JP5056806B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
内燃機関の運転を適切に行なうためには、燃焼時の空燃比を目標空燃比にできるだけ近づけることが好ましい。このために、吸気弁閉弁時に気筒内に充填された空気量(以下、「筒内充填空気量」という)を推定し、筒内充填空気量に応じて燃料噴射量を定める方法が知られている。筒内充填空気量を推定する方法としては、内燃機関の各種パラメータを検出するセンサの出力値を変数とする筒内充填空気量を算出するマップを予め用意しておき、センサの出力値とマップとから筒内充填空気量を推定する方法が知られている。また、スロットル弁や吸気管等のモデルから導き出されるモデル式を予め用意しておき、内燃機関の各種パラメータの値とモデル式を利用した数値計算によって筒内充填空気量を推定する方法が知られている。 In order to appropriately operate the internal combustion engine, it is preferable to make the air-fuel ratio at the time of combustion as close as possible to the target air-fuel ratio. For this purpose, there is known a method of estimating the amount of air charged in the cylinder when the intake valve is closed (hereinafter referred to as “cylinder charged air amount”) and determining the fuel injection amount in accordance with the cylinder charged air amount. ing. As a method of estimating the in-cylinder charged air amount, a map for calculating the in-cylinder charged air amount using the output value of the sensor for detecting various parameters of the internal combustion engine as a variable is prepared in advance. From this, a method for estimating the amount of air charged in the cylinder is known. In addition, a method is known in which model equations derived from models such as a throttle valve and an intake pipe are prepared in advance, and the in-cylinder charged air amount is estimated by numerical calculation using various parameter values and model equations of the internal combustion engine. ing.
このうち、数値計算を利用した方法としては、スロットル弁の開度及び吸気管内圧力に基づいてスロットル弁通過空気流量を算出するスロットルモデルと、スロットル通過空気流量及び筒内吸入空気流量に基づいて吸気管内圧力及び吸気管内温度を算出する吸気管モデルと、吸気管内圧力及び吸気管内温度に基づいて筒内吸入空気流量を算出する吸気弁モデルとからなる筒内充填空気量モデルが提案されている。 Among these methods, a numerical calculation method includes a throttle model that calculates the throttle valve passage air flow rate based on the throttle valve opening and the intake pipe pressure, and the intake air flow rate based on the throttle passage air flow rate and the cylinder intake air flow rate. An in-cylinder charged air amount model has been proposed that includes an intake pipe model that calculates the in-pipe pressure and the intake pipe temperature and an intake valve model that calculates the in-cylinder intake air flow rate based on the intake pipe pressure and the intake pipe temperature.
特許第3760757号公報においては、スロットル開度に基づいて演算されるスロットル通過空気量とパージ通路から吸気管に流入するパージ流量との和から吸気管内圧力を算出し、更に、エアフロメータの出力に基づく吸入空気量から吸気管内圧力を算出し、これらの算出された吸気管内圧力に基づいてエンジンに吸入される吸入空気量を算出する吸入空気量算出装置が開示されている。 In Japanese Patent No. 3760757, the intake pipe pressure is calculated from the sum of the throttle passage air amount calculated based on the throttle opening and the purge flow rate flowing into the intake pipe from the purge passage. An intake air amount calculation device is disclosed that calculates an intake pipe internal pressure from the intake air amount based on the calculated intake air amount and calculates an intake air amount taken into the engine based on the calculated intake pipe internal pressure.
多くの内燃機関では、機関減速運転時に燃焼室への燃料の供給を停止する燃料カット制御を行っている。燃料カット制御中に、吸気弁や排気弁を通常の運転と同様に開弁させると、機関排気通路内に配置された排気浄化触媒に空気が流入する。排気浄化触媒に空気が流入すると、いわゆる排気浄化触媒の酸素被毒を招いてしまい、排気浄化触媒の浄化性能を低下させることになる。このため、多くの内燃機関では、燃料カット制御中には、排気浄化触媒に酸素が流入するのを防止するために、吸気弁を閉止状態で停止させている。 In many internal combustion engines, fuel cut control is performed to stop the supply of fuel to the combustion chamber during engine deceleration operation. If the intake valve and the exhaust valve are opened in the same manner as in normal operation during fuel cut control, air flows into the exhaust purification catalyst disposed in the engine exhaust passage. When air flows into the exhaust purification catalyst, oxygen poisoning of the so-called exhaust purification catalyst is caused, and the purification performance of the exhaust purification catalyst is lowered. For this reason, in many internal combustion engines, during fuel cut control, the intake valve is stopped in a closed state in order to prevent oxygen from flowing into the exhaust purification catalyst.
数値計算を利用して筒内に流入する空気量を推定する筒内充填空気量モデルでは、機差ばらつきの影響やそれぞれのモデル式を離散化したために生じる誤差を含む筒内充填空気量が算出される。計算時の誤差を補正するために、機関吸気通路に配置されているエアフロメータの実際の出力値を用いて、算出した吸気管内圧力を補正し、補正した吸気管内圧力に基づいて筒内吸入空気流量を算出することができる。 In-cylinder charged air amount model that estimates the amount of air flowing into the cylinder using numerical calculation, the in-cylinder charged air amount including the effect of machine difference variation and errors caused by discretizing each model equation is calculated. Is done. In order to correct the calculation error, the actual output value of the air flow meter disposed in the engine intake passage is used to correct the calculated intake pipe pressure, and the cylinder intake air is corrected based on the corrected intake pipe pressure. The flow rate can be calculated.
燃料カット制御等において吸気弁を閉止状態で停止する内燃機関では、吸気弁を閉止状態で停止することにより機関吸気通路の空気流量は零になる。吸気管内圧力は、ほぼ大気圧で定常状態になる。ところが、エアフロメータの実際の出力値を用いて、算出された吸気管内圧力の補正を行なう筒内充填空気量モデルでは、吸気弁を閉止状態で停止したにも関わらず、吸気管内圧力の計算値が上昇するという問題があった。燃料カット制御が終了して吸気弁が再駆動すると、上昇した吸気管内圧力の計算値に基づいて気筒に流入する空気流量が算出される。このために、算出される筒内充填空気量が多くなる。燃料噴射弁からは目標空燃比になるように燃料が噴射されるために燃料噴射量も多くなる。この結果、実際の気筒内の空燃比が目標空燃比よりも小さくなってしまうという問題があった。すなわち、実際の燃焼時の空燃比が目標空燃比よりもリッチ側にずれるという問題があった。 In an internal combustion engine that stops with the intake valve closed in fuel cut control or the like, the air flow rate in the engine intake passage becomes zero by stopping the intake valve with the intake valve closed. The intake pipe pressure is steady at almost atmospheric pressure. However, in the in-cylinder charged air quantity model that corrects the calculated intake pipe pressure using the actual output value of the air flow meter, the calculated value of the intake pipe pressure is obtained even though the intake valve is stopped in the closed state. There was a problem of rising. When the fuel cut control is completed and the intake valve is driven again, the flow rate of air flowing into the cylinder is calculated based on the calculated value of the increased intake pipe pressure. For this reason, the calculated cylinder air charge amount increases. Since fuel is injected from the fuel injection valve so as to achieve the target air-fuel ratio, the amount of fuel injection also increases. As a result, there is a problem that the actual air-fuel ratio in the cylinder becomes smaller than the target air-fuel ratio. That is, there is a problem that the air-fuel ratio at the time of actual combustion shifts to a richer side than the target air-fuel ratio.
本発明は、吸気弁が閉止状態で停止する内燃機関において、吸気弁が閉止状態で停止している状態から再駆動したときに気筒に流入する空気量を精度良く推定できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention relates to an internal combustion engine control apparatus capable of accurately estimating the amount of air flowing into a cylinder when the intake valve is re-driven from a state where the intake valve is stopped in a closed state in an internal combustion engine where the intake valve is stopped in a closed state. The purpose is to provide.
本発明の第1の内燃機関の制御装置は、内燃機関の運転期間中に吸気弁を閉止状態で停止させることができ、実際の流量が零のときに正の流量値を出力するエアフロメータが機関吸気通路に配置されている内燃機関の制御装置であって、スロットル弁の開度に基づいて、スロットル弁を通過するスロットル通過空気流量を算出し、算出したスロットル通過空気流量および気筒内に流入する前回の筒内吸入空気流量に基づいて、吸気管内圧力を算出する吸気管内圧力推定手段と、スロットル弁の実際の開度を検出し、検出した実際の開度に基づいてスロットル弁を通過するスロットル通過空気流量を算出し、算出したスロットル通過空気流量に基づいて、エアフロメータによって出力されると予想される予想出力値を算出し、予想出力値に基づいて算出した吸気管内圧力と、実際のエアフロメータの出力値に基づいて算出した吸気管内圧力との差を誤差圧力として算出する誤差推定手段とを備える。吸気弁を駆動している期間には、吸気管内圧力推定手段により算出した吸気管内圧力から誤差推定手段により算出した誤差圧力を減算した圧力に基づいて、気筒内に流入する今回の筒内吸入空気流量を算出する。吸気弁が閉止状態で停止している期間には前回の筒内吸入空気流量を零にし、吸気弁が閉止状態で停止している期間のうち少なくとも一部の期間中に吸気弁を再駆動すべき場合には、吸気管内圧力推定手段により算出した圧力に基づいて、気筒内に流入する今回の筒内吸入空気流量を算出する。 The first control device for an internal combustion engine of the present invention is capable of stopping the intake valve in a closed state during an operation period of the internal combustion engine, and an air flow meter that outputs a positive flow rate value when the actual flow rate is zero. A control device for an internal combustion engine arranged in an engine intake passage, which calculates a flow rate of air passing through the throttle valve based on an opening of the throttle valve, and calculates the flow rate of air passing through the throttle and the calculated flow rate of air passing through the cylinder Based on the previous in-cylinder intake air flow rate, the intake pipe pressure estimation means for calculating the intake pipe pressure and the actual opening of the throttle valve are detected, and the throttle valve is passed based on the detected actual opening. Calculate the flow rate of air passing through the throttle, calculate the expected output value that is expected to be output by the air flow meter based on the calculated flow rate of air passing through the throttle, and based on the expected output value. Comprises an intake pipe pressure calculated, and error estimation means for calculating a difference between the calculated on the basis of the actual output value of the airflow meter intake pipe pressure as an error pressure Te. During the period when the intake valve is being driven, the current cylinder intake air flowing into the cylinder based on the pressure obtained by subtracting the error pressure calculated by the error estimation means from the intake pipe pressure calculated by the intake pipe pressure estimation means Calculate the flow rate. During the period when the intake valve is closed and stopped, the previous intake air flow rate in the cylinder is made zero, and the intake valve is re-driven during at least a part of the period when the intake valve is stopped and closed. If it should be, the current in-cylinder intake air flow rate flowing into the cylinder is calculated based on the pressure calculated by the intake pipe pressure estimation means.
上記発明においては、吸気弁を閉止状態で停止した後において、吸気管内圧力推定手段により算出した圧力の上昇率が予め定められた判定値よりも大きいときに吸気弁を再駆動すべき場合には、吸気管内圧力推定手段により算出した吸気管内圧力から誤差推定手段により算出した誤差圧力を減算した圧力に基づいて今回の筒内吸入空気流量を算出し、吸気管内圧力推定手段により算出した圧力の上昇率が予め定められた判定値以下のときに吸気弁を再駆動すべき場合には、吸気管内圧力推定手段により算出した圧力に基づいて今回の筒内吸入空気流量を算出することが好ましい。 In the above invention, when the intake valve is to be redriven when the rate of increase in pressure calculated by the intake pipe pressure estimating means is greater than a predetermined determination value after the intake valve is stopped in the closed state. The current cylinder intake air flow rate is calculated based on the pressure obtained by subtracting the error pressure calculated by the error estimation means from the intake pipe pressure calculated by the intake pipe pressure estimation means, and the pressure rise calculated by the intake pipe pressure estimation means When the intake valve should be redriven when the rate is equal to or less than a predetermined determination value, it is preferable to calculate the current in-cylinder intake air flow rate based on the pressure calculated by the intake pipe pressure estimation means.
上記発明においては、吸気弁が閉止状態で停止している期間中において、吸気管内圧力推定手段により算出した圧力から誤差推定手段により算出した誤差圧力を減算した圧力が、予め定められた最大圧力値よりも大きいときに吸気弁を再駆動すべき場合には、予め定められた最大圧力値に基づいて今回の筒内吸入空気流量を算出することが好ましい。 In the above invention, the pressure obtained by subtracting the error pressure calculated by the error estimation means from the pressure calculated by the intake pipe pressure estimation means during the period in which the intake valve is stopped in the closed state is a predetermined maximum pressure value. When the intake valve should be re-driven when the value is larger than the above, it is preferable to calculate the current in-cylinder intake air flow rate based on a predetermined maximum pressure value.
本発明の第2の内燃機関の制御装置は、内燃機関の運転期間中に吸気弁を閉止状態で停止させることができ、実際の流量が零のときに正の流量値を出力するエアフロメータが機関吸気通路に配置されている内燃機関の制御装置であって、スロットル弁の開度に基づいて、スロットル弁を通過するスロットル通過空気流量を算出し、算出したスロットル通過空気流量および気筒内に流入する前回の筒内吸入空気流量に基づいて、吸気管内圧力を算出する吸気管内圧力推定手段と、スロットル弁の実際の開度を検出し、検出した実際の開度に基づいてスロットル弁を通過するスロットル通過空気流量を算出し、算出したスロットル通過空気流量に基づいて、エアフロメータによって出力されると予想される予想出力値を算出し、予想出力値に基づいて算出した吸気管内圧力と、実際のエアフロメータの出力値に基づいて算出した吸気管内圧力との差を誤差圧力として算出する誤差推定手段とを備える。吸気弁を駆動している期間には、吸気管内圧力推定手段により算出した吸気管内圧力から誤差推定手段により算出した誤差圧力を減算した圧力に基づいて、気筒内に流入する今回の筒内吸入空気流量を算出する。吸気弁が閉止状態で停止している期間には前回の筒内吸入空気流量を零にし、吸気弁が閉止状態で停止している期間において、吸気管内圧力推定手段により算出した吸気管内圧力から誤差推定手段により算出した誤差圧力を減算した圧力が、予め定められた最大圧力値よりも大きいときに吸気弁を再駆動すべき場合には、予め定められた最大圧力値に基づいて、気筒内に流入する今回の筒内吸入空気流量を算出する。 The control apparatus for a second internal combustion engine of the present invention is capable of stopping the intake valve in a closed state during the operation period of the internal combustion engine, and an air flow meter that outputs a positive flow rate value when the actual flow rate is zero. A control device for an internal combustion engine arranged in an engine intake passage, which calculates a flow rate of air passing through the throttle valve based on an opening of the throttle valve, and calculates the flow rate of air passing through the throttle and the calculated flow rate of air passing through the cylinder Based on the previous in-cylinder intake air flow rate, the intake pipe pressure estimation means for calculating the intake pipe pressure and the actual opening of the throttle valve are detected, and the throttle valve is passed based on the detected actual opening. Calculate the flow rate of air passing through the throttle, calculate the expected output value that is expected to be output by the air flow meter based on the calculated flow rate of air passing through the throttle, and based on the expected output value. Comprises an intake pipe pressure calculated, and error estimation means for calculating a difference between the calculated on the basis of the actual output value of the airflow meter intake pipe pressure as an error pressure Te. During the period when the intake valve is being driven, the current cylinder intake air flowing into the cylinder based on the pressure obtained by subtracting the error pressure calculated by the error estimation means from the intake pipe pressure calculated by the intake pipe pressure estimation means Calculate the flow rate. While the intake valve is stopped in the closed state, the previous intake air flow rate in the cylinder is zero, and in the period in which the intake valve is stopped in the closed state, an error from the intake pipe pressure calculated by the intake pipe pressure estimation means If the intake valve is to be redriven when the pressure obtained by subtracting the error pressure calculated by the estimation means is greater than a predetermined maximum pressure value, the pressure in the cylinder is determined based on the predetermined maximum pressure value. The in-cylinder intake air flow rate this time flowing in is calculated.
