JP5994465B2 - Engine control device - Google Patents
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Description
本発明は、スロットルバルブの開度制御に係るエンジンの制御装置に関する。 The present invention relates to an engine control device related to throttle valve opening control.
近年の車両に搭載されるエンジンには、大気圧を検出する大気圧センサーや、スロットルバルブよりも下流側に位置するインテークマニホールドの圧力を吸気圧として検出する吸気圧センサー等が設けられている。吸気圧は、エンジンの負荷に関係するパラメーターであり、大気圧は運転環境を表す代表的なパラメーターである。したがって、これらの圧力センサー類で検出される圧力情報は、エンジンの出力を精度よく制御するのに用いて好適である。 An engine mounted on a vehicle in recent years is provided with an atmospheric pressure sensor that detects atmospheric pressure, an intake pressure sensor that detects the pressure of an intake manifold located downstream of the throttle valve as an intake pressure, and the like. The intake air pressure is a parameter related to the engine load, and the atmospheric pressure is a typical parameter representing the driving environment. Therefore, the pressure information detected by these pressure sensors is suitable for accurately controlling the output of the engine.
一方、これらの圧力センサー類が故障し、あるいはその出力値に異常が生じると、エンジンの制御性が低下する。そこで、これらの圧力センサー類の故障,異常を適切に判定するためのさまざまな故障判定装置が開発されている。例えば、エンジンの運転モードと圧力センサー類の出力値との関係に基づいて、圧力センサー類の故障を判定するものが存在する(特許文献1参照)。また、吸気管圧力の推定値と実測値との比率や偏差量に基づいて故障判定を実施する技術も開発されている(特許文献2参照)。 On the other hand, if these pressure sensors fail or the output value becomes abnormal, the controllability of the engine is degraded. Therefore, various failure determination devices have been developed for appropriately determining failure and abnormality of these pressure sensors. For example, there is one that determines a failure of a pressure sensor based on a relationship between an engine operation mode and an output value of the pressure sensor (see Patent Document 1). In addition, a technique for performing failure determination based on a ratio or deviation between an estimated value and an actually measured value of the intake pipe pressure has been developed (see Patent Document 2).
しかしながら、上記のような従来技術は、単に圧力センサー類の故障を判定するものであり、実際に故障が発生したときにはエンジンの制御性を維持することができない。つまり、圧力センサー類の出力が不適切であることを判定することは可能であるものの、その不適切な出力の代わりとなる情報を得ることができない。したがって、エンジンの負荷や運転環境を精度よく把握することができなくなる可能性を払拭することができず、エンストやドライバビリティの悪化を避け難い。 However, the prior art as described above merely determines the failure of the pressure sensors, and the controllability of the engine cannot be maintained when the failure actually occurs. That is, although it is possible to determine that the output of the pressure sensors is inappropriate, information that substitutes for the inappropriate output cannot be obtained. Therefore, it is difficult to avoid the possibility that the engine load and operating environment cannot be accurately grasped, and it is difficult to avoid deterioration of engine stall and drivability.
一方、このような課題に対し、エンジンのシミュレーションモデルを構築し、実制御のパラメーターに基づいて吸気系の圧力状態を予測することも考えられる。しかし、このようなシミュレーションモデルは車載の電子制御装置に計算させるには演算規模が大きく、かつコスト面からも実装が困難と考えられる。また、演算負荷が大きいことから、シミュレーション結果を短時間で得ることが難しく、リアルタイムでの実制御への応用,適用には課題が多い。 On the other hand, it is also conceivable to construct an engine simulation model and to predict the pressure state of the intake system based on the parameters of actual control. However, it is considered that such a simulation model has a large computation scale and is difficult to implement in terms of cost in order to be calculated by an in-vehicle electronic control device. In addition, since the computation load is large, it is difficult to obtain simulation results in a short time, and there are many problems in application and application to real-time real-time control.
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、圧力センサーの故障の有無に関わらず、制御の信頼性を向上させることができるようにしたエンジンの制御装置を提供することである。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。
One of the purposes of the present invention was devised in view of the above problems, and provides an engine control device that can improve the reliability of control regardless of whether or not a pressure sensor has failed. It is to be.
