle θ is calculated (step 128). Since the in-cylinder volume change rate dV (θ) / dθ is geometrically determined according to the crank angle θ, it can be obtained from the design value. Therefore, in step 128, the in-cylinder volume change rate history dV (θ) / dθ is calculated based on a map or mathematical expression stored in advance in the ECU 50.

続いて、筒内圧履歴Pc(θ)が算出される(ステップ130)。筒内圧Pc、筒内圧トルクTpおよび筒内容積変化率dV(θ)/dθの間には、力学上、下記(3)式が成立する。そこで、このステップ130では、下記(3)式に、上記ステップ126で求められたTp(θ)と、上記ステップ128で求められたdV(θ)/dθとを代入することにより、筒内圧履歴Pc(θ)が算出される。 Subsequently, the in-cylinder pressure history P c (θ) is calculated (step 130). The following formula (3) is established in terms of dynamics between the in-cylinder pressure P c , the in-cylinder pressure torque T p, and the in-cylinder volume change rate dV (θ) / dθ. Therefore, in step 130, the in-cylinder pressure is substituted by substituting T p (θ) obtained in step 126 and dV (θ) / dθ obtained in step 128 into the following equation (3). A history P c (θ) is calculated.

Figure 0004788640
Figure 0004788640

ここで、本実施形態において用いる、Wiebe関数を利用したモデル式について説明する。Wiebe関数によれば、クランク角θにおける質量燃焼割合Xbは、下記(4)式で表すことができる。 Here, the model formula using the Wiebe function used in the present embodiment will be described. According to the Wiebe function, the mass combustion ratio Xb at the crank angle θ can be expressed by the following equation (4).

Figure 0004788640
Figure 0004788640

ただし、θbは熱発生が開始するクランク角、θpは燃焼期間、mは形状パラメータ、aは所定の定数である。 Here, θ b is a crank angle at which heat generation starts, θ p is a combustion period, m is a shape parameter, and a is a predetermined constant.

また、燃料の燃焼により発生する熱量をQとすると、熱発生率dQ/dθは、上記(4)式を微分した式を用いることにより、次式(5)で表すことができる。   Further, assuming that the amount of heat generated by the combustion of fuel is Q, the heat generation rate dQ / dθ can be expressed by the following equation (5) by using an equation obtained by differentiating the above equation (4).

Figure 0004788640
Figure 0004788640

ただし、Qfは筒内に供給された燃料が有する熱量、kは燃料の熱量Qfが実際に熱に変換される効率を表す効率パラメータである。 However, Q f is an amount of heat that the fuel supplied into the cylinder has, and k is an efficiency parameter that represents the efficiency with which the amount of heat Q f of the fuel is actually converted into heat.

上記(5)式と、下記(6)式で表される熱力学第1法則とから、下記(7)式が得られる。   The following equation (7) is obtained from the above equation (5) and the first law of thermodynamics expressed by the following equation (6).

Figure 0004788640
Figure 0004788640

ただし、γは比熱比である。上記(7)式が本実施形態で用いるモデル式である。このモデル式において、燃料の熱量Qfは、空燃比あるいは燃料噴射量等に基づいて算出することができる。比熱比γは、既知の値である。また、本実施形態おいて、aは、前述したように所定の定数(例えば6.9)とする。そして、dθ/dt(=ω)、筒内容積変化率dV(θ)/dθ、筒内容積V(θ)は、前述した処理で算出されたクランク角速度ωの履歴および筒内容積変化率dV(θ)/dθの履歴から求めることができる。よって、上記モデル式中の未定パラメータは、効率パラメータk、形状パラメータm、熱発生開始クランク角θbおよび燃焼期間θpの4つとなる。 However, (gamma) is a specific heat ratio. The above equation (7) is a model equation used in this embodiment. In this model equation, the heat quantity Q f of the fuel can be calculated based on the air-fuel ratio or the fuel injection amount. The specific heat ratio γ is a known value. In the present embodiment, a is a predetermined constant (for example, 6.9) as described above. Then, dθ / dt (= ω), the in-cylinder volume change rate dV (θ) / dθ, and the in-cylinder volume V (θ) are the history of the crank angular velocity ω calculated in the above-described process and the in-cylinder volume change rate dV. It can be obtained from the history of (θ) / dθ. Therefore, there are four undetermined parameters in the above model equation: efficiency parameter k, shape parameter m, heat generation start crank angle θ b, and combustion period θ p .

上記ステップ130で筒内圧履歴Pc(θ)が算出された後は、上記未定パラメータk、m、θbおよびθpの値を決定するべく、最後の(直近の)サイクルの吸気弁閉時期(以下「IVC」という)から排気弁開時期(以下「EVO」という)までの間の複数点の筒内圧Pc(θ)が抽出される(図3のステップ132)。 After the in-cylinder pressure history P c (θ) is calculated in step 130, the intake valve closing timing of the last (most recent) cycle is determined in order to determine the values of the undetermined parameters k, m, θ b and θ p. A plurality of in-cylinder pressures P c (θ) from (hereinafter referred to as “IVC”) to the exhaust valve opening timing (hereinafter referred to as “EVO”) are extracted (step 132 in FIG. 3).

クランク角センサ38は、所定の計測刻みΔθ(例えば10度または30度)毎に、クランク角θを検出する。ステップ132では、IVCからEVOまでの計測刻みΔθ毎の筒内圧Pc(θ)を、上記ステップ130で算出された筒内圧履歴Pc(θ)から抽出する。よって、ここで抽出されるデータ数nは、IVCからEVOまでのクランク角期間を計測刻みΔθで割ったときの商に等しい。本実施形態では、このデータ数nは、上記モデル式の未定パラメータの数以上、つまり4以上であればよい。 The crank angle sensor 38 detects the crank angle θ every predetermined measurement interval Δθ (for example, 10 degrees or 30 degrees). In step 132, the in-cylinder pressure P c (θ) for each measurement increment Δθ from IVC to EVO is extracted from the in-cylinder pressure history P c (θ) calculated in step 130. Therefore, the number n of data extracted here is equal to the quotient obtained by dividing the crank angle period from IVC to EVO by the measurement increment Δθ. In the present embodiment, the number of data n may be equal to or greater than the number of undetermined parameters in the model formula, that is, 4 or more.

上記ステップ132によってn個の筒内圧Pc(θ)のデータが抽出されたら、その各データを上記(7)式に代入することにより、k、m、θbおよびθpの4つの未定パラメータを変数として含むn個(n≧4)の式が生成される(ステップ134)。これらn個の式を、連立方程式として、あるいは最小二乗法を用いて解くことにより、k、m、θbおよびθpがそれぞれ算出される(ステップ136)。 When n pieces of data of the in-cylinder pressure P c (θ) are extracted in the above step 132, the respective undetermined parameters k, m, θ b and θ p are substituted by substituting each data into the above equation (7). Are generated as variables (n ≧ 4) (step 134). K, m, θ b and θ p are respectively calculated by solving these n equations as simultaneous equations or using the least square method (step 136).

上記ステップ136で算出されたk、m、θbおよびθpは、下記(8)式に代入される(ステップ138)。 The k, m, θ b and θ p calculated in step 136 are substituted into the following equation (8) (step 138).

Figure 0004788640
Figure 0004788640

上記(8)式は、上記(7)式中の筒内圧Pc(θ)を補正後筒内圧Pw(θ)で置き換えた式である。この(8)式をPw(θ)の微分方程式として解くことにより、補正後筒内圧履歴Pw(θ)が算出される(ステップ140)。 The above equation (8) is an equation in which the in-cylinder pressure P c (θ) in the above equation (7) is replaced with the corrected in-cylinder pressure P w (θ). By solving the equation (8) as a differential equation of P w (θ), a corrected in-cylinder pressure history P w (θ) is calculated (step 140).