上記発明においては、予め定められた最大圧力値は、運転期間中にスロットル弁を全開にして定常状態に達しているときに、実際のエアフロメータの出力値を筒内吸入空気流量として算出した吸気管内圧力値により更新することが好ましい。 In the above invention, the predetermined maximum pressure value is an intake air amount that is calculated as the in-cylinder intake air flow rate when the actual value of the air flow meter is reached when the throttle valve is fully opened during the operation period to reach a steady state. It is preferable to update with the pressure value in the pipe.
本発明によれば、吸気弁が閉止状態で停止する内燃機関において、吸気弁が閉止状態で停止している状態から再駆動したときに気筒に流入する空気量を精度良く推定できる内燃機関の制御装置を提供することができる。 According to the present invention, in an internal combustion engine in which the intake valve is stopped in a closed state, the internal combustion engine control capable of accurately estimating the amount of air flowing into the cylinder when the intake valve is restarted from the closed state. An apparatus can be provided.
(実施の形態1)
図1から図21を参照して、実施の形態1における内燃機関の制御装置について説明する。
(Embodiment 1)
With reference to FIGS. 1 to 21, the control apparatus for an internal combustion engine in the first embodiment will be described.
図1は、本実施の形態における内燃機関の概略図である。本実施の形態においては、機関本体1が、筒内噴射型火花点火式である内燃機関を示す。しかしながら、本発明をポート噴射型火花点火式の内燃機関等の別の火花点火式の内燃機関や、圧縮自着火式の内燃機関に適用することができる。
FIG. 1 is a schematic view of an internal combustion engine in the present embodiment. In the present embodiment, an internal combustion engine in which the
本実施の形態における内燃機関は、機関本体1を備える。機関本体1は、シリンダブロック2と、シリンダブロック2内で往復動するピストン3と、シリンダブロック2上に固定されたシリンダヘッド4とを具備する。ピストン3とシリンダヘッド4との間には燃焼室5が形成される。シリンダヘッド4には、各気筒毎に吸気弁6と、吸気ポート7と、排気弁8と、排気ポート9とが配置される。さらに、図1に示したようにシリンダヘッド4の内壁面の中央部には点火プラグ10が配置され、シリンダヘッド4の内壁面周辺部には、燃料噴射弁11が配置される。また、ピストン3の頂面には燃料噴射弁11の下方から点火プラグ10の下方まで延びるキャビティ12が形成されている。さらに、シリンダヘッド4には、吸気弁6の位相角およびバルブリフト量を連続的に変更可能な吸気弁制御装置13が設けられている。
The internal combustion engine in the present embodiment includes an
各気筒の吸気ポート7は、吸気枝管14を介してサージタンク15に連結されている。サージタンク15は吸気管16を介してエアクリーナ17に連結される。吸気管16内にはステップモータ18によって駆動されるスロットル弁19が配置される。一方、各気筒の排気ポート9は排気管20に連結され、この排気管20は排気浄化触媒21を内蔵したケーシング22に連結される。なお、以下の説明では、スロットル弁19から吸気弁6までの吸気枝管14、サージタンク15、吸気管16等の部分を吸気管部分23と称す。
The intake port 7 of each cylinder is connected to a
電子制御ユニット(ECU)31は、ディジタルコンピュータからなり、双方向性バス32を介して相互に接続されたRAM(ランダムアクセスメモリ)33、ROM(リードオンリメモリ)34、CPU(マイクロプロセッサ)35、入力ポート36および出力ポート37を具備する。
The electronic control unit (ECU) 31 comprises a digital computer, and is connected to each other via a
スロットル弁19の上流側の吸気管16には吸気管16内を通過して流れる吸入空気流量を検出するエアフロメータ41が設けられている。さらに、エアクリーナ17近傍には吸気温度を検出する吸気温度センサ42と、気圧を検出する気圧センサ43とが設けられる。スロットル弁19にはスロットル弁19の開度を検出するスロットル弁開度センサ44が設けられており、スロットル弁開度センサ44はスロットル弁開度に対応する出力信号を発生させる。これらエアフロメータ41、吸気温度センサ42、気圧センサ43およびスロットル弁開度センサ44はそれぞれ吸入空気流量(質量流量)、吸気温度(大気温度)、気圧およびスロットル弁の開度に対応する出力信号を発生し、この出力信号が対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。
The
また、アクセルペダル45にはアクセルペダル45の踏込み量に比例した出力電圧を発生する踏込み量センサ46が接続され、踏込み量センサ46の出力電圧は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。また、クランク角センサ47は例えばクランクシャフトが15度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート36に入力される。CPU35ではこのクランク角センサ47の出力パルスから機関回転数が計算される。
The
一方、出力ポート37は対応する駆動回路39を介して点火プラグ10、燃料噴射弁11、吸気弁制御装置13およびステップモータ18に接続される。
On the other hand, the
図2は、本実施の形態におけるエアフロメータの概略斜視図であり、図3は、本実施の形態におけるエアフロメータの熱線計量部の拡大斜視図である。本実施の形態のエアフロメータ41は、熱線式流量計であり、流体により奪われる熱量に基づいて流体の流量を算出する流量計である。エアフロメータ41は、図2に示したように吸気管16内を流れる空気の一部をバイパスさせるバイパス通路と、このバイパス通路にバイパスされた吸入空気の質量流量を計測する熱線計量部41aと、計測された質量流量に応じた電圧を出力する信号処理部41bとを有する。
FIG. 2 is a schematic perspective view of the air flow meter in the present embodiment, and FIG. 3 is an enlarged perspective view of a heat ray measuring unit of the air flow meter in the present embodiment. The
図3に示すように、熱線計量部41aは白金熱線から成る吸気温度計測用抵抗41a1と、この吸気温度計測用抵抗41a1を信号処理部41bに連結して保持するサポート部41a2と、加熱用抵抗(ボビン部)41a3と、この加熱用抵抗41a3を信号処理部41bに連結して保持するサポート部41a4とを備える。信号処理部41bは、吸気温度計測用抵抗41a1と加熱用抵抗41a3とで構成されるブリッジ回路を有し、このブリッジ回路により吸気温度計測用抵抗41a1と加熱用抵抗41a3との温度差を常に一定に維持するように加熱用抵抗41a3に供給する電力を調整すると共に、この供給する電力を電圧に変換して出力するようになっている。
As shown in FIG. 3, the heat ray measuring unit 41 a includes an intake air temperature measurement resistor 41 a 1 made of platinum heat wire, a support unit 41 a 2 that holds the intake air temperature measurement resistor 41 a 1 connected to the
図4に、エアフロメータの出力電圧とエアフロメータが配置された吸気管内を通過する空気流量との関係を示す。吸気管内を通過する空気の流量(以下、「エアフロ通過空気流量」と称す)が多くなるほど、出力電圧Vgが大きくなる。 FIG. 4 shows the relationship between the output voltage of the air flow meter and the flow rate of air passing through the intake pipe in which the air flow meter is arranged. As the flow rate of air passing through the intake pipe (hereinafter referred to as “air flow air flow rate”) increases, the output voltage Vg increases.
本実施の形態における内燃機関の制御装置では、内燃機関の燃焼室5において燃焼される混合気の空燃比を目標空燃比にするために、吸気弁6が閉じたときに燃焼室5内に充填されている空気の量(以下、「筒内充填空気量Mc」と称す)を推定し、推定された筒内充填空気量Mcに基づいて混合気の空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射弁11により燃焼室5(または、ポート噴射の内燃機関等では機関吸気通路)に噴射する燃料の量(以下、「燃料噴射量」と称す)を定めている。したがって、内燃機関の燃焼室5において燃焼される混合気の空燃比を正確に目標空燃比とするためには、筒内充填空気量Mcを正確に推定する必要がある。本実施の形態においては、スロットル弁のモデル、吸気管のモデル、および吸気弁のモデルを用いて数値計算により筒内充填空気量Mcを算出する。
In the control apparatus for an internal combustion engine in the present embodiment, the combustion chamber 5 is filled when the
図5に、本実施の形態における第1のエアモデルの概略図を示す。第1のエアモデルとしてのエアモデルM1は内燃機関に適用されるモデルのうち、単純なモデルである。以下、このエアモデルM1について説明する。 FIG. 5 shows a schematic diagram of the first air model in the present embodiment. The air model M1 as the first air model is a simple model among models applied to the internal combustion engine. Hereinafter, the air model M1 will be described.
エアモデルM1は、スロットルモデルM10、吸気管モデルM20、吸気弁モデルM30を備える。スロットルモデルM10には、スロットル弁開度センサ44によって検出されたスロットル弁19の開度(スロットル弁開度)θtと、気圧センサ43によって検出された内燃機関の周囲の大気圧(または、吸気管16に吸入される空気の圧力)Paと、吸気温度センサ42によって検出された内燃機関周囲の大気温度(または、吸気管16に吸入される空気の温度)Taと、後述する吸気管モデルM20において前回に算出された吸気管部分23内の圧力(以下、「吸気管内圧力Pm」と称す)とが入力され、これら入力された各パラメータの値を後述するスロットルモデルM10のモデル計算式に代入することで、単位時間当たりにスロットル弁19を通過する空気の流量(以下、「スロットル通過空気流量mt」と称す)が算出される。スロットルモデルM10において算出されたスロットル通過空気流量mtは、吸気管モデルM20へ入力される。
The air model M1 includes a throttle model M10, an intake pipe model M20, and an intake valve model M30. In the throttle model M10, the opening (throttle valve opening) θt of the
吸気管モデルM20には、スロットルモデルM10において算出されたスロットル通過空気流量mtと、前回の計算において算出された単位時間当たりに燃焼室5内に流入する空気の流量(以下、「筒内吸入空気流量mc」と称す。)とが入力され、これら入力された各パラメータの値を後述する吸気管モデルM20のモデル計算式に代入することで、吸気管部分23内に存在する空気の圧力(吸気管内圧力Pm)と吸気管部分23内に存在する空気の温度(以下、「吸気管内温度Tm」と称す)とが算出される。吸気管モデルM20において算出された吸気管内圧力Pmと吸気管内温度Tmは共に吸気弁モデルM30へ入力され、さらに吸気管内圧力PmはスロットルモデルM10にも入力される。 The intake pipe model M20 includes a throttle passage air flow rate mt calculated in the throttle model M10 and a flow rate of air flowing into the combustion chamber 5 per unit time calculated in the previous calculation (hereinafter referred to as “cylinder intake air”). The flow rate mc "is input, and the values of these input parameters are substituted into a model calculation formula of an intake pipe model M20, which will be described later, so that the pressure of the air present in the intake pipe portion 23 (intake air) The pipe pressure Pm) and the temperature of the air existing in the intake pipe portion 23 (hereinafter referred to as “intake pipe temperature Tm”) are calculated. The intake pipe pressure Pm and the intake pipe temperature Tm calculated in the intake pipe model M20 are both input to the intake valve model M30, and the intake pipe pressure Pm is also input to the throttle model M10.
吸気弁モデルM30には、吸気管モデルM20において算出された吸気管内圧力Pmおよび吸気管内温度Tmの他に大気温度Taが入力され、これら入力された各パラメータの値を後述する吸気弁モデルM30のモデル計算式に代入することで、今回の筒内吸入空気流量mcが算出される。今回の筒内吸入空気流量mcを用いて筒内充填空気量Mcが算出される。この筒内充填空気量Mcに基づいて燃料噴射弁からの燃料噴射量が決定される。また、吸気弁モデルM30において算出された今回の筒内吸入空気流量mcは吸気管モデルM20に入力され、次回の計算に用いられる。 In addition to the intake pipe pressure Pm and the intake pipe temperature Tm calculated in the intake pipe model M20, an atmospheric temperature Ta is input to the intake valve model M30, and the values of these input parameters are set in the intake valve model M30 described later. By substituting in the model calculation formula, the current in-cylinder intake air flow rate mc is calculated. The in-cylinder charged air amount Mc is calculated using the current in-cylinder intake air flow rate mc. A fuel injection amount from the fuel injection valve is determined based on the cylinder charge air amount Mc. Further, the current in-cylinder intake air flow rate mc calculated in the intake valve model M30 is input to the intake pipe model M20 and used for the next calculation.
図5に示すように、エアモデルM1では或るモデルにおいて算出されたパラメータの値が別のモデルへの入力値として利用されるので、エアモデルM1全体では、実際に入力される値はスロットル弁開度θt、気圧Pa、および大気温度Taの三つのパラメータのみであり、これら三つのパラメータから筒内充填空気量Mcが算出される。 As shown in FIG. 5, in the air model M1, the parameter value calculated in one model is used as an input value to another model. Therefore, in the entire air model M1, the actually input value is the throttle valve opening. There are only three parameters, θt, atmospheric pressure Pa, and atmospheric temperature Ta, and the cylinder charge air amount Mc is calculated from these three parameters.