The present invention is not limited to this purpose, and is a function and effect derived from each configuration shown in the embodiments for carrying out the invention described below, and it is also positioned as another object of the present case to exhibit a function and effect that cannot be obtained by the conventional technology. be able to.
(1)ここで開示するエンジンの制御装置は、エンジンのスロットルバルブ部における上流圧及び下流圧の少なくとも何れか一方の実測値を検出する実測値検出手段と、前記エンジンの最大トルク相当値に対する、前記エンジンに要求するトルクである目標トルク相当値の比を圧力比相当値として演算する圧力比相当値演算手段とを備える。また、前記実測値検出手段で検出された前記実測値と前記圧力比相当値演算手段で演算された前記圧力比相当値とに基づき、前記上流圧及び下流圧の少なくとも何れか他方の仮想値を演算する仮想値演算手段を備える。 (1) The engine control device disclosed herein includes an actual measurement value detecting means for detecting an actual measurement value of at least one of the upstream pressure and the downstream pressure in the throttle valve portion of the engine, and a maximum torque equivalent value of the engine . Pressure ratio equivalent value calculating means for calculating a ratio of a target torque equivalent value, which is a torque required for the engine , as a pressure ratio equivalent value. Further, based on the actual measurement value detected by the actual measurement value detection means and the pressure ratio equivalent value calculated by the pressure ratio equivalent value calculation means, at least one of the virtual values of the upstream pressure and the downstream pressure is calculated. Virtual value calculating means for calculating is provided.
なお、前記圧力比相当値とは、前記スロットルバルブの上流圧に対する下流圧の比(圧力比)に相当する値である。また、前記実測値検出手段による前記実測値の検出対象に関して、何れかを『一方』と呼び、その『一方』でないものを『他方』と呼ぶ。
例えば、前記実測値が前記上流圧であるときには、それと前記圧力比相当値とを用いて前記下流圧の仮想値を演算する。また、前記実測値が前記下流圧であるときには、それと前記圧力比相当値とを用いて前記上流圧の仮想値を演算する。なお、前記実測値が前記上流圧及び前記下流圧の双方であるときには、前記上流圧及び前記下流圧のそれぞれについての仮想値を演算することができる。
The pressure ratio equivalent value is a value corresponding to the ratio (pressure ratio) of the downstream pressure to the upstream pressure of the throttle valve. In addition, regarding the detection target of the actual measurement value by the actual measurement value detecting means, either one is referred to as “one”, and the other one is referred to as “the other”.
For example, when the actually measured value is the upstream pressure, a virtual value of the downstream pressure is calculated using this and the pressure ratio equivalent value. Further, when the actually measured value is the downstream pressure, the virtual value of the upstream pressure is calculated using the value and the pressure ratio equivalent value. Note that when the actual measurement values are both the upstream pressure and the downstream pressure, virtual values for the upstream pressure and the downstream pressure can be calculated.
(2)また、前記実測値検出手段が、前記上流圧及び前記下流圧の双方の実測値を検出するとともに、
前記実測値検出手段の故障時に、前記仮想値演算手段で演算された前記仮想値に基づき前記エンジンを制御する制御手段を備えることが好ましい。
例えば、前記上流圧についての実測値を検出する実測値検出手段の故障時には、前記下流圧の実測値に基づいて前記上流圧の仮想値を演算し、これを前記上流圧の実測値の代わりに用いて前記エンジンを制御することが好ましい。
(2) In addition, the measured value detection means detects the measured values of both the upstream pressure and the downstream pressure,
It is preferable to include a control unit that controls the engine based on the virtual value calculated by the virtual value calculation unit when the measured value detection unit fails.
For example, when the actual value detection means for detecting the actual value of the upstream pressure fails, a virtual value of the upstream pressure is calculated based on the actual value of the downstream pressure, and this is used instead of the actual value of the upstream pressure. Preferably used to control the engine.
(3)また、前記実測値と前記仮想値との比較により前記実測値検出手段の故障を判定する判定手段を備えることが好ましい。
例えば、前記仮想値演算手段が、前記下流圧の実測値に基づいて前記上流圧の仮想値を演算し、前記判定手段が、前記上流圧の実測値と前記上流圧の仮想値とを比較することが好ましい。この場合、前記実測値検出手段のうち、前記上流圧の検出に係る故障が判定される。
(3) Moreover, it is preferable to provide the determination means which determines the failure of the said actual value detection means by the comparison with the said actual value and the said virtual value.