このようにして算出された補正後筒内圧履歴Pw(θ)は、高精度な筒内圧推定値として用いることができる。すなわち、上記ステップ130で算出された筒内圧履歴Pc(θ)には、クランク角センサ38のノイズに起因する誤差が含まれているが、Wiebe関数を利用した上記モデル式を用いて算出された補正後筒内圧履歴Pw(θ)においては、クランク角センサ38のノイズによる誤差が精度良く補正されている。また、補正後筒内圧履歴Pw(θ)によれば、所望の(任意の)クランク角θにおける補正後筒内圧Pw(θ)を精度良く算出することができる。このため、クランク角センサ38の計測刻みΔθの大きさにかかわらず、より細かいクランク角刻みで補正後筒内圧Pw(θ)を精度良く算出することができる。 The corrected in-cylinder pressure history P w (θ) calculated in this way can be used as a highly accurate in-cylinder pressure estimation value. That is, the in-cylinder pressure history P c (θ) calculated in step 130 includes an error due to the noise of the crank angle sensor 38, but is calculated using the above model formula using the Wiebe function. In the corrected in-cylinder pressure history P w (θ), the error due to the noise of the crank angle sensor 38 is corrected with high accuracy. Further, according to the corrected in-cylinder pressure history P w (theta), it is possible to accurately calculate the desired the corrected in (any) crank angle theta cylinder pressure P w (theta). For this reason, the corrected in-cylinder pressure P w (θ) can be accurately calculated with finer crank angle increments regardless of the magnitude of the measurement increment Δθ of the crank angle sensor 38.

よって、本実施形態では、補正後筒内圧Pw(θ)を筒内圧推定値として用いることにより、例えば燃料性状検出、失火検出、筒内状態量(燃焼割合等)をベースとする制御など、筒内圧を利用した制御を精度良く実行することができる。 Therefore, in the present embodiment, by using the corrected in-cylinder pressure P w (θ) as the in-cylinder pressure estimation value, for example, control based on fuel property detection, misfire detection, in-cylinder state quantity (combustion ratio, etc.) Control using the in-cylinder pressure can be executed with high accuracy.

また、上述した実施の形態1においては、ECU50が、上記ステップ100〜132の処理を実行することにより前記第8の発明における「筒内圧取得手段」が、上記ステップ134および136の処理を実行することにより前記第8の発明における「パラメータ決定手段」が、上記ステップ138および140の処理を実行することにより前記第8の発明における「筒内圧推定手段」が、上記ステップ100〜106の処理を実行することにより前記第10の発明における「クランク角速度取得手段」が、上記ステップ108〜120の処理を実行することにより前記第10の発明における「機械損失トルク算出手段」が、上記ステップ124の処理を実行することにより前記第10の発明における「慣性質量トルク算出手段」が、上記ステップ126の処理を実行することにより前記第10の発明における「筒内圧トルク算出手段」が、上記ステップ128の処理を実行することにより前記第10の発明における「筒内容積変化率算出手段」が、上記ステップ130の処理を実行することにより前記第10の発明における「筒内圧算出手段」が、それぞれ実現されている。   In the first embodiment described above, the ECU 50 executes the processes of steps 100 to 132, so that the “cylinder pressure acquisition means” in the eighth aspect of the invention executes the processes of steps 134 and 136. As a result, the “parameter determining means” in the eighth invention executes the processes in steps 138 and 140, whereby the “in-cylinder pressure estimating means” in the eighth invention executes the processes in steps 100 to 106. As a result, the “crank angular velocity acquisition means” in the tenth aspect of the invention executes the processing of steps 108 to 120, so that the “mechanical loss torque calculation means” in the tenth aspect of the invention performs the processing of step 124. By executing the “inertial mass torque calculating means” in the tenth aspect of the invention, By executing the process of step 126, the “in-cylinder pressure torque calculating means” in the tenth aspect of the invention is executed, and by executing the processing of step 128, the “in-cylinder volume change rate calculating means” in the tenth aspect of the invention is executed. The “in-cylinder pressure calculating means” according to the tenth aspect of the present invention is implemented by executing the processing of step 130 described above.

実施の形態2.
次に、図4乃至図6を参照して、本発明の実施の形態2について説明するが、上述した実施の形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
Embodiment 2. FIG.
Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4 to FIG. 6. The description will focus on the differences from the first embodiment described above, and the same matters will be described. Simplify or omit.

[実施の形態2の特徴]
複数の気筒を有する内燃機関10においては、上記(2)式で算出される筒内圧トルクTpは、それら複数気筒の筒内圧トルクが足し合わせられたものである。このため、上記(3)式では、筒内圧Pcを気筒別に算出することはできない。本実施形態は、気筒別の筒内圧を算出できるように、実施の形態1に改良を施したものである。なお、以下の説明において、内燃機関10は、#1〜#4の4つの気筒を有しているものとする。また、以下の説明において、各記号の添え字のiは、気筒番号を表す。すなわち、(i=1,2,3,4)である。
[Features of Embodiment 2]
In the internal combustion engine 10 having a plurality of cylinders, the in-cylinder pressure torque T p calculated by the above equation (2) is the sum of the in-cylinder pressure torques of the plurality of cylinders. For this reason, in the above equation (3), the in-cylinder pressure Pc cannot be calculated for each cylinder. In this embodiment, the first embodiment is improved so that the in-cylinder pressure for each cylinder can be calculated. In the following description, it is assumed that the internal combustion engine 10 has four cylinders # 1 to # 4. In the following description, the subscript i of each symbol represents a cylinder number. That is, (i = 1, 2, 3, 4).

図4乃至図6は、気筒別の筒内圧推定値を算出するために本実施形態においてECU50が実行するルーチンのフローチャートである。   FIGS. 4 to 6 are flowcharts of routines executed by the ECU 50 in the present embodiment in order to calculate the estimated cylinder pressure for each cylinder.

これらのルーチンによれば、まず、筒内圧トルク履歴Tp(θ)が算出される(図4のステップ142)。このステップ142の処理は、前述した実施の形態1のステップ100〜126の処理と同様である。 According to these routines, first, the in-cylinder pressure torque history T p (θ) is calculated (step 142 in FIG. 4). The processing in step 142 is the same as the processing in steps 100 to 126 in the first embodiment described above.

続いて、#1気筒の筒内容積変化率履歴dV1(θ)/dθと、#2気筒の筒内容積変化率履歴dV2(θ)/dθと、#3気筒の筒内容積変化率履歴dV3(θ)/dθと、#4気筒の筒内容積変化率履歴dV4(θ)/dθとがそれぞれ算出される(ステップ144,146,148,150)。この場合、各気筒の筒内容積変化率dV(θ)/dθは、ECU50に予め記憶された気筒毎のマップあるいは数式に基づいて算出することができる。 Subsequently, the cylinder volume change rate history dV 1 (θ) / dθ of the # 1 cylinder, the cylinder volume change rate history dV 2 (θ) / dθ of the # 2 cylinder, and the cylinder volume change rate of the # 3 cylinder The history dV 3 (θ) / dθ and the cylinder volume change rate history dV 4 (θ) / dθ of the # 4 cylinder are respectively calculated (steps 144, 146, 148, 150). In this case, the in-cylinder volume change rate dV (θ) / dθ of each cylinder can be calculated based on a map or formula for each cylinder stored in advance in the ECU 50.