次に、エアモデルM1に含まれる各モデルM10〜M30について説明する。スロットルモデルM10では、気圧Pa、大気温度Ta、吸気管内圧力Pm、スロットル弁開度θtから、下記式(1)に基づいてスロットル通過空気流量mtが算出される。ここで、式(1)における係数μtはスロットル弁における流量係数で、スロットル弁開度θtの関数である。スロットル弁における流量係数μtは、たとえば図6に示すグラフに基づいて、スロットル弁開度θtを関数にした流量係数μtのマップを予めECU31のROM34に記憶させておき、このマップから算出することができる。また、係数Atはスロットル弁の開口断面積を示し、スロットル弁開度θtの関数である。係数Atは、たとえば、図7に示すグラフに基づいて、スロットル弁開度θtを関数にした開口断面積Atのマップを予めECU31に記憶させておき、このマップにより算出することができる。また、定数Rは気体定数であり、実際には気体定数を1mol当たりの気体(空気)の質量Mlmolで除算した値である。
Next, each of the models M10 to M30 included in the air model M1 will be described. In the throttle model M10, the throttle passage air flow rate mt is calculated from the atmospheric pressure Pa, the atmospheric temperature Ta, the intake pipe pressure Pm, and the throttle valve opening θt based on the following equation (1). Here, the coefficient μt in the equation (1) is a flow coefficient in the throttle valve and is a function of the throttle valve opening θt. The flow coefficient μt in the throttle valve can be calculated from, for example, a map of the flow coefficient μt that is a function of the throttle valve opening θt stored in the
また、Φ(Pm/Pa)は下記式(2)に示した関数であり、この式(2)におけるκは比熱比(一定値とする)である。この関数Φ(Pm/Pa)は、図8に示したようなグラフに表すことができるので、このようなグラフをマップとしてECU31のROM34に保存し、実際には式(2)を用いて計算するのではなくマップからΦ(Pm/Pa)の値を求めるようにしてもよい。
Φ (Pm / Pa) is a function shown in the following formula (2), and κ in the formula (2) is a specific heat ratio (a constant value). Since this function Φ (Pm / Pa) can be expressed in a graph as shown in FIG. 8, such a graph is stored as a map in the
これらスロットルモデルM10の式(1)および式(2)は、スロットル弁19上流の気体の圧力を気圧Pa、スロットル弁19上流の気体の温度を大気温度Ta、スロットル弁19の下流の気体の圧力を吸気管内圧力Pmとして、図9に示したようなスロットル弁19のモデルに対して、質量保存則、エネルギ保存則および運動量保存則を適用し、さらに気体の状態方程式、比熱比の定義式、およびマイヤーの関係式を利用することによって得られる。
Expressions (1) and (2) of the throttle model M10 are such that the gas pressure upstream of the
図5を参照して、次に吸気管モデルM20では、スロットル通過空気流量mt、筒内吸入空気流量mc、および大気温度Taから、下記式(3)および式(4)に基づいて吸気管内圧力Pmおよび吸気管内温度Tmが算出される。なお、式(3)および式(4)におけるVmはスロットル弁19から吸気弁6までの吸気枝管14、サージタンク15、吸気管16等の部分(吸気管部分23)の容積に等しい定数である。
Referring to FIG. 5, in the intake pipe model M20, the intake pipe pressure is calculated from the throttle passage air flow rate mt, the cylinder intake air flow rate mc, and the atmospheric temperature Ta based on the following formulas (3) and (4). Pm and intake pipe temperature Tm are calculated. Vm in the equations (3) and (4) is a constant equal to the volume of the
ここで、吸気管モデルM20について図10を参照して説明する。吸気管部分23の総気体量(総空気量)をMとすると、総気体量Mの時間的変化は、吸気管部分23に流入する気体の流量、すなわちスロットル通過空気流量mtと、吸気管部分23から流出する気体の流量、すなわち筒内吸入空気流量mcとの差に等しいため、質量保存則により下記式(5)が得られ、この式(5)および吸気管部分23における気体の状態方程式(Pm・Vm=M・R・Tm)より、式(3)が得られる。
Here, the intake pipe model M20 will be described with reference to FIG. When the total gas amount (total air amount) in the
また、吸気管部分23の気体のエネルギM・Cv・Tmの時間的変化量は、吸気管部分23に流入する気体のエネルギと吸気管部分23から流出する気体のエネルギとの差に等しい。このため、吸気管部分23に流入する気体の温度を大気温度Ta、吸気管部分23から流出する気体の温度を吸気管内温度Tmとすると、エネルギ保存則により下記式(6)が得られ、この式(6)および上記気体の状態方程式より、式(4)が得られる。
Further, the temporal change amount of the gas energy M · Cv · Tm in the
図5を参照して、次に吸気弁モデルM30では、吸気管内圧力Pm、吸気管内温度Tm、および大気温度Taから、下記式(7)に基づいて、筒内吸入空気流量mcが算出される。なお、式(7)における定数aおよび定数bは、機関回転数Neから、さらに吸気弁6の位相角(バルブタイミング)および作用角を変更できる可変動弁機構を備えた内燃機関の場合には、吸気弁6の位相角、作用角から定まる値である。
Referring to FIG. 5, in the intake valve model M30, the in-cylinder intake air flow rate mc is calculated from the intake pipe internal pressure Pm, the intake pipe internal temperature Tm, and the atmospheric temperature Ta based on the following equation (7). . In the case of an internal combustion engine provided with a variable valve mechanism that can change the phase angle (valve timing) and operating angle of the
上述した吸気弁モデルM30について図11を参照して説明する。一般に、吸気弁6が閉じたときに燃焼室5内に充填されている空気の量である筒内充填空気量Mcは、吸気弁6が閉弁するとき(吸気弁閉弁時)に確定し、吸気弁6の閉弁時の燃焼室5内の圧力に比例する。また、吸気弁6の閉弁時の燃焼室5内の圧力は、吸気弁6上流の気体の圧力、すなわち吸気管内圧力Pmと等しいとみなすことができる。したがって、筒内充填空気量Mcは、吸気管内圧力Pmに比例すると近似することができる。
The above-described intake valve model M30 will be described with reference to FIG. In general, the in-cylinder charged air amount Mc, which is the amount of air charged in the combustion chamber 5 when the
ここで、一定時間(例えば、クランク角720°分)当たりに吸気管部分23から流出する全空気流量を平均化したもの、または一定時間(例えば、クランク角720°分)当たりに吸気管部分23から全ての気筒の燃焼室5に吸入される空気量を上記一定時間で除算したものを筒内吸入空気流量mcとすると、筒内充填空気量Mcが吸気管内圧力Pmに比例することから、筒内吸入空気流量mcも吸気管内圧力Pmに比例すると考えられる。このことから、理論および経験則に基づいて、上記式(7)が得られる。なお、式(7)における定数aは比例係数であり、定数bは燃焼室5内に残存していた既燃ガスを表す値(排気弁8閉弁時に燃焼室5内に残る既燃ガス量を後述する時間ΔT180°で除算したものに相当)である。また、実際の運転では過渡運転時に吸気管内温度Tmが大きく変化する場合があるため、これに対する補正として理論および経験則に基づいて導かれた係数(Ta/Tm)が乗算されている。
Here, the average air flow rate flowing out of the
図12に、筒内吸入空気流量および筒内充填空気量の説明図を示す。図12では、内燃機関が4気筒である場合を例示している。横軸は、クランクシャフトの回転角度であり、縦軸は、単位時間当たりに吸気管部分23から燃焼室5に実際に流入する空気流量である。ここでは筒内吸入空気流量mcについて説明する。4気筒の内燃機関では、吸気弁6が例えば1番気筒、3番気筒、4番気筒、2番気筒の順に開弁し、各気筒に対応する吸気弁6の開弁量に応じて吸気管部分23から各気筒の燃焼室5内へ空気が流入する。例えば、吸気管部分23から各気筒の燃焼室5内に流入する空気の流量の変位は図12に破線で示した通りであり、これを総和して吸気管部分23から全気筒の燃焼室5に流入する空気の流量は図12に実線で示した通りである。また、例えば1番気筒への筒内充填空気量Mcは図12に斜線で示した通りである。
FIG. 12 is an explanatory diagram of the in-cylinder intake air flow rate and the in-cylinder charged air amount. FIG. 12 illustrates a case where the internal combustion engine has four cylinders. The horizontal axis represents the rotation angle of the crankshaft, and the vertical axis represents the flow rate of air actually flowing from the
これに対して、実線で示した吸気管部分23から全ての気筒の燃焼室5に流入する空気の流量を平均化したものが筒内吸入空気流量mcであり、図中に一点鎖線で示す。そして、この一点鎖線で示した筒内吸入空気流量mcに、4気筒の場合にはクランクシャフトが180°(すなわち、4ストローク式内燃機関において1サイクル中にクランクシャフトが回転する角度720°を気筒数で割った角度)回転するのにかかる時間ΔT180°を乗算したものが筒内充填空気量Mcとなる。したがって、吸気弁モデルM30で算出された筒内吸入空気流量mcにΔT180°を乗算することで、筒内充填空気量Mcが算出される(Mc=mc・ΔT180°)。より詳細には、筒内充填空気量Mcが吸気弁閉弁時の圧力に比例することを考慮して、吸気弁閉弁時の筒内吸入空気流量mcにΔT180°を乗算したものが筒内充填空気量Mcとされる。
On the other hand, the in-cylinder intake air flow rate mc is obtained by averaging the flow rate of the air flowing into the combustion chambers 5 of all the cylinders from the
次に、上記エアモデルM1を内燃機関の制御装置に実装して、実際に筒内充填空気量Mcを算出する場合について説明する。筒内充填空気量Mcは、エアモデルM1を用いて、上記式(1)、式(3)、式(4)、および式(7)を解くことにより表される。この場合、ECU31で処理するために、これらの式を離散化する必要がある。時刻t、計算間隔Δtを用いて式(1)、式(3)、式(4)、および式(7)を離散化すると、それぞれ下記式(8)、式(9)、式(10)、および式(11)が得られる。なお、吸気管内温度Tm(t+Δt)は、式(9)および式(10)によってそれぞれ算出されたPm/Tm(t+Δt)およびPm(t+Δt)から、式(12)によって算出される。
Next, a case where the air model M1 is mounted on a control device for an internal combustion engine and the in-cylinder charged air amount Mc is actually calculated will be described. The in-cylinder charged air amount Mc is expressed by solving the above equations (1), (3), (4), and (7) using the air model M1. In this case, in order to be processed by the
このようにして実装されたエアモデルM1では、スロットルモデルM10の式(8)で算出された時刻tにおけるスロットル通過空気流量mt(t)と、吸気弁モデルM30の式(11)で算出された時刻tにおける筒内吸入空気流量mc(t)とが、吸気管モデルM20の式(9)および式(10)に代入され、これにより時刻t+Δtにおける吸気管内圧力Pm(t+Δt)および吸気管内温度Tm(t+Δt)が算出される。次いで、算出されたPm(t+Δt)およびTm(t+Δt)は、スロットルモデルM10および吸気弁モデルM30の式(8)および式(11)に代入され、これにより時刻t+Δtにおけるスロットル通過空気流量mt(t+Δt)および筒内吸入空気流量mc(t+Δt)が算出される。そして、このような計算を繰り返すことによって、スロットル弁開度θt、気圧Pa、および大気温度Taから、任意の時刻tにおける筒内吸入空気流量mcが算出され、算出された筒内吸入空気流量mcに上記時間ΔT180°を乗算することで、任意の時刻tにおける筒内充填空気量Mcが算出される。 In the air model M1 implemented in this way, the throttle passage air flow rate mt (t) at time t calculated by the equation (8) of the throttle model M10 and the time calculated by the equation (11) of the intake valve model M30. The in-cylinder intake air flow rate mc (t) at t is substituted into the equations (9) and (10) of the intake pipe model M20, whereby the intake pipe internal pressure Pm (t + Δt) and the intake pipe internal temperature Tm (at time t + Δt) t + Δt) is calculated. Next, the calculated Pm (t + Δt) and Tm (t + Δt) are substituted into the equations (8) and (11) of the throttle model M10 and the intake valve model M30, whereby the throttle passage air flow rate mt (t + Δt) at time t + Δt. ) And the cylinder intake air flow rate mc (t + Δt). Then, by repeating such calculation, the cylinder intake air flow rate mc at any time t is calculated from the throttle valve opening θt, the atmospheric pressure Pa, and the atmospheric temperature Ta, and the calculated cylinder intake air flow rate mc Is multiplied by the time ΔT180 ° to calculate the in-cylinder charged air amount Mc at an arbitrary time t.
なお、内燃機関の始動時には、すなわち時刻t=0においては、吸気管内圧力Pmは大気圧と等しい(Pm(0)=大気圧)とされ、吸気管内温度Tmは大気温度と等しい(Tm(0)=Ta)とされて、各モデルM10〜M30における計算を開始することができる。 At the time of starting the internal combustion engine, that is, at time t = 0, the intake pipe pressure Pm is equal to the atmospheric pressure (Pm (0) = atmospheric pressure), and the intake pipe temperature Tm is equal to the atmospheric temperature (Tm (0 ) = Ta), the calculation in each of the models M10 to M30 can be started.
なお、上記エアモデルM1では、大気温度Taおよび気圧Paが一定であるとしているが、時刻によって変化する値としてもよく、例えば、大気温度を検出するための吸気温度センサによって時刻tにおいて検出された値を大気温度Ta(t)、気圧を検出するための気圧センサによって時刻tにおいて検出された値を気圧Pa(t)として上記式(8)、式(10)、および式(11)に代入するようにしてもよい。 In the air model M1, the atmospheric temperature Ta and the atmospheric pressure Pa are assumed to be constant. However, the air model M1 may be a value that changes with time, for example, a value detected at time t by an intake air temperature sensor for detecting the atmospheric temperature. Is the atmospheric temperature Ta (t), and the value detected at time t by the atmospheric pressure sensor for detecting atmospheric pressure is substituted into the above equations (8), (10), and (11) as the atmospheric pressure Pa (t). You may do it.
または、スロットル弁19の上流側に配置されているエアクリーナ17における圧損を考慮するために、エアクリーナモデルがさらに追加されていても構わない。エアクリーナモデルは、たとえば、ベルヌーイの定理に基づいたモデル式等により、エアクリーナ17の入口の大気圧に対して、エアクリーナ17の出口の気圧を算出することができる。この場合には、スロットルモデルに入力される気圧は、エアクリーナモデルにより算出されるエアクリーナ出口の気圧を用いることができる。
Or in order to consider the pressure loss in the
ところで、上述したように上記のエアモデルM1は内燃機関に適用される単純なモデルであり、上記エアモデルM1によって算出される筒内充填空気量Mcは実際の筒内充填空気量に対して誤差が生じ易い。そこで、本実施の形態においては、それぞれのモデルの誤差を修正するエアモデルを用いる。 Incidentally, as described above, the air model M1 is a simple model applied to an internal combustion engine, and an in-cylinder charged air amount Mc calculated by the air model M1 has an error with respect to an actual in-cylinder charged air amount. easy. Therefore, in the present embodiment, an air model that corrects the error of each model is used.