For example, the virtual value calculation means calculates the virtual value of the upstream pressure based on the actual measurement value of the downstream pressure, and the determination means compares the actual measurement value of the upstream pressure and the virtual value of the upstream pressure. It is preferable. In this case, a failure related to the detection of the upstream pressure is determined in the actually measured value detecting means.
(4)また、前記実測値検出手段が、前記上流圧として大気圧の実測値を検出し、前記仮想値演算手段が、前記圧力比相当値と前記大気圧の実測値とに基づき、仮想インテークマニホールド圧を演算することが好ましい。 (4) Further, the actual measurement value detection unit detects an actual measurement value of the atmospheric pressure as the upstream pressure, and the virtual value calculation unit calculates a virtual intake based on the pressure ratio equivalent value and the actual measurement value of the atmospheric pressure. It is preferable to calculate the manifold pressure.
(5)また、前記エンジンの吸気流量を検出する流量検出手段を備え、前記仮想値演算手段が、前記流量検出手段で検出された前記吸気流量に基づき、前記他方の仮想値を演算することが好ましい。
すなわち、前記仮想値演算手段が、前記吸気流量,前記一方の実測値及び前記圧力比相当値に基づいて前記他方の仮想値を演算することが好ましい。
(5) In addition, a flow rate detection unit that detects an intake flow rate of the engine may be provided, and the virtual value calculation unit may calculate the other virtual value based on the intake flow rate detected by the flow rate detection unit. preferable.
That is, it is preferable that the virtual value calculating means calculates the other virtual value based on the intake flow rate, the one actually measured value, and the pressure ratio equivalent value.
(6)また、前記圧力比相当値演算手段が、前記エンジンに導入される空気量にて前記エンジンで発生するトルクを前記最大トルク相当値として演算するとともに、前記エンジンのアクセル操作量に基づいて設定される目標トルクを前記目標トルク相当値として演算することが好ましい。
この場合、前記エンジンで発生するトルクの大きさを基準として、前記圧力比相当値が演算されることになる。
(6) Further, the pressure ratio equivalent value calculating means calculates the torque generated in the engine as the maximum torque equivalent value based on the amount of air introduced into the engine, and based on the accelerator operation amount of the engine. Preferably, the set target torque is calculated as the target torque equivalent value.
In this case, the pressure ratio equivalent value is calculated based on the magnitude of torque generated in the engine.
(7)あるいは、前記圧力比相当値演算手段が、前記最大トルク相当値として前記エンジンの最大充填効率を用いるとともに、前記目標トルク相当値として前記エンジンに導入される空気量に基づいて演算される目標充填効率を用いて、前記圧力比相当値を演算することが好ましい。
この場合、前記エンジンのシリンダーに吸入される空気量を基準として、前記圧力比相当値が演算されることになる。なお、上記(6)に記載の手法を併用して前記圧力比相当値を演算してもよい。
(7) Alternatively, the pressure ratio equivalent value calculation means uses the maximum charging efficiency of the engine as the maximum torque equivalent value and calculates the target torque equivalent value based on the amount of air introduced into the engine. It is preferable to calculate the pressure ratio equivalent value using the target filling efficiency.
In this case, the pressure ratio equivalent value is calculated based on the amount of air taken into the cylinder of the engine. The pressure ratio equivalent value may be calculated using the method described in (6) above.
(8)また、前記圧力比相当値演算手段が、吸排気弁の最大バルブリフト量又はバルブタイミングに応じて前記最大トルク相当値を算出することが好ましい。すなわち、演算時点での吸排気弁の制御状態で発生可能な最大のエンジントルクを前記最大トルク相当値として算出することが好ましい。 (8) Preferably, the pressure ratio equivalent value calculating means calculates the maximum torque equivalent value according to the maximum valve lift amount or valve timing of the intake / exhaust valve. That is, it is preferable to calculate the maximum engine torque that can be generated in the control state of the intake and exhaust valves at the time of calculation as the maximum torque equivalent value.