ここで、#1〜#4の各気筒の筒内圧をそれぞれPc1,Pc2,Pc3,Pc4とし、現在のクランク角をθ0とすると、現在の筒内圧トルクTp0)は、下記(9)式で表すことができる。 Here, assuming that the in-cylinder pressures of the cylinders # 1 to # 4 are P c1 , P c2 , P c3 , and P c4 and the current crank angle is θ 0 , the current in-cylinder pressure torque T p0 ) Can be represented by the following formula (9).

Figure 0004788640
Figure 0004788640

同様にして、クランク角センサ38の1計測刻み前の筒内圧トルクTp0−Δθ)、2計測刻み前の筒内圧トルクTp0−2Δθ)、3計測刻み前の筒内圧トルクTp0−3Δθ)は、それぞれ、下記(10)〜(12)式で表すことができる。 Similarly, the in-cylinder pressure torque T p0 −Δθ) before one measurement step of the crank angle sensor 38, the in-cylinder pressure torque T p0 −2Δθ) before the measurement step, and the in-cylinder pressure before three measurement steps. The torque T p0 −3Δθ) can be expressed by the following equations (10) to (12), respectively.

Figure 0004788640
Figure 0004788640

なお、上記(9)〜(12)式中のdVi0)/dθ,dVi0−Δθ)/dθ,dVi0−2Δθ)/dθ,dVi0−3Δθ)/dθ(i=1,2,3,4)は、それぞれ、上記ステップ144〜150で算出された筒内容積変化率dVi(θ)/dθから抽出することができる。 In the above equations (9) to (12), dV i0 ) / dθ, dV i0 −Δθ) / dθ, dV i0 −2Δθ) / dθ, dV i0 − 3Δθ) / dθ (i = 1, 2, 3, 4) can be extracted from the in-cylinder volume change rate dV i (θ) / dθ calculated in steps 144 to 150, respectively.

ここで、本実施形態では、一定時間、具体的には(θ0−3Δθ)≦θ≦θ0の間、各気筒の筒内圧Pciが変化しないと仮定する。すなわち、下記(13)式を仮定する。 Here, in the present embodiment, it is assumed that the in-cylinder pressure P ci of each cylinder does not change for a certain period of time, specifically, for (θ 0 −3Δθ) ≦ θ ≦ θ 0 . That is, the following equation (13) is assumed.

Figure 0004788640
Figure 0004788640

本実施形態では、上記(13)式の仮定の下で、各気筒の筒内圧Pci0)を算出する。すなわち、まず、上記(13)式を上記(9)〜(12)式に代入することにより、Pci0−Δθ),Pci0−2Δθ),Pci0−3Δθ)(i=1,2,3,4)を消去する(図5のステップ152)。 In the present embodiment, the in-cylinder pressure P ci0 ) of each cylinder is calculated under the assumption of the above equation (13). That is, first, P ci0 −Δθ), P ci0 −2Δθ), P ci0 −3Δθ) is obtained by substituting the above equation (13) into the above equations (9) to (12). ) (I = 1, 2, 3, 4) is deleted (step 152 in FIG. 5).

これにより、上記(9)〜(12)式は、4つの未知数Pci0)(i=1,2,3,4)を含む4つの式となるので、これらを連立方程式として解くことにより、Pci0)(i=1,2,3,4)、すなわち、#1〜#4気筒の現在の気筒別筒内圧を算出することができる(ステップ154)。 As a result, the above equations (9) to (12) become four equations including four unknowns P ci0 ) (i = 1, 2, 3, 4), so these are solved as simultaneous equations. Thus, P ci0 ) (i = 1, 2, 3, 4), that is, the current cylinder-by-cylinder pressure for the cylinders # 1 to # 4 can be calculated (step 154).

続いて、現在クランク角θ0が下記(14)式により更新され(ステップ156)、上記ステップ154の処理が再度実行される。すなわち、現在クランク角θ0が、クランク角センサ38の1計測刻みΔθ分だけ進められた後、気筒別筒内圧Pci0)(i=1,2,3,4)が再度算出される。
θ0=θ0+Δθ ・・・(14)
Subsequently, the current crank angle θ 0 is updated by the following equation (14) (step 156), and the processing of step 154 is executed again. That is, after the current crank angle θ 0 is advanced by one measurement increment Δθ of the crank angle sensor 38, the cylinder internal cylinder pressure P ci0 ) (i = 1, 2, 3, 4) is calculated again. The
θ 0 = θ 0 + Δθ (14)

そして、上記ステップ152〜156のループが、内燃機関10の1サイクル分、すなわちクランク角720度分の気筒別筒内圧Pci0)(i=1,2,3,4)を取得するまで、繰り返し実行される。 Then, the loop of steps 152 to 156 acquires the cylinder internal cylinder pressure P ci0 ) (i = 1, 2, 3, 4) for one cycle of the internal combustion engine 10, that is, the crank angle of 720 degrees. Until it is executed repeatedly.

続いて、正確な気筒別筒内圧推定値を求めたい気筒(ここでは、最後にEVOを迎えた気筒とする)を#i気筒としたとき、この#i気筒の最後のサイクルのIVCからEVOまでの間のni点の筒内圧Pci(θ)が、上記152〜156の処理により算出されたデータの中から抽出される(ステップ158)。このデータ数niは、実施の形態1と同様に、#i気筒の最後IVCからEVOまでのクランク角期間を計測刻みΔθで割ったときの商であり、モデル式の未定パラメータの数以上、つまり4以上であればよい。 Next, when the cylinder for which the cylinder internal pressure estimate for each cylinder is to be calculated accurately (here, the cylinder that finally reached EVO) is #i cylinder, from the last cycle IVC to EVO of this #i cylinder The in-cylinder pressure P ci (θ) at the point n i is extracted from the data calculated by the above-described processes 152 to 156 (step 158). This number of data n i is the quotient when the crank angle period from the last IVC of the #i cylinder to EVO is divided by the measurement increment Δθ, as in the first embodiment, and is equal to or greater than the number of undetermined parameters in the model formula. That is, it may be 4 or more.

続いて、上記ステップ158によって抽出されたni個のデータが下記(15)式に代入される(図6のステップ160)。 Subsequently, the n i pieces of data extracted in step 158 are substituted into the following equation (15) (step 160 in FIG. 6).

Figure 0004788640
Figure 0004788640

上記(15)式は、本実施形態で用いるモデル式であり、実施の形態1における(7)式と同様である。上記ステップ160の処理により、ki、mi、θbiおよびθpiの4つの未定パラメータを変数として含むni個(ni≧4)の式が生成される。これらni個の式を、連立方程式として、あるいは最小二乗法を用いて解くことにより、#i気筒のモデル式におけるki、mi、θbiおよびθpiがそれぞれ算出される(ステップ162)。 The above equation (15) is a model equation used in the present embodiment, and is the same as the equation (7) in the first embodiment. By the process of step 160, n i (n i ≧ 4) expressions including four undetermined parameters k i , m i , θ bi and θ pi as variables are generated. By solving these n i equations as simultaneous equations or using the least squares method, k i , m i , θ bi and θ pi in the model equation of the #i cylinder are respectively calculated (step 162). .

上記ステップ162で算出されたki、mi、θbiおよびθpiは、下記(16)式に代入される(ステップ164)。 The k i , m i , θ bi and θ pi calculated in step 162 are substituted into the following equation (16) (step 164).