図13に、本実施の形態における第2のエアモデルの概略図を示す。第2のエアモデルとしてのエアモデルM2では、上記スロットル弁開度θt、気圧Pa、および大気温度Taの三つのパラメータに加えて、エアフロメータ41の出力値AFMに基づいて筒内充填空気量Mcを算出する。以下、このエアモデルM2について説明する。なお、エアモデルM2の説明において、第1のエアモデルとしてのエアモデルM1と同様の部分については、詳細な説明を繰り返さない。
FIG. 13 shows a schematic diagram of the second air model in the present embodiment. In the air model M2 as the second air model, in-cylinder charged air amount Mc is calculated based on the output value AFM of the
エアモデルM2は、上記スロットルモデルM10、吸気管モデルM20、および吸気弁モデルM30に加えて、電子制御スロットルモデルM40、およびエアフロメータモデル(AFMモデル)M50を備える。電子制御スロットルモデルM40には、アクセルペダル45の踏込み量に比例した出力電圧を発生する踏込み量センサ46の出力値Accpが入力され、これに基づいて現時刻から所定時間T0先の時刻においてスロットル弁19が到達すると予想されるスロットル弁開度(以下、「所定時間後のスロットル弁開度」と称す)θtfが算出される。
The air model M2 includes an electronically controlled throttle model M40 and an air flow meter model (AFM model) M50 in addition to the throttle model M10, the intake pipe model M20, and the intake valve model M30. The electronically controlled throttle model M40 receives the output value Accp of the
また、AFMモデルM50には、スロットルモデルM10によって算出されたスロットル通過空気流量mtが入力され、この入力された値を後述するAFMモデルM50のモデル計算式に代入することで、実際にスロットル弁19の配置された吸気管16内を上記スロットル通過空気流量mtだけ空気が流れていると仮定した場合にエアフロメータ41が出力すると予想される出力値(以下、「予想出力値」と称す)AFMmtが算出される。
The AFM model M50 is supplied with the throttle passage air flow rate mt calculated by the throttle model M10, and the input value is substituted into a model calculation formula of the AFM model M50, which will be described later. The output value (hereinafter referred to as “expected output value”) AFMmt that is expected to be output by the
すなわち、エアフロメータ41の出力は、実際のエアフロ通過空気流量(エアフロ通過空気流量とスロットル通過空気流量はほぼ同一であると考えられるため、以下ではスロットル通過空気流量として説明する)に対して固有の応答特性に基づく応答遅れを有している。AFMモデルM50は、この応答特性をシュミレートしたモデルであり、上記エアフロメータ41の応答遅れを考慮した上で、予想出力値を算出する。
That is, the output of the
ここで、エアモデルM2は、三つのモデルブロックM2'、M2''、M2'''に分けて考えることができる。モデルブロックM2'は、吸気管内圧力を推定する主モデルブロックである。モデルブロックM2'の部分は、スロットル弁の開度に基づいて、スロットル弁を通過するスロットル通過空気流量を算出し、算出したスロットル通過空気流量に基づいて吸気管内圧力を算出する吸気管内圧力推定手段に対応する。 Here, the air model M2 can be divided into three model blocks M2 ′, M2 ″, and M2 ′ ″. The model block M2 ′ is a main model block for estimating the intake pipe pressure. The portion of the model block M2 ′ calculates an intake pipe internal pressure estimating means for calculating a throttle passage air flow rate passing through the throttle valve based on the opening degree of the throttle valve and calculating an intake pipe internal pressure based on the calculated throttle passage air flow rate. Corresponding to
モデルブロックM2''およびモデルブロックM2'''は、主モデルブロックにより算出された吸気管内圧力に含まれる誤差を修正する誤差修正ブロックである。モデルブロックM2''は、スロットル弁の実際の開度を検出し、検出した実際の開度に基づいてスロットル弁を通過するスロットル通過空気流量を算出し、算出したスロットル通過空気流量に基づいて、エアフロメータによって出力されると予想される予想出力値を算出し、この予想出力値に基づいて吸気管内圧力を算出する。 The model block M2 ″ and the model block M2 ′ ″ are error correction blocks for correcting an error included in the intake pipe pressure calculated by the main model block. The model block M2 '' detects an actual opening of the throttle valve, calculates a throttle passing air flow rate passing through the throttle valve based on the detected actual opening, and based on the calculated throttle passing air flow rate, An expected output value that is expected to be output by the air flow meter is calculated, and an intake pipe pressure is calculated based on the predicted output value.
モデルブロックM2'''は、実際のエアフロメータの出力値に基づいて吸気管内圧力を算出する。モデルブロックM2''により算出される吸気管内圧力と、モデルブロックM2'''により算出される吸気管内圧力との差が、モデルブロックM2'により算出された吸気管内圧力に含まれる誤差圧力に相当する。エアモデルM2では、この誤差圧力をモデルブロックM2'により算出された吸気管内圧力から減算して、吸気管内圧力を修正することができる。 The model block M2 ′ ″ calculates the intake pipe pressure based on the actual output value of the air flow meter. The difference between the intake pipe pressure calculated by the model block M2 ″ and the intake pipe pressure calculated by the model block M2 ′ ″ corresponds to the error pressure included in the intake pipe pressure calculated by the model block M2 ′. To do. In the air model M2, the pressure in the intake pipe can be corrected by subtracting the error pressure from the pressure in the intake pipe calculated by the model block M2 ′.
モデルブロックM2'では、踏込み量センサ46の出力値Accpに基づいて電子制御スロットルモデルM40によりスロットル弁開度θtfが算出される。本実施の形態においては、現在の時刻のスロットル弁開度θtfに基づいて、モデルブロックM2'の計算を行なう一方で、スロットル弁に目標スロットル弁開度を送信する時刻を所定時間遅らせる。すなわち、実際のスロットル弁の開度が、電子制御スロットルモデルM40により算出される開度になるのは所定時間後になる。このため、現在の時刻に出力される電子制御スロットルモデルM40のスロットル弁開度は、実質的に所定時間後の実際のスロットル弁の開度を予想していることになる。
In the model block M2 ′, the throttle valve opening θtf is calculated by the electronically controlled throttle model M40 based on the output value Accp of the
算出されたスロットル弁開度θtfに基づいてスロットルモデルM10'によりスロットル通過空気流量mtfが算出される。そして、算出されたスロットル通過空気流量mtfに基づいて吸気弁モデルM20'により吸気管内圧力Pmfが算出される。算出された吸気管内圧力Pmfは、スロットルモデルM10'及び吸気弁モデルM30'に入力される。吸気弁モデルM30'では、吸気管内圧力Pmfに基づいて筒内吸入空気流量mcfが算出され、吸気管モデルM20'に入力される。 Based on the calculated throttle valve opening degree θtf, a throttle model air flow rate mtf is calculated by the throttle model M10 ′. Then, the intake pipe pressure Pmf is calculated by the intake valve model M20 ′ based on the calculated throttle passage air flow rate mtf. The calculated intake pipe pressure Pmf is input to the throttle model M10 ′ and the intake valve model M30 ′. In the intake valve model M30 ′, the in-cylinder intake air flow rate mcf is calculated based on the intake pipe internal pressure Pmf and is input to the intake pipe model M20 ′.
したがって、エアモデルM2のモデルブロックM2'全体では、所定時間後のスロットル弁開度θtfを入力することにより、所定時間後の筒内吸入空気流量mcfおよび所定時間後の吸気管内圧力Pmfが算出される。このように、所定時間後の筒内吸入空気流量mcf等を算出することにより、実際の空燃比を目標空燃比に近づけることができる。内燃機関の過渡運転時には筒内吸入空気流量は刻々と変化しており、よって現在の筒内吸入空気流量(或いは、現在の筒内吸入空気流量から算出された筒内充填空気量)に基づいて燃料噴射量を算出しても、実際に噴射するときには既に筒内吸入空気流量が変化してしまっている場合がある。この結果、実際の空燃比が目標空燃比と異なったものとなってしまうことがある。これに対して、所定時間後の筒内吸入空気流量に基づいて燃料噴射量を算出すれば、実際に燃料を噴射するときには、エアモデルにより算出された筒内吸入空気流量になっており、よって実際の空燃比を目標空燃比に近づけることができる。 Therefore, in the entire model block M2 ′ of the air model M2, the cylinder intake air flow rate mcf after a predetermined time and the intake pipe pressure Pmf after the predetermined time are calculated by inputting the throttle valve opening θtf after the predetermined time. . Thus, by calculating the in-cylinder intake air flow rate mcf and the like after a predetermined time, the actual air-fuel ratio can be brought close to the target air-fuel ratio. During the transient operation of the internal combustion engine, the in-cylinder intake air flow rate changes every moment. Therefore, based on the current in-cylinder intake air flow rate (or the in-cylinder charged air amount calculated from the current in-cylinder intake air flow rate). Even if the fuel injection amount is calculated, the cylinder intake air flow rate may have already changed when the fuel is actually injected. As a result, the actual air-fuel ratio may be different from the target air-fuel ratio. In contrast, if the fuel injection amount is calculated based on the in-cylinder intake air flow rate after a predetermined time, the in-cylinder intake air flow rate calculated by the air model is obtained when the fuel is actually injected. The air-fuel ratio can be brought close to the target air-fuel ratio.
なお、本実施の形態における第2のエアモデルでは、モデルブロックM2'において、電子制御スロットルモデルM40の出力がスロットルモデルM10'に入力されているが、この形態に限られず、その他の推定値または実際のスロットル弁の開度がスロットルモデルM10'に入力されていても構わない。たとえば、モデルブロックM2'は、本実施の形態における第1のエアモデル(図5参照)と同様に、スロットル弁開度センサの出力値がスロットルモデルM10'に入力されていても構わない。 In the second air model in the present embodiment, the output of the electronically controlled throttle model M40 is input to the throttle model M10 ′ in the model block M2 ′. However, the present invention is not limited to this form, and other estimated values or actual values are used. The throttle valve opening may be input to the throttle model M10 ′. For example, in the model block M2 ′, similarly to the first air model (see FIG. 5) in the present embodiment, the output value of the throttle valve opening sensor may be input to the throttle model M10 ′.
次に、エアモデルM2では、エアフロメータ41の出力に基づいて、モデルブロックM2'において算出された吸気管内圧力Pmfを修正し、修正した吸気管内圧力に基づいて筒内充填空気量Mcを算出することができる。
Next, in the air model M2, the intake pipe internal pressure Pmf calculated in the model block M2 ′ is corrected based on the output of the
モデルブロックM2''において、スロットル弁開度センサ44によって検出された現在のスロットル弁開度θtcに基づいて上記エアモデルM1と同様な計算が行われる。すなわち、スロットルモデルM10''には現在のスロットル弁開度θtcが入力されると共に現在のスロットル通過空気流量mtcが出力される。吸気管モデルM20''には現在のスロットル通過空気流量mtcが入力されると共に現在の吸気管内圧力Pmcが出力される。この吸気管内圧力PmcがスロットルモデルM10''及び吸気弁モデルM30''に入力される。吸気弁モデルM30''では現在の筒内吸入空気流量mccが算出され、吸気管モデルM20''に入力される。
In the model block M2 ″, the same calculation as that of the air model M1 is performed based on the current throttle valve opening θtc detected by the throttle
そして、上記計算において算出された現在のスロットル通過空気流量mtcに基づいてAFMモデルM50によりエアフロメータ41の応答遅れを考慮した予想出力値AFMmtが算出される。算出された予想出力値AFMmtがスロットル通過空気流量として吸気管モデルM20'''に入力される。そして、吸気管モデルM20'''および吸気弁モデルM30'''により、上述したのと同様な方法で吸気管内圧力Pmmdlが算出される。このようにして算出された吸気管内圧力Pmmdlは、現在のスロットル弁開度θtcに基づいて、エアフロメータ41によって出力されるであろう出力値にスロットル通過空気流量が等しいと仮定した場合における吸気管内圧力を示している。
Based on the current throttle passage air flow rate mtc calculated in the above calculation, the AFM model M50 calculates an expected output value AFMmt that takes into account the response delay of the
一方、モデルブロックM2'''では、実際のエアフロメータ41の出力値AFMがスロットル通過空気流量として吸気管モデルM20''''に入力される。吸気管モデルM20''''により吸気管内圧力Pmafmが算出される。吸気弁モデルM30''''には吸気管内圧力Pmafmが入力され、筒内吸入空気流量mcafmが算出され、吸気管モデルM20''''に再び入力される。このようにして算出された吸気管内圧力Pmafmは、スロットル通過空気流量がエアフロメータ41の出力値に等しいと仮定した場合における吸気管内圧力を示している。
On the other hand, in the model block M2 ′ ″, the actual output value AFM of the
AFMモデルを用いた吸気管内圧力Pmmdlとエアフロメータの出力に基づく吸気管内圧力Pmafmとの差分(Pmmdl−Pmafm)は、エアモデルによって算出された現在の吸気管内圧力とエアフロメータ41に基づいて算出された吸気管内圧力との誤差を表している。この誤差圧力(Pmmdl−Pmafm)をモデルブロックM2'により算出された吸気管内圧力Pmfから減算することにより、誤差圧力を修正した吸気管内圧力(Pmf−Pmmdl+Pmafm)を算出することができる。
The difference (Pmmdl-Pmafm) between the intake pipe pressure Pmmdl using the AFM model and the intake pipe pressure Pmafm based on the output of the air flow meter was calculated based on the current intake pipe pressure calculated by the air model and the
なお、図13を参照して、本実施の形態においては、誤差圧力(Pmmdl−Pmafm)を出力する部分にスイッチ51が配置されている。内燃機関の通常の運転時には、スイッチ51は接続状態であり、主モデルブロックにより算出された吸気管内圧力Pmfから誤差圧力(Pmmdl−Pmafm)が減算されて、吸気弁モデルM30に入力される吸気管内圧力Pmfinが算出される。そして、吸気管内圧力Pmfinが吸気管モデルM30に入力され、吸気管モデルM30によって算出された筒内吸入空気流量mcfinに基づいて筒内充填空気量Mcが算出される。この筒内充填空気量Mcに基づいて燃料噴射量が算出される。
Referring to FIG. 13, in the present embodiment, switch 51 is arranged at a portion that outputs error pressure (Pmmdl-Pmafm). During normal operation of the internal combustion engine, the
次に、電子制御スロットルモデルM40およびAFMモデルM50について説明する。 Next, the electronic control throttle model M40 and the AFM model M50 will be described.