(9)また、前記圧力比相当値演算手段が、点火時期を最適点火時期(すなわちMBT)としたときに前記エンジンで発生するトルクを前記最大トルク相当値として演算することが好ましい。なお、ノッキング防止の観点から前記点火時期を前記最適点火時期に設定できないような場合には、前記最適点火時期よりもやや遅角側の所定点火時期に点火した場合に発生するトルクを前記最大トルク相当値として演算してもよい。 (9) Further, it is preferable that the pressure ratio equivalent value calculating means calculates a torque generated in the engine when the ignition timing is an optimum ignition timing (that is, MBT) as the maximum torque equivalent value. When the ignition timing cannot be set to the optimum ignition timing from the viewpoint of preventing knocking, the torque generated when ignition is performed at a predetermined ignition timing slightly retarded from the optimum ignition timing is the maximum torque. You may calculate as an equivalent value.
(10)また、前記圧力比相当値演算手段が、予め設定された所定空燃比での燃焼時に前記エンジンで発生する最大のトルクを前記最大トルク相当値として演算することが好ましい。前記所定空燃比の具体例としては、ストイキ空燃比(例えば、空燃比14.7前後)や出力空燃比(例えば、12.0〜13.0の空燃比)とすることが考えられる。 (10) Further, it is preferable that the pressure ratio equivalent value calculating means calculates a maximum torque generated in the engine at the time of combustion at a preset predetermined air-fuel ratio as the maximum torque equivalent value. Specific examples of the predetermined air-fuel ratio include a stoichiometric air-fuel ratio (for example, an air-fuel ratio of around 14.7) and an output air-fuel ratio (for example, an air-fuel ratio of 12.0 to 13.0).
開示のエンジンの制御装置では、圧力比相当値と実測値とに基づいて仮想値が演算される。これにより、複雑な吸気系モデルを要しない簡素な演算構成で、理論上の吸気系圧力の大きさを把握することができる。したがって、実測値検出手段の故障の有無に関わらず、制御の信頼性を向上させることができる。
例えば、吸気系圧力の実測値を検出するセンサーの故障を判定することができるとともに、その故障時における実測値の代替として仮想値を利用することができる。あるいは、信頼性の低いセンサーを省略することができ、装置構成を簡素化しつつエンジンの制御性を高めることができる。
In the disclosed engine control device, the virtual value is calculated based on the pressure ratio equivalent value and the actually measured value. Thereby, the theoretical magnitude of the intake system pressure can be grasped with a simple calculation configuration that does not require a complicated intake system model. Therefore, the reliability of control can be improved regardless of the presence or absence of a failure in the actual value detection means.
For example, it is possible to determine a failure of a sensor that detects an actual measurement value of the intake system pressure, and it is possible to use a virtual value as an alternative to the actual measurement value at the time of the failure. Alternatively, a sensor with low reliability can be omitted, and the controllability of the engine can be improved while simplifying the device configuration.
図面を参照してエンジンの制御装置について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。 An engine control apparatus will be described with reference to the drawings. Note that the embodiment described below is merely an example, and there is no intention to exclude various modifications and technical applications that are not explicitly described in the following embodiment. Each configuration of the present embodiment can be implemented with various modifications without departing from the spirit of the present embodiment, and can be selected or combined as necessary.