Figure 0004788640
Figure 0004788640

上記(16)式は、上記(15)式中の筒内圧Pci(θ)を補正後筒内圧Pwi(θ)で置き換えた式である。この(16)式をPwi(θ)の微分方程式として解くことにより、#i気筒の補正後筒内圧履歴Pwi(θ)が算出される(ステップ166)。 The above expression (16) is an expression in which the in-cylinder pressure P ci (θ) in the above expression (15) is replaced with the corrected in-cylinder pressure P wi (θ). By solving the equation (16) as a differential equation of P wi (θ), a corrected in-cylinder pressure history P wi (θ) of the #i cylinder is calculated (step 166).

以上説明したように、本実施形態によれば、複数気筒を有する内燃機関10の気筒別の筒内圧推定値(補正後筒内圧履歴Pwi(θ))を高精度に算出することができる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to calculate the cylinder pressure estimated value (corrected cylinder pressure history P wi (θ)) for each cylinder of the internal combustion engine 10 having a plurality of cylinders with high accuracy.

また、上述した実施の形態2においては、ECU50が、上記ステップ142の処理を実行することにより前記第12の発明における「全気筒筒内圧トルク算出手段」が、上記ステップ144〜150の処理を実行することにより前記第12の発明における「筒内容積変化率算出手段」が、上記ステップ152〜156の処理を実行することにより前記第12の発明における「気筒別筒内圧算出手段」が、それぞれ実現されている。   In the second embodiment described above, the ECU 50 executes the process of step 142, whereby the “all-cylinder in-cylinder pressure torque calculating means” in the twelfth aspect of the invention executes the processes of steps 144 to 150. As a result, the “cylinder volume change rate calculating means” in the twelfth aspect of the invention realizes the “cylinder-specific in-cylinder pressure calculating means” of the twelfth aspect of the invention by executing the processing of steps 152 to 156, respectively. Has been.

実施の形態3.
次に、図7乃至図10を参照して、本発明の実施の形態3について説明するが、上述した実施の形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
Embodiment 3 FIG.
Next, the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7 to FIG. 10. The description will focus on the differences from the first embodiment described above, and the same matters will be described. Simplify or omit.

[実施の形態3の特徴]
前述した実施の形態2における上記(13)式の仮定は、クランク角センサ38の計測刻みΔθが大きい場合には、成立しにくくなる。このため、気筒別筒内圧推定値(Pwi)の推定精度を十分に確保できない場合もある。本実施形態では、そのような場合であっても十分な推定精度を得るべく、クランク角速度ω(θ)の波形を適切な関数を用いて補間することにより、計算上のクランク角刻みを小さくすることとした。
[Features of Embodiment 3]
The assumption of the above equation (13) in the second embodiment is difficult to be established when the measurement increment Δθ of the crank angle sensor 38 is large. For this reason, the estimation accuracy of the cylinder-specific in-cylinder pressure estimation value (P wi ) may not be sufficiently secured. In this embodiment, in order to obtain sufficient estimation accuracy even in such a case, the crank angular increment is reduced by interpolating the waveform of the crank angular velocity ω (θ) using an appropriate function. It was decided.

図7乃至図10は、気筒別の筒内圧推定値を算出するために本実施形態においてECU50が実行するルーチンのフローチャートである。   FIGS. 7 to 10 are flowcharts of routines executed by the ECU 50 in the present embodiment in order to calculate the estimated cylinder pressure for each cylinder.

これらのルーチンによれば、まず、クランク角速度履歴ω(θ)が算出される(図7のステップ168)。この処理は、前述した実施の形態1のステップ100〜106の処理と同様である。   According to these routines, first, the crank angular velocity history ω (θ) is calculated (step 168 in FIG. 7). This processing is the same as the processing in steps 100 to 106 of the first embodiment described above.

本実施形態では、クランク角速度ω(θ)の波形を、下記(17)式の3次関数により補間することとした。   In this embodiment, the waveform of the crank angular velocity ω (θ) is interpolated by the cubic function of the following equation (17).

Figure 0004788640
Figure 0004788640

上記ステップ168の処理に続いて、上記(17)式中の4つの未定係数α3,α2,α1,α0を決定するため、現在のクランク角θ0、クランク角センサ38の1計測刻み前のクランク角(θ0−Δθ)、2計測刻み前のクランク角(θ0−2Δθ)、3計測刻み前のクランク角(θ0−3Δθ)、の4つの時点におけるクランク角速度ωが、上記クランク角速履歴から抽出される(ステップ170)。すなわち、ω(θ0−3Δθ),ω(θ0−2Δθ),ω(θ0−Δθ),ω(θ0)が抽出される。 Subsequent to the processing of step 168, in order to determine the four undetermined coefficients α 3 , α 2 , α 1 , α 0 in the equation (17), the current crank angle θ 0 and one measurement of the crank angle sensor 38 are measured. Crank angle speed ω at four points of time: crank angle before ticking (θ 0 −Δθ), crank angle before ticking (θ 0 −2Δθ), crank angle before ticking (θ 0 −3Δθ), Extracted from the crank angular speed history (step 170). That is, ω (θ 0 −3Δθ), ω (θ 0 −2Δθ), ω (θ 0 −Δθ), and ω (θ 0 ) are extracted.

続いて、上記ステップ170で抽出されたω(θ0−3Δθ),ω(θ0−2Δθ),ω(θ0−Δθ),ω(θ0)の値が上記(17)式に代入される(ステップ172)。これにより、未知数4、式数4の連立方程式が得られるので、この連立方程式を解くことにより、係数α3,α2,α1,α0の値を算出することができる(ステップ174)。 Subsequently, the values of ω (θ 0 −3Δθ), ω (θ 0 −2Δθ), ω (θ 0 −Δθ), and ω (θ 0 ) extracted in step 170 are substituted into the equation (17). (Step 172). As a result, simultaneous equations of unknown number 4 and equation number 4 are obtained, and the values of coefficients α 3 , α 2 , α 1 and α 0 can be calculated by solving the simultaneous equations (step 174).

次いで、算出された係数α3,α2,α1,α0の値が、下記(18)式に代入される(ステップ176)。 Next, the calculated values of the coefficients α 3 , α 2 , α 1 , α 0 are substituted into the following equation (18) (step 176).

Figure 0004788640
Figure 0004788640

上記(18)式中のωcは、補間後クランク角速度である。この(18)式によれば、クランク角センサ38の計測刻みΔθよりも大幅に小さい計算刻みΔθc(例えば、Δθc=0.1度)で、補間後クランク角速度ωcを精度良く算出することができる。 In the above equation (18), ω c is the post-interpolation crank angular velocity. According to the equation (18), the post-interpolation crank angular velocity ω c is accurately calculated with a calculation step Δθ c (for example, Δθ c = 0.1 degree) that is significantly smaller than the measurement step Δθ of the crank angle sensor 38. be able to.