電子制御スロットルモデルM40は、アクセルペダル45の踏込み量に基づいて現時刻から所定時間T0後のスロットル弁開度θtfを算出するモデルである。本実施の形態においては、踏込み量センサ46によって検出されたアクセルペダル踏込み量Accpと、図14に示したグラフから作成されたマップとに基づいて暫定的な目標スロットル弁開度θr1が求められる。この暫定的な目標スロットル弁開度θr1を所定時間T(例えば、64msec)だけ遅延させた値が、スロットル弁の最終的な目標スロットル弁開度θrになる。そして、ECU31は、目標スロットル弁開度θrとなるようにステップモータ18に対して駆動信号を送出する。
The electronically controlled throttle model M40 is a model that calculates the throttle valve opening degree θtf after a predetermined time T0 from the current time based on the depression amount of the
このように、現時刻のスロットル弁の目標スロットル弁開度θrは、現時刻から所定時間Tだけ前の時刻におけるアクセルペダル踏込み量Accpに応じて決定された暫定的な目標スロットル弁開度θr1と等しい。また、ステップモータ18の作動遅れ時間を無視すれば、ステップモータ18に入力される目標スロットル弁開度θrは実際のスロットル弁開度と等しい。このような考えに基づき、電子制御スロットルモデルM40では、現時刻から時間(T−T0)前(但し、0≦T0≦T)における暫定的な目標スロットル弁開度θr1を現時刻から所定時間T0だけ後の時刻tにおけるスロットル弁開度(所定時間後のスロットル弁開度)θtfとして推定する。なお、ステップモータ18の作動遅れ時間を考慮に加えて、所定時間後のスロットル弁開度θtfを設定してもよい。
As described above, the target throttle valve opening degree θr of the throttle valve at the current time is the provisional target throttle valve opening degree θr1 determined according to the accelerator pedal depression amount Accp at the time before the predetermined time T from the current time. equal. If the operation delay time of the
次に、AFMモデルM50について具体的に説明する。図2および図3を参照して、エアフロメータ41では、上述したように吸気温度計測用抵抗41a1と加熱用抵抗(ボビン部)41a3との温度差を常に一定に維持するように加熱用抵抗41a3に供給する電力を調整する。その時の供給電力に基づいてエアフロ通過空気流量を算出するようにしている。ここで、この供給電力はボビン部41a3およびサポート部41a4から吸気管16内を通過する空気への放熱量を示すことから、エアフロメータ41はボビン部41a3およびサポート部41a4からの放熱量に基づいてエアフロ通過空気流量を算出すると言い換えることができる。
Next, the AFM model M50 will be specifically described. 2 and 3, in the
ここで、ボビン部41a3は、より詳細には円筒状のセラミックスボビンに白金熱線を巻回し、その外周にガラスをコーティングすることにより形成される。このため、白金熱線から周囲の空気への放熱は白金熱線と周囲の空気との間にガラス層が介在することにより遅れてしまう。したがって、吸気管16内を通過する空気の流量が急激に増大したような場合であっても、ボビン部41a3からの単位時間当たりの放熱量(以下、単に「放熱量」と称す)は直ぐには増大せず、或る程度の遅れをもって増大することになる。換言すると、ボビン部41a3からの放熱量は実際のエアフロ通過空気流量に対して応答遅れが存在する。また、同様なことがサポート部41a4からの放熱量についても言え、サポート部41a4からの放熱量は実際のエアフロ通過空気流量に対して応答遅れが存在する。
More specifically, the bobbin portion 41a3 is formed by winding a platinum hot wire around a cylindrical ceramic bobbin and coating the outer periphery thereof with glass. For this reason, heat dissipation from the platinum heat wire to the surrounding air is delayed due to the glass layer interposed between the platinum heat wire and the surrounding air. Therefore, even when the flow rate of the air passing through the
この応答遅れは、一次遅れに近似することができることがわかっており、ボビン部41a3の放熱量の応答遅れは次式(13)で表される。ここで、式(13)におけるωbはエアフロメータ41の出力値から換算したボビン部41a3の放熱量、すなわち放熱遅れが生じた結果ボビン部41a3の白金熱線から実際に放熱される放熱量(以下、「遅れ放熱量」と称す)を示している。また、式(13)におけるWbは、応答遅れを補償した放熱量、すなわち放熱遅れが生じないと仮定した場合におけるボビン部41a3の白金熱線から放熱される放熱量(以下、「完全放熱量」と称す)を示している。すなわち、完全放熱量Wbは、内燃機関が定常運転を行っているときにおける放熱量に等しく、基本的にエアフロメータ41近傍の吸気管16内を通過する空気流量のみの関数である。エアフロメータ41近傍の吸気管16内を通過する空気流量はスロットル通過空気流とほぼ等しいため、完全放熱量Wbはスロットル通過空気流量の関数と考えることができ、スロットル通過空気流量とボビン部41a3からの完全放熱量Wbとの関係は図15のように表すことができる。さらに、式(13)におけるτbは、ボビン部41a3からの放熱における一次遅れの時定数であり、その算出方法については後述する。
It is known that this response delay can be approximated to a first-order delay, and the response delay of the heat radiation amount of the bobbin portion 41a3 is expressed by the following equation (13). Here, ω b in the equation (13) is a heat dissipation amount of the bobbin portion 41a3 converted from the output value of the
同様に、サポート部41a4の放熱量の応答遅れは次式(14)で表される。サポート部41a4からの完全放熱量Wbもスロットル通過空気流量の関数と考えることができ、スロットル通過空気流量とサポート部41a4からの完全放熱量Wsとの関係は、図15に示すグラフのように表すことができる。また、式(14)におけるτsは、サポート部41a4からの放熱における一次遅れの時定数である。 Similarly, the response delay of the heat radiation amount of the support portion 41a4 is expressed by the following equation (14). The complete heat release amount W b from the support portion 41a4 can also be considered as a function of the throttle passage air flow rate, and the relationship between the throttle passage air flow rate and the complete heat release amount W s from the support portion 41a4 is as shown in the graph of FIG. Can be expressed as Further, τ s in the equation (14) is a time constant of a first-order lag in heat dissipation from the support portion 41a4.
式(13)および式(14)によりボビン部41a3およびサポート部41a4からの遅れ放熱量ωb、ωsが算出される。エアフロメータ41では、放熱遅れが生じた結果ボビン部41a3およびサポート部41a4から実際に放熱される放熱量、すなわち遅れ放熱量に応じて出力電圧が変化するため、式(13)および式(14)によって算出された遅れ放熱量の和(ωb+ωs)に基づいてエアフロメータ41が出力するであろう出力値(予想出力値)AFMmtが算出される。本実施の形態では、エアフロメータ41における遅れ放熱量の和(ωb+ωs)とエアフロメータ41の予想出力値AFMmtとの関係を予め実験的にまたは計算によって求め、図16に示したようなグラフに基づくマップをECU31のROM34に記憶させておく。そして、式(13)および式(14)から算出された遅れ放熱量の和ωb+ωsに基づいて上記マップを用いてエアフロメータ41の予想出力値AFMmtが算出される。なお、上記マップを用いた遅れ放熱量の和ωb+ωsに基づくエアフロメータ41の予想出力値AFMmtの算出は下記式(15)のように表すことができる。
Delayed heat radiation amounts ω b and ω s from the bobbin portion 41a3 and the support portion 41a4 are calculated by the equations (13) and (14). In the
なお、ボビン部41a3の一次遅れの時定数τbは下記式(16)によって、またサポート部41a4の一次遅れの時定数τsは下記式(17)によって算出される。式(16)および式(17)において、uは、エアフロメータ41の検出部における流路、すなわちエアフロメータ41のバイパス通路における単位断面積当たりの空気流量である。単位断面積当たりの空気流量uはエアフロメータ41の出力値AFMに基づいてマップによりまたは所定の計算式により算出される。また、kb、ks、mb、msは予め実験または計算によって求められる定数であり、kb、mbがボビン部41a3についての定数、ks、msがサポート部41a4についての定数をそれぞれ示している。ボビン部41a3とサポート部41a4とでは応答遅れの度合いが異なるので、ボビン部41a3とサポート部41a4とを分離して時定数を設定することによってスロットル通過空気流量から予想出力値を算出するための算出精度を向上させることとしている。
The primary delay time constant τ b of the bobbin portion 41a3 is calculated by the following equation (16), and the primary delay time constant τ s of the support portion 41a4 is calculated by the following equation (17). In Expression (16) and Expression (17), u is an air flow rate per unit cross-sectional area in the flow path in the detection unit of the
次に、上記AFMモデルM50を内燃機関の制御装置に実装して、実際にスロットルモデルM10によって算出されたスロットル通過空気流量mtからエアフロメータ41の予想出力値AFMmtを算出する場合について説明する。エアフロメータ41の予想出力値AFMmtはAFMモデルM50を用いて、上記式(13)、式(14)を解くことにより表される。この場合、ECU31で処理するために、これらの式を離散化する必要がある。時刻t、計算間隔Δtを用いて式(13)、式(14)を離散化すると、それぞれ下記式(18)、式(19)が得られる。
Next, a description will be given of a case where the AFM model M50 is mounted on a control device for an internal combustion engine, and an expected output value AFMmt of the
このようにして実装されたAFMモデルM50では、時刻tにおけるボビン部41a3からの遅れ放熱量ωb(t)、サポート部41a4からの遅れ放熱量ωs(t)およびスロットルモデルM10の式(8)で算出された時刻tにおけるスロットル通過空気流量mt(t)が式(18)および式(19)に代入され、これにより時刻t+Δtにおけるボビン部41a3からの遅れ放熱量ωb(t+Δt)およびサポート部41a4からの遅れ放熱量ωs(t+Δt)が算出される。そして、これら遅れ放熱量ωb(t+Δt)およびωs(t+Δt)を用いて式(15)により時刻t+Δtにおけるエアフロメータ41の予想出力値AFMmt(t+Δt)が算出される。
In the AFM model M50 mounted in this way, the delayed heat release amount ω b (t) from the bobbin portion 41a3, the delayed heat release amount ω s (t) from the support portion 41a4 at time t, and the formula (8 ), The throttle passage air flow rate mt (t) at the time t calculated in step (7) is substituted into the equations (18) and (19), whereby the delayed heat release ω b (t + Δt) and the support from the bobbin portion 41a3 at the time t + Δt. The delayed heat radiation amount ω s (t + Δt) from the portion 41a4 is calculated. Then, the predicted output value AFMmt (t + Δt) of the
このようなエアモデルM2を用いることにより、エアモデルに含まれる誤差圧力を考慮して筒内吸入空気流量を算出することができる。 By using such an air model M2, the cylinder intake air flow rate can be calculated in consideration of the error pressure included in the air model.
ところで、本実施の形態の内燃機関では、機関減速運転時に気筒への燃料の供給を停止する燃料カット制御を実行している。燃料カット制御を実行している期間中に気筒内に空気を流通させると、すなわち吸気弁6を介して空気を気筒内に流入させると共に排気弁8を介して空気を気筒内から流出させると、排気浄化触媒21には多量の空気が流入する。
By the way, in the internal combustion engine of the present embodiment, fuel cut control is executed to stop the supply of fuel to the cylinder during engine deceleration operation. When air is circulated in the cylinder during the period when the fuel cut control is executed, that is, when air is introduced into the cylinder via the
排気浄化触媒21に空気、特に酸素が流入すると、酸素は排気浄化触媒21の表面上に吸着する。また、排気浄化触媒21に担持されている貴金属は高温になると互いに結合して大粒となり、表面積の総和が小さくなる。この結合反応は排気浄化触媒21の表面上に吸着されている酸素によって促進される。このため、排気浄化触媒21に多量の空気が流入して、排気浄化触媒20の表面上に保持される酸素の量が増大すると、貴金属の酸化能力等が低下する(酸素被毒)場合がある。したがって、燃料カット制御中には、排気浄化触媒21に酸素が流入しないようにすることが好ましい。
When air, particularly oxygen, flows into the
本実施の形態の内燃機関では、燃料カット制御を実行している期間中には、吸気弁6を閉止状態で停止させる吸気弁停止制御を行っている。これにより、燃料カット制御中であっても排気浄化触媒21に酸素が流入することが抑制され、その結果、排気浄化触媒21の酸素被毒が抑制される。
In the internal combustion engine of the present embodiment, intake valve stop control for stopping the
図17に、燃料カット制御を行うときのタイムチャートを示す。時刻tsまでは、通常の運転を継続している。時刻tsまでは、連続的または間欠的に、いずれかの気筒の吸気弁が開状態になって筒内に空気が吸入される。時刻tsにおいて、燃料カット制御を開始している。燃料カット制御の期間中には、吸気弁を閉止状態で停止させる吸気弁停止制御を行っている。時刻tsにおいて、筒内吸入空気流量が零になる。実際の吸気管内圧力は、時刻tsまでは大気圧よりも低くなる。吸気弁停止制御の期間では、吸気管部分における空気の流れが停止する。スロットル弁19は、完全には閉止せずに空気が流通する。このために、吸気管部分23の圧力が徐々に上昇し、大気圧でほぼ一定の値になる。
FIG. 17 shows a time chart when the fuel cut control is performed. Normal operation is continued until time ts. Until time ts, the intake valve of one of the cylinders is opened continuously or intermittently, and air is sucked into the cylinder. At time ts, fuel cut control is started. During the fuel cut control period, intake valve stop control is performed to stop the intake valve in a closed state. At time ts, the in-cylinder intake air flow rate becomes zero. The actual intake pipe pressure is lower than atmospheric pressure until time ts. During the intake valve stop control period, the air flow in the intake pipe portion stops. The
時刻teにおいて、燃料カット制御を終了すると共に吸気弁停止制御を終了している。時刻teにおいて、吸気弁を再駆動している。吸気弁が再駆動するために実際の吸気管内圧力は再び減少する。 At time te, the fuel cut control is terminated and the intake valve stop control is terminated. At time te, the intake valve is driven again. Since the intake valve is driven again, the actual intake pipe pressure decreases again.
図18に、吸気弁停止制御中の第2のエアモデルのブロック図を示す。吸気弁停止制御が行なわれているときには、吸気管部分23から気筒内に空気は流入しない。エアモデルM2では、それぞれのモデルブロックM2',M2'',M2'''において、吸気弁モデルM30',M30'',M30''',M30''''により算出される前回の筒内吸入空気流量を用いずに、それぞれの吸気管モデルM20',M20'',M20''',M20''''に入力する前回の筒内吸入空気流量mcを零にする。すなわち、モデルブロックM2'においては筒内吸入空気流量mcfを零にし、モデルブロックM2''においては筒内吸入空気流量mccを零にし、筒内吸入空気流量mcmdlを零にする。モデルブロックM2'''においては、筒内吸入空気流量mcafmを零にする。このように、吸気弁停止制御中には、それぞれの吸気管モデルに入力する前回の筒内吸入空気流量を零に切り替える。
FIG. 18 shows a block diagram of a second air model during intake valve stop control. When the intake valve stop control is being performed, air does not flow from the
それぞれの吸気管モデルM20',M20'',M20''',M20''''において、式(3)および式(4)にmc=0を代入することにより、次の式(20)および式(21)を導出できる。式(20)および式(21)に基づいた吸気管モデルにより、それぞれのモデルブロックにおける吸気管内圧力Pmおよび吸気管内温度Tmを算出することができる。 In each intake pipe model M20 ′, M20 ″, M20 ′ ″, M20 ″ ″, by substituting mc = 0 into Equation (3) and Equation (4), the following Equation (20) and Equation (21) can be derived. With the intake pipe model based on the equations (20) and (21), the intake pipe pressure Pm and the intake pipe temperature Tm in each model block can be calculated.
このように、吸気弁停止制御中においても、吸気管内圧力Pmf,Pmc,Pmmdl,Pmafmを算出することができる。主モデルブロックとしてのモデルブロックM2'からは、吸気管内圧力Pmfが算出される。誤差修正ブロックとしてのモデルブロックM2''およびモデルブロックM2'''からは、吸気管内圧力Pmmdlおよび吸気管内圧力Pmafmが算出される。さらに、吸気弁停止制御中においても、モデルブロックM2'から算出された吸気管内圧力Pmfから、誤差圧力(Pmmdl−Pmafm)を減算した吸気管内圧力を算出することができる。 Thus, the intake pipe pressures Pmf, Pmc, Pmmdl, and Pmafm can be calculated even during the intake valve stop control. From the model block M2 ′ as the main model block, the intake pipe pressure Pmf is calculated. From the model block M2 ″ and the model block M2 ′ ″ as error correction blocks, the intake pipe pressure Pmmdl and the intake pipe pressure Pmafm are calculated. Further, even during the intake valve stop control, the intake pipe pressure obtained by subtracting the error pressure (Pmmdl-Pmafm) from the intake pipe pressure Pmf calculated from the model block M2 ′ can be calculated.
ところで、本実施の形態における内燃機関の制御装置に用いられているエアフロメータは、熱線式流量計である。前述したように、このエアフロメータは、吸気温度計測用抵抗41a1と加熱用抵抗41a3との温度差が常に一定に維持されるように、加熱用抵抗41a3に供給する電力を調整し、この時の電圧を出力するようになっている。ところが、エアフロメータを流れる空気流量が零になった場合においても、加熱用抵抗等からは僅かな放熱が継続される。このために、本実施の形態におけるエアフロメータは、流量が零になった場合においても出力される流量値が正になる特性を有する。 By the way, the air flow meter used in the control apparatus for an internal combustion engine in the present embodiment is a hot-wire flow meter. As described above, this air flow meter adjusts the power supplied to the heating resistor 41a3 so that the temperature difference between the intake temperature measuring resistor 41a1 and the heating resistor 41a3 is always kept constant. The voltage is output. However, even when the flow rate of air flowing through the air flow meter becomes zero, slight heat dissipation is continued from the heating resistor or the like. For this reason, the air flow meter in the present embodiment has a characteristic that the output flow rate value becomes positive even when the flow rate becomes zero.