[1.装置構成]
[1−1.エンジン]
本実施形態のエンジンの制御装置は、図1に示す車載のガソリンエンジン10に適用される。ここでは、多気筒のエンジン10に設けられた複数のシリンダーのうちの一つを示す。ピストン16は、中空円筒状に形成されたシリンダー19の内周面に沿って往復摺動自在に内装される。ピストン16の上面とシリンダー19の内周面及び頂面に囲まれた空間は、エンジンの燃焼室26として機能する。ピストン16の下部は、コネクティングロッドを介して、クランクシャフト17の軸心から偏心した中心軸を持つクランクアームに連結される。これにより、ピストン16の往復動作がクランクアームに伝達され、クランクシャフト17の回転運動に変換される。
[1. Device configuration]
[1-1. engine]
The engine control device of the present embodiment is applied to the in-
シリンダー19の頂面には、吸入空気を燃焼室26内に供給するための吸気ポート11と、燃焼室26内で燃焼した後の排気を排出するための排気ポート12とが穿孔形成される。また、吸気ポート11,排気ポート12の燃焼室26側の端部には、吸気弁14及び排気弁15が設けられる。これらの吸気弁14,排気弁15は、エンジン10の上部に設けられる可変動弁機構27によって各々の動作を個別に制御される。また、シリンダー19の頂部には、点火プラグ13がその先端を燃焼室26側に突出させた状態で設けられる。点火プラグ13による点火時期は、後述するエンジン制御装置1で制御される。
An
可変動弁機構27は、吸気弁14及び排気弁15のそれぞれについて、最大バルブリフト量及びバルブタイミングを個別に、又は、連動させつつ変更する機構である。可変動弁機構27は、ロッカアームの揺動量と揺動のタイミングとを変更する機構として、VVL装置27a及びVVT装置27bを備える。
The
VVL装置27aは、吸気弁14や排気弁15の最大バルブリフト量を連続的に変更する機構である。このVVL装置27aは、カムシャフトに固定されたカムからロッカアームに伝達される揺動の大きさを変更する機能を有する。ロッカアームの揺動の大きさを変更するための具体的な構造は任意である。
ロッカシャフトに対する揺動部材の基準位置からの変位角のことを、制御角θVVLと呼ぶ。制御角θVVLは最大バルブリフト量に対応するパラメーターであり、制御角θVVLが大きいほど最大バルブリフト量が増大するように、揺動部材の基準位置が設定されているものとする。VVL装置27aは、この制御角θVVLを調節することによって、最大バルブリフト量を任意の値に制御する。なお、VVL装置27aで制御される制御角θVVLの情報は、エンジン制御装置1に伝達される。
The
The displacement angle from the reference position of the rocking member with respect to the rocker shaft is called a control angle θ VVL . The control angle θ VVL is a parameter corresponding to the maximum valve lift amount, and it is assumed that the reference position of the swing member is set so that the maximum valve lift amount increases as the control angle θ VVL increases. The
VVT装置27bは、吸気弁14や排気弁15の開閉のタイミング(バルブタイミング)を変更する機構である。このVVT装置27bは、ロッカアームに揺動を生じさせるカム又はカムシャフトの回転位相を変更する機能を有する。カム又はカムシャフトの回転位相を変更することで、クランクシャフト17の回転位相に対するロッカアームの揺動のタイミングを連続的に変化させる(ずらす)ことが可能となる。
基準となるカムシャフトの位相角から実際のカムシャフトの位相角がどの程度進角又は遅角しているかを示す角度の変化量のことを、位相角θVVTと呼ぶ。位相角θVVTは、バルブタイミングに対応するパラメーターである。VVT装置27bは、この位相角θVVTを調整することによって、バルブタイミングを任意に制御する。VVT装置27bで制御される位相角θVVTの情報は、エンジン制御装置1に伝達される。
The
The amount of change in angle indicating how much the actual camshaft phase angle is advanced or retarded from the reference camshaft phase angle is referred to as phase angle θVVT . The phase angle θ VVT is a parameter corresponding to the valve timing. The
[1−2.吸排気系]
吸気ポート11内には、燃料を噴射するインジェクター18が設けられる。インジェクター18から噴射される燃料量は、後述するエンジン制御装置1によって制御される。また、インジェクター18よりも吸気流の上流側には、インテークマニホールド20(以下、インマニと呼ぶ)が設けられる。このインマニ20には、吸気ポート11側へと流れる空気を一時的に溜めるためのサージタンク21が設けられる。サージタンク21よりも下流側のインマニ20は、複数のシリンダー19の吸気ポート11に向かって分岐するように形成され、サージタンク21はその分岐点に位置する。サージタンク21は、各々のシリンダーで発生しうる吸気脈動や吸気干渉を緩和するように機能する。
[1-2. Intake and exhaust system]
An
インマニ20の上流側には、スロットルボディ22が接続される。スロットルボディ22の内部には電子制御式のスロットルバルブ23が内蔵され、インマニ20側へと流れる空気量がスロットルバルブ23の開度(スロットル開度)に応じて調節される。このスロットル開度は、エンジン制御装置1によって制御される。