本実施形態では、更に精度を向上するため、(θ0−3Δθ)、(θ0−2Δθ)、(θ0−Δθ)、θ0の4点を用いて求めた上記(18)式の補間後クランク角速度ωcのうち、(θ0−2Δθ)から(θ0−Δθ)までを使用することとした。そこで、本実施形態では、上記ステップ176の処理に続いて、上記(18)式により、(θ0−2Δθ)から(θ0−Δθ)まで、計算刻みΔθc毎に補間後クランク角速度ωcが算出される(ステップ178)。すなわち、θ=(θ0−2Δθ,θ0−2Δθ+Δθc,θ0−2Δθ+2Δθc,・・・,θ0−Δθ)のときの補間後クランク角速度ωcが算出される。 In this embodiment, in order to further improve the accuracy, the interpolation of the above equation (18) obtained using four points (θ 0 −3Δθ), (θ 0 −2Δθ), (θ 0 −Δθ), and θ 0 is performed. of the rear crank angular speed omega c, it was decided to use the up (θ 0 -Δθ) from (θ 0 -2Δθ). Therefore, in this embodiment, following the process in step 176, the above equation (18), (θ 0 -2Δθ) from to (θ 0 -Δθ), after interpolation for every calculation increments [Delta] [theta] c crank angular speed omega c Is calculated (step 178). That is, the post-interpolation crank angular velocity ω c when θ = (θ 0 −2Δθ, θ 0 −2Δθ + Δθ c , θ 0 −2Δθ + 2Δθ c ,..., Θ 0 −Δθ) is calculated.

続いて、現在クランク角θ0が下記(19)式により更新され(ステップ180)、上記ステップ170〜180の処理が再度実行される。すなわち、現在クランク角θ0が、クランク角センサ38の1計測刻みΔθ分だけ進められた後、(θ0−2Δθ)から(θ0−Δθ)までの補間後クランク角速度ωcが計算刻みΔθc毎に算出される。
θ0=θ0+Δθ ・・・(19)
Subsequently, the current crank angle θ 0 is updated by the following equation (19) (step 180), and the processing of steps 170 to 180 is executed again. That is, the current crank angle theta 0, after being advanced by one measurement increment Δθ min crank angle sensor 38, (θ 0 -2Δθ) from (θ 0 -Δθ) to the interpolated crank angular omega c is calculated increments Δθ Calculated every c .
θ 0 = θ 0 + Δθ (19)

そして、上記ステップ170〜180のループが、内燃機関10の1サイクル分、すなわちクランク角720度分、繰り返し実行される。これにより、計算刻みΔθc毎の720度分の補間後クランク角速度ωcの履歴を取得することができる。 The loop of steps 170 to 180 is repeatedly executed for one cycle of the internal combustion engine 10, that is, for a crank angle of 720 degrees. Thereby, a history of the post-interpolation crank angular velocity ω c for 720 degrees for each calculation step Δθ c can be acquired.

上記の処理とともに、負荷率履歴KL(θ)が算出される(図8のステップ182)。この算出処理は、前述した実施の形態1のステップ108〜112の処理と同様である。また、エンジンオイル履歴To(θ)が算出される(ステップ184)。この算出処理は、前述した実施の形態1のステップ148〜118の処理と同様である。 Along with the above processing, the load factor history KL (θ) is calculated (step 182 in FIG. 8). This calculation processing is the same as the processing in steps 108 to 112 of the first embodiment described above. The engine oil history T o (theta) is calculated (step 184). This calculation processing is the same as the processing in steps 148 to 118 of the first embodiment described above.

続いて、以上の処理によって算出された補間後クランク角速度ωcの履歴と、負荷率履歴KL(θ)と、エンジンオイル温度履歴To(θ)とに基づいて、機械損失トルクTfの履歴が計算刻みΔθc毎に算出される(ステップ186)。この算出処理は、前述した実施の形態1のステップ120の処理と同様である。 Subsequently, the above history interpolated crank angular omega c calculated by the processing, the load factor history KL (theta), based on the engine oil temperature history T o (theta), the history of the mechanical loss torque T f Is calculated for each calculation step Δθ c (step 186). This calculation process is the same as the process in step 120 of the first embodiment.

続いて、下記(20)式に基づいて、計算刻みΔθc毎の筒内圧トルクTp(θ)の履歴が算出される(ステップ188)。なお、下記(20)式は、実施の形態1で説明した(2)式と同様の式である。 Subsequently, a history of in-cylinder pressure torque T p (θ) for each calculation step Δθ c is calculated based on the following equation (20) (step 188). The following equation (20) is the same as the equation (2) described in the first embodiment.

Figure 0004788640
Figure 0004788640

#1〜#4の各気筒の筒内圧をそれぞれPc1,Pc2,Pc3,Pc4とすると、クランク角θ00における筒内圧トルクTp00)、その1計算刻みΔθc前の筒内圧トルクTp00−Δθc)、2計算刻みΔθc前の筒内圧トルクTp00−2Δθc)、3計算刻みΔθc前の筒内圧トルクTp00−3Δθc)は、それぞれ、下記(21)〜(24)式で表すことができる。 Assuming that the cylinder pressures of the cylinders # 1 to # 4 are P c1 , P c2 , P c3 , and P c4 , respectively, the cylinder pressure torque T p00 ) at the crank angle θ 00 , one calculation step Δθ c cylinder pressure torque T p (θ 00 -Δθ c) , 2 calculated increment [Delta] [theta] c before the in-cylinder pressure torque T p (θ 00 -2Δθ c) , 3 calculates increment [Delta] [theta] c before the in-cylinder pressure torque T p00 -3Δθ c ) can be represented by the following formulas (21) to (24), respectively.

Figure 0004788640
Figure 0004788640

ここで、本実施形態では、一定時間、具体的には(θ00−3Δθc)≦θ≦θ00の間、各気筒の筒内圧Pciが変化しないと仮定する。すなわち、下記(25)式を仮定する。 Here, in the present embodiment, it is assumed that the in-cylinder pressure P ci of each cylinder does not change for a certain period of time, specifically, (θ 00 -3Δθ c ) ≦ θ ≦ θ 00 . That is, the following equation (25) is assumed.

Figure 0004788640
Figure 0004788640

本実施形態では、上述したように、計算刻みΔθcを極めて小さくすることができる。このため、上記(25)式の仮定は、クランク角センサ38の計測刻みΔθの大きさにかかわらず、精度良く成立する。 In the present embodiment, as described above, the calculation step Δθ c can be made extremely small. For this reason, the assumption of the above equation (25) is established with high accuracy regardless of the magnitude of the measurement increment Δθ of the crank angle sensor 38.

上記(25)式の仮定の下で各気筒の筒内圧Pci0)を算出するには、上記(25)式を上記(21)〜(24)式に代入することにより、Pci00−Δθc),Pci00−2Δθc),Pci00−3Δθc)(i=1,2,3,4)を消去する(図9のステップ190)。 In order to calculate the in-cylinder pressure P ci0 ) of each cylinder under the assumption of the above equation (25), P ci is substituted by substituting the above equation (25) into the above equations (21) to (24). (θ 00 −Δθ c ), P ci00 −2Δθ c ), P ci00 −3Δθ c ) (i = 1, 2, 3, 4) are deleted (step 190 in FIG. 9).

これにより、上記(21)〜(24)式は、4つの未知数Pci00)(i=1,2,3,4)を含む4つの式となるので、これらを連立方程式として解くことにより、クランク角θ00における#1〜#4気筒の気筒別筒内圧Pci00)(i=1,2,3,4)を算出することができる(ステップ192)。 As a result, the above equations (21) to (24) become four equations including four unknowns P ci00 ) (i = 1, 2, 3, 4), so that these are solved as simultaneous equations. Thus, the cylinder internal pressure P ci00 ) (i = 1, 2, 3, 4) of the cylinders # 1 to # 4 at the crank angle θ 00 can be calculated (step 192).