図4を参照して、本実施の形態におけるエアフロメータは、実際の機関吸気通路における空気流量が零になった場合においても出力電圧が正になっている。実際の空気流量が零になった時に出力電圧が電圧Vg0になる。このように、本実施の形態におけるエアフロメータは、実際の空気流量が零であっても空気流量が正である信号が出力される。 Referring to FIG. 4, the air flow meter in the present embodiment has a positive output voltage even when the air flow rate in the actual engine intake passage becomes zero. When the actual air flow rate becomes zero, the output voltage becomes the voltage Vg0. As described above, the air flow meter in the present embodiment outputs a signal indicating that the air flow rate is positive even if the actual air flow rate is zero.
図18を参照して、モデルブロックM2'''においては、エアフロメータの出力値AFMが、吸気管モデルM20''''に入力されている。吸気弁停止制御の期間中においても、エアフロメータの出力値AFMは正になる。このため、吸気管モデルM20''''により算出される吸気管内圧力Pmafmは、時間とともに増加する。 Referring to FIG. 18, in model block M2 ′ ″, the output value AFM of the air flow meter is input to intake pipe model M20 ″ ″. Even during the intake valve stop control period, the output value AFM of the air flow meter becomes positive. For this reason, the intake pipe pressure Pmafm calculated by the intake pipe model M20 ″ ″ increases with time.
前述の吸気管モデルの式(4)を参照して、吸気管部分から流出する気体の流量mcafmが零である一方で、吸気管に流入する気体の流量mt(エアフローメータの出力値AFM)は正になる。このため、変数(dPm/dt)は正になり、時間とともに吸気管内圧力Pmafmが上昇することが分かる。モデルブロックM2''およびモデルブロックM2'''から算出される誤差圧力を修正した吸気管内圧力(Pmf−Pmmdl+Pmafm)は、時間とともに増加する。 Referring to equation (4) of the intake pipe model described above, the flow rate mcafm of the gas flowing out from the intake pipe portion is zero, while the flow rate mt of the gas flowing into the intake pipe (the output value AFM of the air flow meter) is Become positive. For this reason, the variable (dPm / dt) becomes positive, and it can be seen that the intake pipe pressure Pmafm increases with time. The intake pipe pressure (Pmf−Pmmdl + Pmafm) obtained by correcting the error pressure calculated from the model block M2 ″ and the model block M2 ′ ″ increases with time.
図19に、本実施の形態における第2のエアモデルにおいて、主モデルブロックから算出される吸気管内圧力と、誤差圧力を修正した吸気管内圧力のグラフを示す。横軸が時刻であり、縦軸が吸気管内圧力の推定値である。実線が主モデルブロックとしてのモデルブロックM2'から算出される吸気管内圧力Pmfを示し、破線が誤差圧力を修正した吸気管内圧力(Pmf−Pmmdl+Pmafm)を示している。 FIG. 19 shows a graph of the intake pipe pressure calculated from the main model block and the intake pipe pressure with the error pressure corrected in the second air model in the present embodiment. The horizontal axis is time, and the vertical axis is the estimated value of the intake pipe pressure. The solid line indicates the intake pipe pressure Pmf calculated from the model block M2 ′ as the main model block, and the broken line indicates the intake pipe pressure (Pmf−Pmmdl + Pmafm) obtained by correcting the error pressure.
時刻tsまでは、通常の運転を行なっている。時刻tsから時刻teまでは、吸気弁停止制御を行っている。時刻teにおいて吸気弁が再駆動されている。時刻tsまでは、誤差圧力を修正した吸気管内圧力(Pmf−Pmmdl+Pmafm)が吸気弁モデルM30に入力される吸気管内圧力Pmfinとして採用されている。時刻tsにおいて、吸気弁が閉止状態で停止することにより、モデルブロックM2'から算出される吸気管内圧力PmfおよびモデルブロックM2',M2'',M2'''から算出される誤差圧力を修正した吸気管内圧力(Pmf−Pmmdl+Pmafm)が上昇する。 Until time ts, normal operation is performed. From time ts to time te, intake valve stop control is performed. The intake valve is driven again at time te. Until the time ts, the intake pipe pressure (Pmf−Pmmdl + Pmafm) with the error pressure corrected is used as the intake pipe pressure Pmfin input to the intake valve model M30. The intake valve pressure Pmf calculated from the model block M2 ′ and the error pressure calculated from the model blocks M2 ′, M2 ″, M2 ′ ″ were corrected by stopping the intake valve in the closed state at time ts. The intake pipe pressure (Pmf−Pmmdl + Pmafm) increases.
時刻ts1において、実際の吸気管内圧力が、ほぼ大気圧になる。時刻ts1から時刻teまでの期間では、モデルブロックM2'により算出される吸気管内圧力Pmfは、ほぼ一定になる。ところが、誤差圧力を修正した吸気管内圧力(Pmf−Pmmdl+Pmafm)は徐々に増加する。圧力の増加は、吸気弁停止制御が終了して、吸気弁が再駆動されるまで継続される。 At time ts1, the actual intake pipe pressure becomes substantially atmospheric pressure. In the period from time ts1 to time te, the intake pipe pressure Pmf calculated by the model block M2 ′ is substantially constant. However, the intake pipe pressure (Pmf−Pmmdl + Pmafm) with the error pressure corrected gradually increases. The increase in pressure is continued until the intake valve stop control is finished and the intake valve is driven again.
時刻teにおいて、吸気弁の駆動を再開したときには、誤差圧力を修正した吸気管内圧力(Pmf−Pmmdl+Pmafm)は、実際の吸気管内圧力よりも大きな値になっている。すなわち、ほぼ大気圧よりも高い圧力になっている。このため、吸気弁の駆動を再開したときに、誤差圧力を修正した吸気管内圧力(Pmf−Pmmdl+Pmafm)を吸気弁モデルM30に入力した場合には、筒内吸入空気流量mcfinが、実際の空気流量よりも大きく算出される。このため、燃料噴射弁から噴射される燃料も多くなってしまい、気筒内における空燃比が目標の空燃比よりもリッチ側にずれる。 When the drive of the intake valve is resumed at time te, the intake pipe pressure (Pmf−Pmmdl + Pmafm) with the corrected error pressure is larger than the actual intake pipe pressure. That is, the pressure is substantially higher than atmospheric pressure. Therefore, when the intake pipe pressure (Pmf−Pmmdl + Pmafm) with corrected error pressure is input to the intake valve model M30 when the drive of the intake valve is resumed, the in-cylinder intake air flow rate mcfin becomes the actual air flow rate. Greater than For this reason, more fuel is injected from the fuel injection valve, and the air-fuel ratio in the cylinder shifts to a richer side than the target air-fuel ratio.
本実施の形態の内燃機関の制御装置においては、吸気弁停止制御の期間のうち少なくとも一部の期間中に吸気弁を再駆動すべき場合には、吸気弁の駆動を再開する時に使用する吸気管内圧力として、主モデルブロックとしてのモデルブロックM2'から算出される吸気管内圧力Pmfを、吸気弁モデルM30に入力する吸気管内圧力Pmfinに採用している。モデルブロックM2'から算出される吸気管内圧力Pmfに基づいて今回の筒内吸入空気流量mcを算出している。この制御により、吸気弁が閉止状態で停止している状態から吸気弁を再駆動したときに、気筒に流入する空気量を精度良く推定することができる。この結果、気筒において燃焼時の空燃比を目標空燃比に近づけることができる。本実施の形態においては、図18に示すように、スイッチ51を非接続にすることにより、吸気弁モデルM30に入力する吸気管内圧力Pmfinを、モデルブロックM2'により算出される吸気管内圧力Pmfとしている。
In the control apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment, when the intake valve is to be redriven during at least a part of the intake valve stop control period, the intake air used when the drive of the intake valve is resumed As the pipe internal pressure, the intake pipe internal pressure Pmf calculated from the model block M2 ′ as the main model block is adopted as the intake pipe internal pressure Pmfin input to the intake valve model M30. The current in-cylinder intake air flow rate mc is calculated based on the intake pipe pressure Pmf calculated from the model block M2 ′. This control makes it possible to accurately estimate the amount of air flowing into the cylinder when the intake valve is re-driven from a state where the intake valve is stopped in the closed state. As a result, the air-fuel ratio at the time of combustion in the cylinder can be brought close to the target air-fuel ratio. In the present embodiment, as shown in FIG. 18, by disconnecting the
図19を参照して、本実施の形態においては、時刻ts1から時刻teまでの期間を、モデルブロックM2'から算出された吸気管内圧力Pmfを吸気弁モデルM30に入力する吸気管内圧力Pmfinとして採用する期間としている。 Referring to FIG. 19, in the present embodiment, the period from time ts1 to time te is adopted as intake pipe internal pressure Pmfin for inputting intake pipe internal pressure Pmf calculated from model block M2 ′ to intake valve model M30. The period to be.
図20に、本実施の形態の内燃機関の制御装置において、吸気弁を再駆動すべき時の制御のフローチャートを示す。図20は、吸気弁の駆動が再開したときの1回目の計算において吸気弁モデルM30に入力する吸気管内圧力Pmfinを選定するフローチャートである。 FIG. 20 shows a flowchart of control when the intake valve is to be redriven in the control apparatus for an internal combustion engine of the present embodiment. FIG. 20 is a flowchart for selecting the intake pipe pressure Pmfin to be input to the intake valve model M30 in the first calculation when the drive of the intake valve is resumed.
ステップ101において、吸気弁の駆動を再開する信号が発信されたか否かが判別される。すなわち、吸気弁停止制御が終了したか否かが判別される。ステップ101において、吸気弁の駆動を再開する信号が発信されていない場合には、この制御を終了する。ステップ101において、吸気弁の駆動を再開する信号が発信された場合には、ステップ102に移行する。
In
ステップ102においては、モデルブロックM2'から算出される吸気管内圧力Pmfの上昇率が、予め定められた判定値よりも大きいか否かが判別される。すなわち、吸気管内圧力Pmfが、所定の傾きよりも大きい傾きで上昇しているか否かが判別される。ステップ102では、図19に示す時刻tsから時刻ts1までの期間内であるか否かが判別される。ステップ102において、吸気管内圧力Pmfの上昇率が予め定められた判定値よりも大きい場合には、ステップ103に移行する。ステップ103においては、吸気弁モデルM30に入力する吸気管内圧力Pmfinとして、誤差圧力を修正した吸気管内圧力(Pmf−Pmmdl+Pmafm)を選択する。
In
ステップ102において、算出された吸気管内圧力Pmfの上昇率が予め定められた判定値以下である場合には、ステップ104に移行する。すなわち、図19に示す時刻ts1以降の期間であり、吸気管内圧力Pmfが、ほぼ一定になっている場合には、ステップ104に移行する。ステップ104においては、吸気弁モデルM30に入力する吸気管内圧力Pmfinとして、モデルブロックM2'により算出された吸気管内圧力Pmfを選択する。
If the calculated increase rate of the intake pipe pressure Pmf is equal to or smaller than a predetermined determination value in
次に、ステップ105に移行する。ステップ105においては、ステップ103またはステップ104にて選定された吸気管内圧力Pmfinを用いて、吸気弁モデルM30により、今回の気筒内吸入空気流量mcfinが算出される。
Next, the process proceeds to step 105. In
図19を参照して、本実施の形態においては、時刻tsから時刻ts1までの期間において吸気弁を再駆動した場合には、通常運転と同様に、誤差圧力を修正した吸気管内圧力(Pmf−Pmmdl+Pmafm)を選定して、今回の筒内吸入空気流量mcfinを算出している。時刻ts1以降の期間において吸気弁を再駆動した場合には、モデルブロックM2'により算出された吸気管内圧力Pmfを選定して、今回の筒内吸入空気流量mcfinを算出している。 Referring to FIG. 19, in the present embodiment, when the intake valve is re-driven during the period from time ts to time ts1, the intake pipe pressure (Pmf− Pmmdl + Pmafm) is selected, and the current cylinder intake air flow rate mcfin is calculated. When the intake valve is re-driven during the period after time ts1, the in-cylinder intake air flow rate mcfin is calculated by selecting the intake pipe pressure Pmf calculated by the model block M2 ′.
吸気弁停止制御が開始されてから吸気管内圧力が、ほぼ一定になるまでの期間(時刻tsから時刻ts1までの期間)においては、吸気管部分に空気が流入する。このために、この期間に吸気弁を再駆動する場合には、通常運転時と同様に、誤差圧力を修正した吸気管内圧力(Pmf−Pmmdl+Pmafm)を採用した方が、モデルブロックM2'により算出された吸気管内圧力Pmfを採用するよりも精度が高くなる。吸気弁を閉止状態で停止した後において、吸気管内圧力が、ほぼ一定になるまでの期間に吸気弁を再駆動する場合に、誤差圧力を修正した吸気管内圧力を選択することにより、精度よく筒内吸入空気流量を算出することができる。算出された筒内吸入空気流量から精度よく筒内充填空気量を算出することができる。この後の制御では、通常運転と同様の制御を行うことができる。 In the period from the start of the intake valve stop control until the pressure in the intake pipe becomes substantially constant (the period from time ts to time ts1), air flows into the intake pipe portion. For this reason, when the intake valve is re-driven during this period, the model block M2 ′ adopts the intake pipe pressure (Pmf−Pmmdl + Pmafm) in which the error pressure is corrected, as in normal operation. The accuracy is higher than when the intake pipe pressure Pmf is employed. After the intake valve is stopped in the closed state, when the intake valve is re-driven during the period until the intake pipe pressure becomes substantially constant, the cylinder pressure can be accurately determined by selecting the intake pipe pressure with the error pressure corrected. The internal intake air flow rate can be calculated. The cylinder charge air amount can be accurately calculated from the calculated cylinder intake air flow rate. In the subsequent control, the same control as in the normal operation can be performed.
本実施の形態においては、吸気管内の圧力がほぼ一定になった時に、筒内吸入空気流量を算出するために採用する吸気管内圧力を、誤差圧力を修正した吸気管内圧力からモデルブロックM2'により算出された吸気管内圧力に切り替えているが、この形態に限られず、吸気弁停止制御の期間中の任意の時期に切り替えることができる。例えば、吸気管内の圧力がほぼ一定になった時から所定の時間の経過後に切り替えても構わない。 In the present embodiment, when the pressure in the intake pipe becomes substantially constant, the intake pipe internal pressure used to calculate the in-cylinder intake air flow rate is calculated from the intake pipe internal pressure with the error pressure corrected by the model block M2 ′. Although it is switched to the calculated intake pipe pressure, it is not limited to this form, and can be switched to any time during the period of intake valve stop control. For example, switching may be performed after a predetermined time has elapsed from when the pressure in the intake pipe becomes substantially constant.