スロットルボディ22のさらに上流側には吸気通路24が接続され、吸気通路24のさらに上流側にはエアフィルター25が介装される。これにより、エアフィルター25で濾過された新気が吸気通路24及びインマニ20を介してエンジン10の各シリンダー19に供給される。
A
An
[1−3.検出系]
エンジン10のクランクシャフト17には、その回転速度Neを検出するエンジン回転速度センサー31が設けられる。なお、回転速度Neの代わりにクランクシャフト17の回転角を検出するセンサーを設け、この回転角に基づいてエンジン制御装置1の内部でエンジン10の回転速度Neを演算する制御構成としてもよい。
スロットルバルブ23よりも上流側の吸気通路24上には、吸気流量Qを検出するエアフローセンサー32が設けられる。また、スロットルバルブ23の下流側には、サージタンク21内の圧力を検出するインマニ圧センサー33(インテークマニホールド圧センサー)が設けられる。以下、サージタンク21内の圧力のことを単にインマニ圧PIMと呼ぶ。
[1-3. Detection system]
The
An
エンジン制御装置1の内部又は車両の任意の位置には、大気圧センサー34が設けられる。この大気圧センサー34は大気の圧力(大気圧)PBPを検出するものである。大気圧PBPは、吸気通路24の入口での圧力(エアフィルター25よりも上流側の圧力)に相当する。また、車両の任意の位置(例えばアクセルペダルの近傍)には、アクセルペダルの踏み込み操作量(アクセル開度APS)を検出するアクセル開度センサー35が設けられる。アクセル開度APSは、運転者の加速要求に対応するパラメーターであり、すなわちエンジン10への出力要求に対応するものである。
An
インマニ圧センサー33で検出されるインマニ圧PIMは、スロットルバルブ23部の下流圧に相当する。また、大気圧センサー34で検出される大気圧PBPは、巨視的にはスロットルバルブ23部の上流圧に相当する。ただし厳密には、スロットルバルブ23よりも上流側の吸気通路24で失われる圧損(圧力損失量)を大気圧PBPから減じた値が、スロットルバルブ23部の上流圧となる。本実施形態では、インマニ圧センサー33,大気圧センサー34のそれぞれが、スロットルバルブ23部における下流圧,上流圧を検出する実測値検出手段として機能するが、演算上のスロットルバルブ23部の上流圧は、大気圧センサー34で検出された大気圧PBPに圧損分の補正を加えたものとする。
Intake manifold pressure P IM detected by the intake
ウォータージャケット又は冷却水循環路上の任意の位置には、エンジン冷却水の温度(冷却水温WT)を検出する冷却水温センサー36が設けられる。また、エンジン10のオイルパン又はエンジンオイルの循環経路上の任意の位置には、エンジンオイルの温度(油温OT)を検出する油温センサー37が設けられる。これらの冷却水温WT及び油温OTは、無負荷損失(エンジン10自体に内在する機械的な損失等)を把握するために用いられるパラメーターである。
A cooling
上記の各種センサー31〜37で取得された回転速度Ne,吸気流量Q,インマニ圧PIM,大気圧PBP,アクセル開度APS,冷却水温WT及び油温OTの各情報は、エンジン制御装置1に伝達される。本実施形態のエンジン制御装置1は、実測されたスロットルバルブ23部の下流圧,上流圧のそれぞれに対応する仮想値を演算するとともに、その仮想値に基づいてエンジン10を制御し、あるいはセンサー類の故障を判定する。
Information about the rotational speed Ne, intake air flow rate Q, intake manifold pressure P IM , atmospheric pressure P BP , accelerator opening A PS , cooling water temperature WT, and oil temperature OT acquired by the
[1−4.制御系]
上記のエンジン10を搭載する車両には、エンジン制御装置1(Engine Electronic Control Unit,制御装置)が設けられる。このエンジン制御装置1は、例えばマイクロプロセッサやROM,RAM等を集積したLSIデバイスや組み込み電子デバイスとして構成され、車両に設けられた車載ネットワーク網の通信ラインに接続される。
[1-4. Control system]
A vehicle equipped with the
車載ネットワーク上には、例えばブレーキ制御装置,変速機制御装置,車両安定制御装置,空調制御装置,電装品制御装置といったさまざまな公知の電子制御装置が、互いに通信可能に接続される。エンジン制御装置1以外の電子制御装置のことを外部制御システムと呼び、外部制御システムによって制御される装置のことを外部負荷装置と呼ぶ。
エンジン制御装置1は、エンジン10に関する点火系,燃料系,吸排気系及び動弁系といった広範なシステムを総合的に制御する電子制御装置であり、各シリンダー19に供給される空気量や燃料噴射量,点火時期,最大バルブリフト量,バルブタイミング等を制御するものである。
On the in-vehicle network, various known electronic control devices such as a brake control device, a transmission control device, a vehicle stability control device, an air conditioning control device, and an electrical component control device are connected so as to communicate with each other. An electronic control device other than the engine control device 1 is called an external control system, and a device controlled by the external control system is called an external load device.