続いて、クランク角θ00が下記(26)式により更新され(ステップ194)、上記ステップ190の処理が再度実行される。すなわち、クランク角θ00が1計算刻みΔθc分だけ進められた後、各気筒の気筒別筒内圧Pci00)(i=1,2,3,4)が再度算出される。
θ00=θ00+Δθc ・・・(26)
Subsequently, the crank angle θ 00 is updated by the following equation (26) (step 194), and the process of step 190 is executed again. That is, after the crank angle θ 00 is advanced by one calculation step Δθ c , the cylinder internal pressure P ci00 ) (i = 1, 2, 3, 4) of each cylinder is calculated again.
θ 00 = θ 00 + Δθ c (26)

そして、上記ステップ190〜194のループが、内燃機関10の1サイクル、すなわちクランク角720度分の気筒別筒内圧Pci00)(i=1,2,3,4)を取得するまで、繰り返し実行される。 Until the loop of steps 190 to 194 obtains the cylinder internal cylinder pressure P ci00 ) (i = 1, 2, 3, 4) for one cycle of the internal combustion engine 10, that is, the crank angle of 720 degrees. , Repeatedly executed.

続いて、正確な気筒別筒内圧推定値を求めたい気筒(ここでは、最後にEVOを迎えた気筒とする)を#i気筒としたとき、この#i気筒の最後のサイクルのIVCからEVOまでの間のni点の筒内圧Pci(θ)が、上記190〜194の処理により算出されたデータの中から抽出される(ステップ196)。このデータ数niは、#i気筒の最後IVCからEVOまでのクランク角期間を計算刻みΔθcで割ったときの商である。 Next, when the cylinder for which the cylinder internal pressure estimate for each cylinder is to be calculated accurately (here, the cylinder that finally reached EVO) is #i cylinder, from the last cycle IVC to EVO of this #i cylinder The in-cylinder pressure P ci (θ) at point n i is extracted from the data calculated by the processing of 190 to 194 (step 196). This data number n i is a quotient obtained by dividing the crank angle period from the last IVC of the #i cylinder to EVO by the calculation step Δθ c .

続いて、上記ステップ196によって抽出されたni個のデータが、前述した実施の形態2の(15)式と同様のモデル式に代入される(図10のステップ198)。 Subsequently, the n i pieces of data extracted in step 196 are substituted into a model equation similar to the equation (15) of the second embodiment (step 198 in FIG. 10).

上記ステップ198の処理により、ki、mi、θbiおよびθpiの4つの未定パラメータを変数として含むni個(ni≧4)の式が生成される。これらni個の式を、連立方程式として、あるいは最小二乗法を用いて解くことにより、#i気筒のモデル式におけるki、mi、θbiおよびθpiがそれぞれ算出される(ステップ200)。 By the processing in step 198, n i (n i ≧ 4) expressions are generated that include four undetermined parameters of k i , m i , θ bi and θ pi as variables. By solving these n i equations as simultaneous equations or using the least square method, k i , m i , θ bi and θ pi in the model equation of the #i cylinder are respectively calculated (step 200). .

上記ステップ200で算出されたki、mi、θbiおよびθpiは、前述した実施の形態2の(16)式と同様の式に代入される(ステップ202)。この式をPwi(θ)の微分方程式として解くことにより、#i気筒の補正後筒内圧履歴Pwi(θ)が算出される(ステップ204)。 The k i , m i , θ bi and θ pi calculated in step 200 are substituted into the same equation as the equation (16) of the second embodiment (step 202). By solving this equation as a differential equation of P wi (θ), the corrected in-cylinder pressure history P wi (θ) of the #i cylinder is calculated (step 204).

以上説明したように、本実施形態では、計算刻みΔθcを極めて小さくすることができるので、上記(25)式の仮定が精度良く成立する。このため、複数気筒を有する内燃機関10の気筒別の筒内圧推定値(補正後筒内圧履歴Pwi(θ))をより高い精度で算出することができる。 As described above, in this embodiment, the calculation step Δθ c can be made extremely small, so that the assumption of the above equation (25) is established with high accuracy. For this reason, the cylinder pressure estimated value (corrected cylinder pressure history P wi (θ)) for each cylinder of the internal combustion engine 10 having a plurality of cylinders can be calculated with higher accuracy.

また、上述した実施の形態3においては、ECU50が、上記ステップ168の〜180処理を実行することにより前記第14の発明における「クランク角速度取得手段」が、上記ステップ170〜180の処理を実行することにより前記第14の発明における「補間後クランク角速度算出手段」が、上記ステップ182の〜188処理を実行することにより前記第14の発明における「全気筒筒内圧トルク算出手段」が、上記ステップ190〜194の処理を実行することにより前記第14の発明における「気筒別筒内圧算出手段」が、それぞれ実現されている。   In the third embodiment described above, the ECU 50 executes the processes in steps 168 to 180, so that the “crank angular velocity acquisition means” in the fourteenth aspect executes the processes in steps 170 to 180. As a result, the “post-interpolation crank angular velocity calculating means” in the fourteenth aspect of the invention executes steps 182 to 188, whereby the “all cylinder cylinder pressure torque calculating means” in the fourteenth aspect of the invention is the step 190. The “cylinder-by-cylinder in-cylinder pressure calculating means” according to the fourteenth aspect of the present invention is implemented by executing the processes of.

なお、上述した実施の形態3においては、クランク角速度ω(θ)の波形を3次関数を用いて補間しているが、この補間に用いる関数はこれに限定されるものではなく、例えばスプライン関数などを用いてもよい。   In Embodiment 3 described above, the waveform of the crank angular velocity ω (θ) is interpolated using a cubic function. However, the function used for this interpolation is not limited to this. For example, a spline function is used. Etc. may be used.

また、上述した各実施の形態では、上記(1)式のようなクランク軸36の運動方程式を利用して求めた筒内圧トルクTp(θ)から筒内圧履歴Pc(θ)を求めることとしているが、本発明では、筒内圧センサを設け、その筒内圧センサの出力から筒内圧履歴Pc(θ)を求めるようにしてもよい。 Further, in each of the above-described embodiments, the in-cylinder pressure history P c (θ) is obtained from the in-cylinder pressure torque T p (θ) obtained using the equation of motion of the crankshaft 36 such as the above equation (1). However, in the present invention, a cylinder pressure sensor may be provided, and the cylinder pressure history P c (θ) may be obtained from the output of the cylinder pressure sensor.

本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the system configuration | structure of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態2において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 3 of the present invention. 本発明の実施の形態3において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 3 of the present invention. 本発明の実施の形態3において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 3 of the present invention. 本発明の実施の形態3において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 3 of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 内燃機関
11 吸気ポート
12 吸気通路
14 排気通路
16 エアフローメータ
18 スロットル弁
26 燃料インジェクタ
30 点火プラグ
36 クランク軸
38 クランク角センサ
42 水温センサ
50 ECU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Internal combustion engine 11 Intake port 12 Intake passage 14 Exhaust passage 16 Air flow meter 18 Throttle valve 26 Fuel injector 30 Spark plug 36 Crankshaft 38 Crank angle sensor 42 Water temperature sensor 50 ECU

Claims (12)