次に、吸気管内圧力がほぼ一定になっている時刻ts以降の期間に吸気弁を再駆動し、再駆動した後に筒内吸入空気流量を算出する制御について説明する。図19を参照して、時刻teにおいて吸気弁の駆動を再開した直後においては、誤差圧力を修正した吸気管内圧力(Pmf−Pmmdl+Pmafm)は、実際の吸気管内圧力から逸脱している。このため、吸気弁の駆動を再開した直後においては、モデルブロックM2'により算出された吸気管内圧力Pmfを選定して筒内吸入空気流量を算出する。吸気管内圧力が減少して、ほぼ定常状態になった時に、誤差圧力を修正した吸気管内圧力(Pmf−Pmmdl+Pmafm)に切り替えて筒内吸入空気流量を算出する。 Next, control for calculating the in-cylinder intake air flow rate after re-driving the intake valve during a period after time ts when the intake pipe pressure is substantially constant will be described. Referring to FIG. 19, immediately after the drive of the intake valve is resumed at time te, the intake pipe pressure (Pmf−Pmmdl + Pmafm) with the corrected error pressure deviates from the actual intake pipe pressure. Therefore, immediately after the driving of the intake valve is resumed, the intake pipe pressure Pmf calculated by the model block M2 ′ is selected to calculate the in-cylinder intake air flow rate. When the intake pipe pressure decreases and becomes almost steady, the intake pipe flow rate is calculated by switching to the intake pipe pressure (Pmf−Pmmdl + Pmafm) with the error pressure corrected.
図21に、吸気弁の駆動を再開した後の期間において、吸気弁モデルに入力する吸気管内圧力を選定するフローチャートを示す。本実施の形態においては、吸気管内圧力がほぼ一定になっている期間に吸気弁を再駆動したときの1回目の吸気管内圧力の選定は、図20に示すフローチャートにより選定する。吸気弁が再駆動したときの2回目以降の計算において、図21に示すフローチャートにより吸気管内圧力が選定される。 FIG. 21 shows a flowchart for selecting the intake pipe pressure to be input to the intake valve model during the period after the drive of the intake valve is resumed. In the present embodiment, the selection of the first intake pipe pressure when the intake valve is re-driven while the intake pipe pressure is substantially constant is selected according to the flowchart shown in FIG. In the second and subsequent calculations when the intake valve is re-driven, the intake pipe pressure is selected according to the flowchart shown in FIG.
ステップ111において、モデルブロックM2'により算出された吸気管内圧力Pmfの変化率が予め定められた判定値未満であるか否かが判別される。ステップ111においては、図19に示す時刻teから時刻te1の間の期間か否かが判別される。すなわち、吸気管内圧力Pmfが、ほぼ定常状態にならずに下降しているか否かが判別される。 In step 111, it is determined whether or not the rate of change of the intake pipe pressure Pmf calculated by the model block M2 ′ is less than a predetermined determination value. In step 111, it is determined whether or not it is a period between time te and time te1 shown in FIG. That is, it is determined whether or not the intake pipe pressure Pmf is decreasing without substantially reaching a steady state.
図21を参照して、ステップ111において、モデルブロックM2'により算出された吸気管内圧力Pmfの変化率が予め定められた判定値未満である場合には、ステップ112に移行する。すなわち、図19に示す時刻teから時刻te1までの期間である場合には、ステップ112に移行する。ステップ112においては、吸気弁モデルM30に入力する吸気管内圧力Pmfinとして、モデルブロックM2'により算出された吸気管内圧力Pmfを選定する。
Referring to FIG. 21, when the change rate of intake pipe pressure Pmf calculated by model block M2 ′ is less than a predetermined determination value at step 111, the routine proceeds to step 112. That is, if it is the period from time te to time te1 shown in FIG. In
ステップ111において、モデルブロックM2'により算出された吸気管内圧力Pmfの変化率が予め定められた判定値以上である場合には、ステップ113に移行する。吸気管内圧力が、ほぼ定常状態になった場合には、ステップ113に移行する。すなわち、図19に示す時刻te1以降の期間である場合には、ステップ113に移行する。ステップ113においては、吸気弁モデルM30に入力する吸気管内圧力Pmfinとして、誤差圧力を修正した吸気管内圧力(Pmf−Pmmdl+Pmafm)を選定する。
In step 111, if the change rate of the intake pipe pressure Pmf calculated by the model block M2 ′ is equal to or greater than a predetermined determination value, the process proceeds to step 113. If the intake pipe pressure is almost in a steady state, the routine proceeds to step 113. That is, if it is a period after time te1 shown in FIG. In
次に、ステップ114に移行する。ステップ114においては、ステップ112またはステップ113にて選定された吸気管内圧力Pmfinを用いて、吸気弁モデルM30により、今回の筒内吸入空気流量mcfinが算出される。算出された筒内吸入空気流量から筒内充填空気量が算出される。
Next, the process proceeds to step 114. In
図21に示す制御は、吸気管内圧力がほぼ定常になるまで繰り返し行なうことができる。たとえば、ステップ111において、吸気管内圧力Pmfの変化率が予め定められた判定値以上になるまで、繰り返し計算を行なうことができる。このように、吸気管内圧力がほぼ一定になっている期間に吸気弁を再駆動した後に、吸気弁モデルに入力する吸気管内圧力の推定値を選択することにより、吸気弁を再駆動した後に気筒に流入する空気量を精度良く算出することができる。 The control shown in FIG. 21 can be repeated until the intake pipe pressure becomes substantially steady. For example, in step 111, the calculation can be repeated until the rate of change of the intake pipe pressure Pmf is equal to or higher than a predetermined determination value. In this way, after the intake valve is re-driven during a period in which the intake pipe pressure is substantially constant, the estimated value of the intake pipe pressure input to the intake valve model is selected, so that the cylinder is The amount of air flowing into the can be calculated with high accuracy.
本実施の形態においては、モデルブロックM2'により算出された吸気管内圧力Pmfの変化率に基づいて、吸気管内圧力の推定値を切り替えているが、この形態に限られず、吸気管内が定常状態になっているかが判別可能な任意の制御により、吸気管内圧力の推定値を切り替えることができる。たとえば、吸気弁が閉止状態で停止した場合に、モデルブロックM2'におけるスロットルモデルM10'から算出されるスロットル通過空気流量mtfが予め定められた予め定められた判定値未満になったときに、吸気管内圧力を切り替えても構わない。または、モデルブロックM2'において算出された吸気管内圧力Pmfと気圧Paとの差が予め定められた判定値未満になったときに、吸気管内圧力の推定値を切り替えても構わない。 In the present embodiment, the estimated value of the intake pipe pressure is switched based on the rate of change of the intake pipe pressure Pmf calculated by the model block M2 ′. However, the present invention is not limited to this mode, and the intake pipe is in a steady state. The estimated value of the intake pipe pressure can be switched by any control that can determine whether or not it is. For example, when the intake valve stops in a closed state, the intake air flow rate mtf calculated from the throttle model M10 ′ in the model block M2 ′ becomes less than a predetermined determination value that is determined in advance. The pressure in the pipe may be switched. Alternatively, the estimated value of the intake pipe pressure may be switched when the difference between the intake pipe pressure Pmf calculated in the model block M2 ′ and the atmospheric pressure Pa becomes less than a predetermined determination value.
本実施の形態におけるエアフロメータは熱線式の流量計であるが、この形態に限られず、実際の空気流量が零になった場合においても正の流量値を出力するエアフロメータを用いる場合に、本発明を適用することができる。また、エアモデルに含まれる計算モデルは、適宜変更を加えることができる。例えば、それぞれの計算モデルに他の補正項が加えられていても構わない。 The air flow meter in the present embodiment is a hot-wire flow meter, but is not limited to this form, and this air flow meter is used when an air flow meter that outputs a positive flow value even when the actual air flow rate becomes zero is used. The invention can be applied. In addition, the calculation model included in the air model can be appropriately changed. For example, another correction term may be added to each calculation model.
(実施の形態2)
図22から図24を参照して、実施の形態2における内燃機関の制御装置について説明する。本実施の形態における内燃機関は、実施の形態1における内燃機関と同様である(図1参照)。また、気筒内に流入する空気量を推定するモデルとして、エアフロメータの出力値を用いて誤差圧力を修正するエアモデルM2を用いることも実施の形態1と同様である。また、吸気弁を閉止状態で停止させる吸気弁停止制御を行うことも実施の形態1と同様である(図13,図18参照)。
(Embodiment 2)
With reference to FIG. 22 to FIG. 24, a control device for an internal combustion engine in the second embodiment will be described. The internal combustion engine in the present embodiment is the same as the internal combustion engine in the first embodiment (see FIG. 1). As in the first embodiment, the air model M2 for correcting the error pressure using the output value of the air flow meter is used as a model for estimating the amount of air flowing into the cylinder. Also, the intake valve stop control for stopping the intake valve in the closed state is the same as in the first embodiment (see FIGS. 13 and 18).
図18を参照して、吸気弁を閉止状態で停止している期間には、実施の形態1と同様に、それぞれのモデルブロックM2',M2'',M2'''において、吸気管モデルM20',M20'',M20''',M20''''に入力される前回の筒内吸入空気流量mcf,mcc,mcmdl,mcafmを零とする。本実施の形態における内燃機関の制御装置は、吸気弁を閉止状態で停止している期間にもスイッチ51を接続状態にする。すなわち、誤差圧力(Pmmdl−Pmafm)を吸気管内圧力Pmfから減算している。
Referring to FIG. 18, during the period in which the intake valve is stopped in the closed state, as in the first embodiment, in each model block M2 ′, M2 ″, M2 ′ ″, the intake pipe model M20 The previous in-cylinder intake air flow rates mcf, mcc, mcmd1, and mcafm input to “, M20 ″, M20 ′ ″, and M20 ″ ″ are set to zero. The control device for an internal combustion engine in the present embodiment also places the
図22に、本実施の形態における吸気弁停止制御を行っているときの吸気管内圧力の推定値のグラフを示す。本実施の形態においては、誤差圧力を修正した吸気管内圧力(Pmf−Pmmdl+Pmafm)が、所定の値以上にならないように、予め定められた最大値としてのガード値でガードする。ガード値としては、たとえば、ほぼ大気圧の値を採用することができる。本実施の形態にいては、スロットル弁が全開で定常状態になっている時の吸気管内圧力PmWOTを算出してガード値を更新する。この吸気管内圧力PmWOTの算出方法については後述する。スロットル弁が全開のときの吸気管内圧力は、ほぼ大気圧である。 FIG. 22 shows a graph of the estimated value of the intake pipe pressure when performing the intake valve stop control in the present embodiment. In the present embodiment, the intake pipe pressure (Pmf−Pmmdl + Pmafm) with the corrected error pressure is guarded with a guard value as a predetermined maximum value so as not to exceed a predetermined value. As the guard value, for example, a value of almost atmospheric pressure can be adopted. In the present embodiment, the guard value is updated by calculating the intake pipe pressure PmWOT when the throttle valve is fully open and in a steady state. A method of calculating the intake pipe pressure PmWOT will be described later. The intake pipe pressure when the throttle valve is fully open is almost atmospheric pressure.
時刻tsにおいて吸気弁停止制御を開始している。時刻ts1において、吸気管内圧力がほぼ定常状態に達している。ところが、実施の形態1と同様に、機関吸気経路における実際の空気流量が零であっても、エアフロメータは正の流量を出力するために、誤差圧力を修正した吸気管内圧力(Pmf−Pmmdl+Pmafm)は増加する。時刻txにおいて、誤差圧力を修正した吸気管内圧力が、ガード値としての吸気管内圧力PmWOTに達している。 The intake valve stop control is started at time ts. At time ts1, the intake pipe pressure has almost reached a steady state. However, as in the first embodiment, even if the actual air flow rate in the engine intake path is zero, the air flow meter outputs a positive flow rate so that the error pressure is corrected in the intake pipe pressure (Pmf−Pmmdl + Pmafm). Will increase. At time tx, the intake pipe pressure with the corrected error pressure reaches the intake pipe pressure PmWOT as the guard value.
時刻teにて、吸気弁停止制御が終了している。時刻teにおいて、吸気弁が再駆動することにより、誤差圧力を修正した吸気管内圧力(Pmf−Pmmdl+Pmafm)が減少する。時刻tyにおいて、誤差圧力を修正した吸気管内圧力が、ガード値PmWOTに達している。吸気管内圧力は、時刻te1まで減少を続け、時刻te1以降においては、ほぼ定常状態になっている。 At time te, the intake valve stop control is completed. At time te, when the intake valve is re-driven, the intake pipe pressure (Pmf−Pmmdl + Pmafm) with the corrected error pressure decreases. At time ty, the intake pipe pressure with the error pressure corrected reaches the guard value PmWOT. The intake pipe pressure continues to decrease until time te1, and is substantially in a steady state after time te1.
本実施の形態においては、時刻tsから時刻txまでの期間に吸気弁が再駆動した場合には、吸気弁モデルM30に入力される吸気管内圧力Pmfinとして、誤差圧力を修正した吸気管内圧力(Pmf−Pmmdl+Pmafm)を選定する。時刻tx以降の期間に吸気弁が再駆動した場合には、吸気弁モデルM30に入力される吸気管内圧力Pmfinとして、ガード値PmWOTを選定する。時刻teから時刻tyまでの期間においても、ガード値として吸気管内圧力PmWOTを選定する。更に、時刻ty以降の期間には、誤差圧力を修正した吸気管内圧力(Pmf−Pmmdl+Pmafm)を選定する。 In the present embodiment, when the intake valve is re-driven during the period from time ts to time tx, the intake pipe pressure (Pmf) with the error pressure corrected is used as the intake pipe pressure Pmfin input to the intake valve model M30. -Pmmdl + Pmafm). When the intake valve is re-driven during a period after time tx, the guard value PmWOT is selected as the intake pipe pressure Pmfin input to the intake valve model M30. In the period from time te to time ty, intake pipe pressure PmWOT is selected as the guard value. Furthermore, in the period after time ty, the intake pipe pressure (Pmf−Pmmdl + Pmafm) with the corrected error pressure is selected.
このように、本実施の形態においては、誤差を考慮した吸気管内圧力を算出し、この吸気管内圧力が予め定められた最大値よりも大きいときに吸気弁を再駆動すべき場合には、予め定められた最大圧力値に基づいて今回の筒内吸入空気流量を算出する。この制御により、吸気弁が閉止状態で停止している状態から吸気弁を再駆動したときに、精度良く吸気管内圧力を推定することができる。この結果、筒内吸入空気流量を精度良く算出することができる。 As described above, in the present embodiment, when the intake pipe pressure is calculated in consideration of the error and the intake pipe pressure is larger than a predetermined maximum value, the intake valve should be re-driven in advance. The in-cylinder intake air flow rate is calculated based on the determined maximum pressure value. With this control, the intake pipe pressure can be accurately estimated when the intake valve is re-driven from a state where the intake valve is closed and stopped. As a result, the in-cylinder intake air flow rate can be calculated with high accuracy.