内燃機関の吸気弁閉時期と排気弁開時期との間の複数点の筒内圧を取得する筒内圧取得ステップと、
前記筒内圧取得ステップで取得された筒内圧に基づいて、筒内の熱発生パターンと筒内圧との関係を表すモデル式に含まれる複数の未定パラメータを決定するパラメータ決定ステップと、
前記パラメータ決定ステップで決定されたパラメータが代入された前記モデル式に基づいて、所定クランク角での筒内圧推定値を算出する筒内圧推定ステップと、
を備え
前記筒内圧取得ステップは、
クランク角速度を取得するクランク角速度取得ステップと、
前記内燃機関の機械損失により生ずる機械損失トルクを算出する機械損失トルク算出ステップと、
前記内燃機関の運動部材により生ずる慣性質量トルクを算出する慣性質量トルク算出ステップと、
前記クランク角速度と、前記機械損失トルクと、前記慣性質量トルクとに基づいて、筒内圧により生ずる筒内圧トルクを算出する筒内圧トルク算出ステップと、
筒内容積変化率を算出する筒内容積変化率算出ステップと、
前記筒内圧トルクと前記筒内容積変化率とから筒内圧を算出する筒内圧算出ステップと、
を含むことを特徴とする内燃機関の筒内圧推定方法。
In-cylinder pressure acquisition step of acquiring a plurality of in-cylinder pressures between the intake valve closing timing and the exhaust valve opening timing of the internal combustion engine;
Based on the in-cylinder pressure acquired in the in-cylinder pressure acquisition step, a parameter determination step for determining a plurality of undetermined parameters included in the model formula representing the relationship between the in-cylinder heat generation pattern and the in-cylinder pressure;
An in-cylinder pressure estimating step for calculating an in-cylinder pressure estimated value at a predetermined crank angle based on the model formula into which the parameter determined in the parameter determining step is substituted;
Equipped with a,
The in-cylinder pressure acquisition step includes:
A crank angular speed acquisition step for acquiring the crank angular speed;
A mechanical loss torque calculating step for calculating a mechanical loss torque generated by the mechanical loss of the internal combustion engine;
An inertial mass torque calculating step for calculating an inertial mass torque generated by the moving member of the internal combustion engine;
An in-cylinder pressure torque calculating step for calculating an in-cylinder pressure torque generated by an in-cylinder pressure based on the crank angular velocity, the mechanical loss torque, and the inertia mass torque;
An in-cylinder volume change rate calculating step for calculating an in-cylinder volume change rate;
An in-cylinder pressure calculating step of calculating an in-cylinder pressure from the in-cylinder pressure torque and the in-cylinder volume change rate;
A method for estimating an in-cylinder pressure of an internal combustion engine , comprising :
前記モデル式は、Wiebe関数に基づくものであり、
前記複数のパラメータには、形状パラメータm、効率パラメータk、燃焼期間θpおよび熱発生開始クランク角θbが含まれることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の筒内圧推定方法。
The model formula is based on the Wiebe function,
Wherein the plurality of parameters, the shape parameter m, the efficiency parameter k, the cylinder pressure estimation method for an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that it includes combustion period theta p and thermogenesis start crank angle theta b.
前記内燃機関は、クランク角を検出するクランク角センサを備え、
前記筒内圧取得ステップでは、前記クランク角センサの計測刻み毎の筒内圧を取得することを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の筒内圧推定方法。
The internal combustion engine includes a crank angle sensor that detects a crank angle,
The method for estimating an in-cylinder pressure of an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein, in the in-cylinder pressure acquisition step, an in-cylinder pressure is acquired for each measurement step of the crank angle sensor.
前記内燃機関は、複数気筒を有し、
前記筒内圧取得ステップは、
クランク角速度を取得するクランク角速度取得ステップと、
前記内燃機関の機械損失により生ずる機械損失トルクを算出する機械損失トルク算出ステップと、
前記内燃機関の運動部材により生ずる慣性質量トルクを算出する慣性質量トルク算出ステップと、
前記クランク角速度と、前記機械損失トルクと、前記慣性質量トルクとに基づいて、全気筒の筒内圧により生ずる全気筒筒内圧トルクを算出する全気筒筒内圧トルク算出ステップと、
各気筒の筒内容積変化率を算出する筒内容積変化率算出ステップと、
前記全気筒筒内圧トルクと、前記各気筒の筒内容積変化率とから、気筒別筒内圧を算出する気筒別筒内圧算出ステップと、
を含み、
前記パラメータ決定ステップでは、前記気筒別筒内圧に基づいて、前記未定パラメータを気筒別に決定し、
前記筒内圧推定ステップでは、気筒別に決定された前記パラメータが代入された気筒別の前記モデル式に基づいて、所定クランク角での筒内圧推定値を気筒別に算出することを特徴とする請求項1乃至の何れか1項記載の内燃機関の筒内圧推定方法。
The internal combustion engine has a plurality of cylinders,
The in-cylinder pressure acquisition step includes:
A crank angular speed acquisition step for acquiring the crank angular speed;
A mechanical loss torque calculating step for calculating a mechanical loss torque generated by the mechanical loss of the internal combustion engine;
An inertial mass torque calculating step for calculating an inertial mass torque generated by the moving member of the internal combustion engine;
All-cylinder in-cylinder pressure torque calculating step for calculating all-cylinder in-cylinder pressure torque generated by the in-cylinder pressure of all cylinders based on the crank angular velocity, the mechanical loss torque, and the inertia mass torque;
An in-cylinder volume change rate calculating step for calculating an in-cylinder volume change rate of each cylinder;
A cylinder-specific cylinder pressure calculation step for calculating a cylinder-specific cylinder pressure from the all-cylinder cylinder pressure torque and the cylinder volume change rate of each cylinder;
Including
In the parameter determining step, the undetermined parameter is determined for each cylinder based on the cylinder internal pressure.
2. The in-cylinder pressure estimating step calculates an in-cylinder pressure estimated value at a predetermined crank angle for each cylinder based on the model formula for each cylinder into which the parameter determined for each cylinder is substituted. The in-cylinder pressure estimation method for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3 .
前記気筒別筒内圧算出ステップでは、気筒別筒内圧が所定時間変化しないとの仮定に基づいて、前記気筒別筒内圧を算出することを特徴とする請求項記載の内燃機関の筒内圧推定方法。 The in-cylinder in-cylinder pressure estimation method for an internal combustion engine according to claim 4, wherein in the in-cylinder in-cylinder pressure calculation step, the in-cylinder in-cylinder pressure is calculated based on an assumption that the in-cylinder in-cylinder pressure does not change for a predetermined time. . 前記内燃機関は、クランク角を検出するクランク角センサを備え、
前記クランク角速度取得ステップは、前記クランク角センサの計測刻み毎に取得されるクランク角速度を補間することにより、前記計測刻みより小さい刻み幅の補間後クランク角速度を算出する補間後クランク角速度算出ステップを含み、
前記気筒別筒内圧算出ステップでは、気筒別筒内圧が、前記小さい刻み幅に応じた所定の時間変化しないとの仮定に基づいて、前記気筒別筒内圧を算出することを特徴とする請求項記載の内燃機関の筒内圧推定方法。
The internal combustion engine includes a crank angle sensor that detects a crank angle,
The crank angular velocity acquisition step includes a post-interpolation crank angular velocity calculation step of calculating a post-interpolation crank angular velocity with a step size smaller than the measurement step by interpolating a crank angular velocity acquired at each measurement step of the crank angle sensor. ,
In the cylinder cylinder pressure calculating step, cylinder-cylinder pressure, based on the assumption that no change for a predetermined period of time corresponding to the small step size, according to claim 4, characterized in that to calculate the cylinder-cylinder pressure The in-cylinder pressure estimation method of an internal combustion engine as described.
内燃機関の吸気弁閉時期と排気弁開時期との間の複数点の筒内圧を取得する筒内圧取得手段と、
前記筒内圧取得手段により取得された筒内圧に基づいて、筒内の熱発生パターンと筒内圧との関係を表すモデル式に含まれる複数の未定パラメータを決定するパラメータ決定手段と、
前記パラメータ決定手段で決定されたパラメータが代入された前記モデル式に基づいて、所定クランク角での筒内圧推定値を算出する筒内圧推定手段と、
を備え
前記筒内圧取得手段は、
クランク角速度を取得するクランク角速度取得手段と、
前記内燃機関の機械損失により生ずる機械損失トルクを算出する機械損失トルク算出手段と、
前記内燃機関の運動部材により生ずる慣性質量トルクを算出する慣性質量トルク算出手段と、
前記クランク角速度と、前記機械損失トルクと、前記慣性質量トルクとに基づいて、筒内圧により生ずる筒内圧トルクを算出する筒内圧トルク算出手段と、
筒内容積変化率を算出する筒内容積変化率算出手段と、
前記筒内圧トルクと前記筒内容積変化率とから筒内圧を算出する筒内圧算出手段と、
を含むことを特徴とする内燃機関の筒内圧推定装置。
In-cylinder pressure acquisition means for acquiring a plurality of in-cylinder pressures between the intake valve closing timing and the exhaust valve opening timing of the internal combustion engine;
Based on the in-cylinder pressure acquired by the in-cylinder pressure acquisition unit, a parameter determination unit that determines a plurality of undetermined parameters included in a model expression representing a relationship between the in-cylinder heat generation pattern and the in-cylinder pressure;
In-cylinder pressure estimating means for calculating an estimated value of in-cylinder pressure at a predetermined crank angle based on the model formula into which the parameter determined by the parameter determining means is substituted;
Equipped with a,
The in-cylinder pressure acquisition means includes
Crank angular velocity acquisition means for acquiring the crank angular velocity;
Mechanical loss torque calculating means for calculating a mechanical loss torque generated by the mechanical loss of the internal combustion engine;
Inertia mass torque calculating means for calculating inertia mass torque generated by the moving member of the internal combustion engine;
In-cylinder pressure torque calculating means for calculating in-cylinder pressure torque generated by the in-cylinder pressure based on the crank angular velocity, the mechanical loss torque, and the inertia mass torque;
An in-cylinder volume change rate calculating means for calculating an in-cylinder volume change rate;
In-cylinder pressure calculating means for calculating in-cylinder pressure from the in-cylinder pressure torque and the in-cylinder volume change rate;
An in-cylinder pressure estimating device for an internal combustion engine , comprising:
前記モデル式は、Wiebe関数に基づくものであり、
前記複数のパラメータには、形状パラメータm、効率パラメータk、燃焼期間θpおよび熱発生開始クランク角θbが含まれることを特徴とする請求項記載の内燃機関の筒内圧推定装置。
The model formula is based on the Wiebe function,
Wherein the plurality of parameters, the shape parameter m, the efficiency parameter k, the cylinder pressure estimation apparatus for an internal combustion engine according to claim 7, wherein to include combustion period theta p and thermogenesis start crank angle theta b.
前記内燃機関は、クランク角を検出するクランク角センサを備え、
前記筒内圧取得手段は、前記クランク角センサの計測刻み毎の筒内圧を取得することを特徴とする請求項7または8記載の内燃機関の筒内圧推定装置。
The internal combustion engine includes a crank angle sensor that detects a crank angle,
The in-cylinder pressure estimating device for an internal combustion engine according to claim 7 or 8, wherein the in-cylinder pressure acquisition means acquires an in-cylinder pressure for each measurement step of the crank angle sensor.
前記内燃機関は、複数気筒を有し、
前記筒内圧取得手段は、
クランク角速度を取得するクランク角速度取得手段と、
前記内燃機関の機械損失により生ずる機械損失トルクを算出する機械損失トルク算出手段と、
前記内燃機関の運動部材により生ずる慣性質量トルクを算出する慣性質量トルク算出手段と、
前記クランク角速度と、前記機械損失トルクと、前記慣性質量トルクとに基づいて、全気筒の筒内圧により生ずる全気筒筒内圧トルクを算出する全気筒筒内圧トルク算出手段と、
各気筒の筒内容積変化率を算出する筒内容積変化率算出手段と、
前記全気筒筒内圧トルクと、前記各気筒の筒内容積変化率とから、気筒別筒内圧を算出する気筒別筒内圧算出手段と、
を含み、
前記パラメータ決定手段は、前記気筒別筒内圧に基づいて、前記未定パラメータを気筒別に決定し、
前記筒内圧推定手段は、気筒別に決定された前記パラメータが代入された気筒別の前記モデル式に基づいて、所定クランク角での筒内圧推定値を気筒別に算出することを特徴とする請求項乃至の何れか1項記載の内燃機関の筒内圧推定装置。
The internal combustion engine has a plurality of cylinders,
The in-cylinder pressure acquisition means includes
Crank angular velocity acquisition means for acquiring the crank angular velocity;
Mechanical loss torque calculating means for calculating a mechanical loss torque generated by the mechanical loss of the internal combustion engine;
Inertia mass torque calculating means for calculating inertia mass torque generated by the moving member of the internal combustion engine;
All-cylinder in-cylinder pressure torque calculating means for calculating all-cylinder in-cylinder pressure torque generated by the in-cylinder pressure of all cylinders based on the crank angular velocity, the mechanical loss torque, and the inertia mass torque;
An in-cylinder volume change rate calculating means for calculating an in-cylinder volume change rate of each cylinder;
In-cylinder in-cylinder pressure calculating means for calculating in-cylinder in-cylinder pressure from the all-cylinder in-cylinder pressure torque and the in-cylinder volume change rate of each cylinder;
Including
The parameter determination means determines the undetermined parameter for each cylinder based on the cylinder internal pressure.
The cylinder pressure estimation means, based on the parameter that was assigned cylinder of the model formula determined for each cylinder, according to claim 7, characterized in that for calculating the cylinder pressure estimate value at a predetermined crank angle cylinder The in-cylinder pressure estimating device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 9 .
前記気筒別筒内圧算出手段は、気筒別筒内圧が所定時間変化しないとの仮定に基づいて、前記気筒別筒内圧を算出することを特徴とする請求項10記載の内燃機関の筒内圧推定装置。 11. The in-cylinder in-cylinder pressure estimation device for an internal combustion engine according to claim 10, wherein the in-cylinder in-cylinder pressure calculation means calculates the in-cylinder in-cylinder pressure based on an assumption that the in-cylinder in-cylinder pressure does not change for a predetermined time. . 前記内燃機関は、クランク角を検出するクランク角センサを備え、
前記クランク角速度取得手段は、前記クランク角センサの計測刻み毎に取得されるクランク角速度を補間することにより、前記計測刻みより小さい刻み幅の補間後クランク角速度を算出する補間後クランク角速度算出手段を含み、
前記気筒別筒内圧算出手段は、気筒別筒内圧が、前記小さい刻み幅に応じた所定の時間変化しないとの仮定に基づいて、前記気筒別筒内圧を算出することを特徴とする請求項10記載の内燃機関の筒内圧推定装置。
The internal combustion engine includes a crank angle sensor that detects a crank angle,
The crank angular speed acquisition means includes post-interpolation crank angular speed calculation means for calculating a post-interpolation crank angular speed having a step size smaller than the measurement step by interpolating a crank angular speed acquired at each measurement step of the crank angle sensor. ,
The cylinder cylinder pressure calculation means, cylinder-cylinder pressure, based on the assumption that no predetermined time varies depending on the small step size, according to claim 10, characterized in that to calculate the cylinder-cylinder pressure The in-cylinder pressure estimating device for an internal combustion engine as described.
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