図23に、本実施の形態におけるガード値を算出するフローチャートを示す。本実施の形態におけるガード値は、スロットル弁開度が全開であって、更に定常状態になっているときの吸気管内圧力の推定値が採用される。本実施の形態においては、スロットル弁開度が全開にて定常状態になっている運転時を選定し、その運転時に吸気管内圧力の推定値を算出する。算出した吸気管内圧力のガード値は、適宜更新する。初期のガード値は、たとえば、大気圧近傍の所定の値がECUに記憶されている。 FIG. 23 shows a flowchart for calculating the guard value in the present embodiment. As the guard value in the present embodiment, an estimated value of the intake pipe internal pressure when the throttle valve opening is fully open and is in a steady state is employed. In the present embodiment, an operation time in which the throttle valve opening is in a steady state with the valve fully open is selected, and an estimated value of the intake pipe pressure is calculated during the operation. The calculated guard value for the intake pipe pressure is updated as appropriate. As the initial guard value, for example, a predetermined value near atmospheric pressure is stored in the ECU.
ステップ121においては、スロットル弁の開度TAが、全開(WOT;Wide Open Throttle)であるか否かが判別される。ステップ121において、スロットル弁の開度が全開でない場合には、この制御を終了する。スロットル弁の開度TAが、全開である場合には、ステップ122に移行する。
In
ステップ122においては、内燃機関の運転状態がほぼ定常であるか否かが判別される。本実施の形態においては、エアフロメータの出力値AFMの変化率の絶対値が、所定の予め定められた判定値未満であるか否かが判明される。エアフロメータの出力値AFMの変化率の絶対値が予め定められた判定値以上である場合には、内燃機関の運転状態が定常でないと判別され、この制御を終了する。エアフロメータの出力値AFMの変化率の絶対値が予め定められた判定値未満である場合には、ステップ123に移行する。
In
ステップ123においては、ガード値としての吸気管内圧力PmWOTを算出する。内燃機関の運転状態が定常の場合には、エアフロメータの出力値AFMが筒内吸入空気流量とほぼ等しくなる。このために、本実施の形態においては、エアフロメータの出力値AFMを筒内吸入空気流量としている。この筒内吸入空気流量からガード値として用いる吸気管内圧力PmWOTを算出する。本実施の形態においては、上述の吸気弁モデルの式(7)を用いて、筒内吸入空気流量mcWOTから吸気管内圧力PmWOTを逆算している。
In
このように、本実施の形態においては、スロットル弁の開度が全開で、更に定常状態の時のエアフロメータの出力値を筒内吸入空気流量として算出した吸気管内圧力を、ガード値に採用している。この制御により、それぞれの内燃機関の機差ばらつきを含んだガード値を算出することができる。すなわち、それぞれの内燃機関の構成部品には、製造誤差等に起因する機差ばらつきを有する。吸気管内圧力がほぼ大気圧のときに、実際のエアフロメータの出力値から算出した吸気管内圧力PmWOTをガード値として採用し、吸気弁が再駆動したときにこの吸気管内圧力PmWOTを用いて筒内吸入空気流量を算出することにより、精度良く筒内吸入空気流量を算出することができる。 As described above, in the present embodiment, the intake pipe pressure calculated as the in-cylinder intake air flow rate when the throttle valve is fully opened and the output value of the air flow meter in the steady state is adopted as the guard value. ing. By this control, it is possible to calculate the guard value including the machine difference variation of each internal combustion engine. That is, each internal combustion engine component has machine difference variations due to manufacturing errors and the like. When the intake pipe pressure is almost atmospheric pressure, the intake pipe pressure PmWOT calculated from the actual output value of the air flow meter is adopted as a guard value, and when the intake valve is re-driven, the intake pipe pressure PmWOT is used to By calculating the intake air flow rate, the in-cylinder intake air flow rate can be accurately calculated.
たとえば、エアモデルにおいて筒内吸入空気流量を算出する場合には、前述の式(7)に吸気管内圧力Pmを入力する。ところが、式(7)における定数aおよび定数bには、機差ばらつきによる誤差が存在する。このために、吸気管内圧力Pmに大気圧を入力して、式(7)により筒内吸入空気流量を算出すると、この機差ばらつきの影響が残ってしまう。 For example, when calculating the in-cylinder intake air flow rate in the air model, the intake pipe pressure Pm is input to the above-described equation (7). However, the constant a and the constant b in Equation (7) have an error due to machine difference variation. For this reason, when the atmospheric pressure is input to the intake pipe pressure Pm and the in-cylinder intake air flow rate is calculated by the equation (7), the influence of this machine difference variation remains.
本実施の形態においては、吸気管内圧力が大気圧の状況下で実際の筒内吸入空気流量mcWOTから、吸気管内圧力PmWOTを逆算している。この値は、式(7)において、たとえばECU31に記憶されている定数aおよび定数bを用いて算出されるために、それぞれの内燃機関の個体差の影響が考慮される。したがって、吸気弁停止制御中にガード値として吸気管内圧力PmWOTを採用することにより、吸気弁を再駆動したときに、より正確な筒内吸入空気流量を算出することができる。
In the present embodiment, the intake pipe pressure PmWOT is calculated backward from the actual in-cylinder intake air flow rate mcWOT under the condition that the intake pipe pressure is atmospheric pressure. Since this value is calculated using, for example, the constant a and the constant b stored in the
図24に、吸気管内圧力と筒内吸入空気流量との関係を示すグラフを示す。上記の説明においては、式(7)に基づく計算によりガード値を算出しているが、この形態に限られず、エアフロメータの出力値に基づいて吸気管内圧力を算出できれば構わない。例えば、図24に示すグラフからアクセル開度が全開の時のエアフロメータの出力値AFMWOTを筒内吸入空気流量として、このときの吸気管内圧力PmWOTを算出することができる。図24に示すグラフをマップにしたものをECU31に記憶させておき、エアフロメータの出力値AFMWOTから吸気管内圧力PmWOTを算出しても構わない。
FIG. 24 is a graph showing the relationship between the intake pipe pressure and the cylinder intake air flow rate. In the above description, the guard value is calculated by calculation based on Expression (7). However, the guard value is not limited to this form, and it is only necessary that the intake pipe pressure can be calculated based on the output value of the air flow meter. For example, the intake pipe pressure PmWOT at this time can be calculated from the graph shown in FIG. 24 using the output value AFMWOT of the air flow meter when the accelerator opening is fully open as the in-cylinder intake air flow rate. A map of the graph shown in FIG. 24 may be stored in the
また、本実施の形態においては、算出したガード値を前回に算出したガード値と置き換えている。内燃機関は、使用を継続すると経年劣化が発現する。このため、機差ばらつきの大きさは、内燃機関を使用するとともに変化する。ガード値として採用する吸気管内圧力PmWOTを更新することにより、機差ばらつきの影響の他に、経年変化の影響も含めたガード値を算出することができる。 In the present embodiment, the calculated guard value is replaced with the previously calculated guard value. An internal combustion engine will deteriorate over time if used continuously. For this reason, the magnitude of machine difference variation changes as the internal combustion engine is used. By updating the intake pipe pressure PmWOT adopted as the guard value, it is possible to calculate the guard value including the influence of secular change in addition to the influence of machine difference variation.
本実施の形態においては、ガード値としてエアフロメータの出力値から算出される吸気管内圧力を採用しているが、この形態に限られず、エアモデルにより算出される吸気管内圧力PmWOTを採用しても構わない。たとえば、図13を参照して、スロットル弁が全開で内燃機関が定常状態になったときに、モデルブロックM2'''におけるエアフロメータの出力値AFMから算出される吸気管内圧力Pmafmが、ガード値として採用されても構わない。 In the present embodiment, the intake pipe pressure calculated from the output value of the air flow meter is employed as the guard value. However, the present embodiment is not limited to this, and the intake pipe pressure PmWOT calculated by the air model may be employed. Absent. For example, referring to FIG. 13, when the throttle valve is fully opened and the internal combustion engine is in a steady state, the intake pipe pressure Pmafm calculated from the output value AFM of the air flow meter in the model block M2 ′ ″ is a guard value. May be adopted.
その他の構成、作用および効果については、実施の形態1と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。 Other configurations, operations, and effects are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof will not be repeated here.
上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。たとえば、実施の形態1において、吸気弁停止制御の期間のうち、一部の期間中において吸気管内圧力の推定値を切替え、その他の期間中に吸気管内圧力の推定値をガード値でガードしても構わない。 The above embodiments can be combined as appropriate. For example, in the first embodiment, the estimated value of the intake pipe pressure is switched during a part of the intake valve stop control period, and the estimated value of the intake pipe pressure is guarded with a guard value during the other period. It doesn't matter.
上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に含まれる変更が意図されている。 In the respective drawings described above, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals. In addition, said embodiment is an illustration and does not limit invention. Further, in the embodiment, changes included in the scope of claims are intended.
1 機関本体
5 燃焼室
6 吸気弁
7 吸気ポート
8 排気弁
11 燃料噴射弁
14 吸気枝管
15 サージタンク
16 吸気管
19 スロットル弁
41 エアフロメータ
23 吸気管部分
51 スイッチ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
スロットル弁の開度に基づいて、スロットル弁を通過するスロットル通過空気流量を算出し、算出したスロットル通過空気流量および気筒内に流入する前回の筒内吸入空気流量に基づいて、吸気管内圧力を算出する吸気管内圧力推定手段と、
スロットル弁の実際の開度を検出し、検出した実際の開度に基づいてスロットル弁を通過するスロットル通過空気流量を算出し、算出したスロットル通過空気流量に基づいて、エアフロメータによって出力されると予想される予想出力値を算出し、予想出力値に基づいて算出した吸気管内圧力と、実際のエアフロメータの出力値に基づいて算出した吸気管内圧力との差を誤差圧力として算出する誤差推定手段とを備え、
吸気弁を駆動している期間には、吸気管内圧力推定手段により算出した吸気管内圧力から誤差推定手段により算出した誤差圧力を減算した圧力に基づいて、気筒内に流入する今回の筒内吸入空気流量を算出し、
吸気弁が閉止状態で停止している期間には前回の筒内吸入空気流量を零にし、吸気弁が閉止状態で停止している期間のうち少なくとも一部の期間中に吸気弁を再駆動すべき場合には、吸気管内圧力推定手段により算出した圧力に基づいて、気筒内に流入する今回の筒内吸入空気流量を算出することを特徴とする、内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine in which an air flow meter that can stop the intake valve in a closed state during an operation period of the internal combustion engine and outputs a positive flow value when the actual flow rate is zero is disposed in the engine intake passage Because
Calculates the throttle passage air flow rate that passes through the throttle valve based on the throttle valve opening, and calculates the intake pipe pressure based on the calculated throttle passage air flow rate and the previous in-cylinder intake air flow rate that flows into the cylinder. Means for estimating the pressure in the intake pipe,
When the actual opening of the throttle valve is detected, the throttle passing air flow rate passing through the throttle valve is calculated based on the detected actual opening, and output by the air flow meter based on the calculated throttle passing air flow rate Error estimation means for calculating an expected predicted output value and calculating a difference between the intake pipe pressure calculated based on the expected output value and the intake pipe pressure calculated based on the actual output value of the air flow meter as an error pressure And
During the period when the intake valve is being driven, the current cylinder intake air flowing into the cylinder based on the pressure obtained by subtracting the error pressure calculated by the error estimation means from the intake pipe pressure calculated by the intake pipe pressure estimation means Calculate the flow rate,
During the period when the intake valve is closed and stopped, the previous intake air flow rate in the cylinder is made zero, and the intake valve is re-driven during at least a part of the period when the intake valve is stopped and closed. When it should be, the control apparatus for an internal combustion engine, characterized in that the current cylinder intake air flow rate flowing into the cylinder is calculated based on the pressure calculated by the intake pipe pressure estimation means.
吸気管内圧力推定手段により算出した圧力の上昇率が予め定められた判定値以下のときに吸気弁を再駆動すべき場合には、吸気管内圧力推定手段により算出した圧力に基づいて今回の筒内吸入空気流量を算出することを特徴とする、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 After the intake valve is stopped in the closed state, when the intake valve is to be redriven when the rate of increase in pressure calculated by the intake pipe pressure estimation means is greater than a predetermined determination value, the intake pipe pressure is estimated. Based on the pressure obtained by subtracting the error pressure calculated by the error estimating means from the intake pipe pressure calculated by the means, the current cylinder intake air flow rate is calculated,
If the intake valve should be redriven when the rate of increase in pressure calculated by the intake pipe pressure estimation means is equal to or less than a predetermined determination value, the current in-cylinder is calculated based on the pressure calculated by the intake pipe pressure estimation means. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein an intake air flow rate is calculated.
スロットル弁の開度に基づいて、スロットル弁を通過するスロットル通過空気流量を算出し、算出したスロットル通過空気流量および気筒内に流入する前回の筒内吸入空気流量に基づいて、吸気管内圧力を算出する吸気管内圧力推定手段と、
スロットル弁の実際の開度を検出し、検出した実際の開度に基づいてスロットル弁を通過するスロットル通過空気流量を算出し、算出したスロットル通過空気流量に基づいて、エアフロメータによって出力されると予想される予想出力値を算出し、予想出力値に基づいて算出した吸気管内圧力と、実際のエアフロメータの出力値に基づいて算出した吸気管内圧力との差を誤差圧力として算出する誤差推定手段とを備え、
吸気弁を駆動している期間には、吸気管内圧力推定手段により算出した吸気管内圧力から誤差推定手段により算出した誤差圧力を減算した圧力に基づいて、気筒内に流入する今回の筒内吸入空気流量を算出し、
吸気弁が閉止状態で停止している期間には前回の筒内吸入空気流量を零にし、吸気弁が閉止状態で停止している期間において、吸気管内圧力推定手段により算出した吸気管内圧力から誤差推定手段により算出した誤差圧力を減算した圧力が、予め定められた最大圧力値よりも大きいときに吸気弁を再駆動すべき場合には、予め定められた最大圧力値に基づいて、気筒内に流入する今回の筒内吸入空気流量を算出することを特徴とする、内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine in which an air flow meter that can stop the intake valve in a closed state during an operation period of the internal combustion engine and outputs a positive flow value when the actual flow rate is zero is disposed in the engine intake passage Because
Calculates the throttle passage air flow rate that passes through the throttle valve based on the throttle valve opening, and calculates the intake pipe pressure based on the calculated throttle passage air flow rate and the previous in-cylinder intake air flow rate that flows into the cylinder. Means for estimating the pressure in the intake pipe,
When the actual opening of the throttle valve is detected, the throttle passing air flow rate passing through the throttle valve is calculated based on the detected actual opening, and output by the air flow meter based on the calculated throttle passing air flow rate Error estimation means for calculating an expected predicted output value and calculating a difference between the intake pipe pressure calculated based on the expected output value and the intake pipe pressure calculated based on the actual output value of the air flow meter as an error pressure And
During the period when the intake valve is being driven, the current cylinder intake air flowing into the cylinder based on the pressure obtained by subtracting the error pressure calculated by the error estimation means from the intake pipe pressure calculated by the intake pipe pressure estimation means Calculate the flow rate,
While the intake valve is stopped in the closed state, the previous intake air flow rate in the cylinder is zero, and in the period in which the intake valve is stopped in the closed state, an error from the intake pipe pressure calculated by the intake pipe pressure estimation means If the intake valve is to be redriven when the pressure obtained by subtracting the error pressure calculated by the estimation means is greater than a predetermined maximum pressure value, the pressure in the cylinder is determined based on the predetermined maximum pressure value. A control device for an internal combustion engine, characterized by calculating a current in-cylinder intake air flow rate that flows in.
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