The engine control device 1 is an electronic control device that comprehensively controls a wide range of systems such as an ignition system, a fuel system, an intake / exhaust system, and a valve system related to the
エンジン制御装置1の入力側には、図1に示すように、エンジン回転速度センサー31,エアフローセンサー32,インマニ圧センサー33,大気圧センサー34,アクセル開度センサー35,冷却水温センサー36及び油温センサー37が接続される。また、エンジン制御装置1の出力側には、その制御対象である点火プラグ13,インジェクター18,スロットルバルブ23,可変動弁機構27等が接続される。
On the input side of the engine control device 1, as shown in FIG. 1, an engine
[2.制御装置]
図1に示すように、エンジン制御装置1には、圧力比相当値演算部2,仮想値演算部3,判定部4及び制御部5が設けられる。これらの各要素は電子回路(ハードウェア)によって実現してもよく、ソフトウェアとしてプログラミングされたものとしてもよいし、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしたものであってもよい。
[2. Control device]
As shown in FIG. 1, the engine control device 1 is provided with a pressure ratio equivalent
[2−1.圧力比相当値演算部]
圧力比相当値演算部2(圧力比相当値演算手段)は、エンジン10の吸気系の圧力比Cに相当する値である圧力比相当値Aを演算するものである。圧力比Cとは、スロットルバルブ23の実際の上流圧に対する下流圧の割合を意味する。一方、圧力比相当値Aとは、実際の圧力比Cと強い相関を持つ値であって、エンジン10の最大トルクに相当する値とその時点でのエンジン10の目標トルクに相当する値とから算出される。図2に示すように、圧力比相当値演算部2には、最大トルク演算部2a,目標トルク演算部2b及び比率演算部2cが設けられる。
[2-1. Pressure ratio equivalent value calculation unit]
The pressure ratio equivalent value calculation unit 2 (pressure ratio equivalent value calculation means) calculates a pressure ratio equivalent value A that is a value corresponding to the pressure ratio C of the intake system of the
最大トルク演算部2aは、エンジン10の回転速度Neに基づいて、エンジン10で発生しうる最大トルクPiMAX又はこれに相当する相当値を演算するものである。一般に、エンジン10で発生するトルクの大きさは、回転速度Neやシリンダーに導入された空気量,燃料噴射量,点火時期,最大バルブリフト量,バルブタイミング等に応じて変化する。エンジン10の回転速度Neが所定値(一定)であるときに所定の空燃比で発生するトルクの大きさは、図3に示すようなグラフで表現される。空気量がQ1であるとき、点火時期がT1の場合にはエンジン10が最大のトルクPi1を出力する。点火時期に対するトルクの変動を曲線で示すと、上に凸の曲線となる。また、空気量がQ2であるときの最大トルクはPi2であり、そのトルクを出力するための点火時期はT2である。
The
最大トルク演算部2aは、図3に示すような関係を踏まえて、その時点でのエンジン10の運転状態で吸入空気量が最大であるときに発生するトルクの最大値(スロットル開度を全開にした状態でのトルク)を最大トルクPiMAXとして演算する。例えば、図4中に実線で示すように、スロットル全開時における最大トルクPiMAXと回転速度Neとの対応関係を定めたグラフや対応マップ,数式等を用いて、最大トルクPiMAXを演算してもよい。ここで演算された最大トルクPiMAXの値は、比率演算部2cに伝達される。
Based on the relationship shown in FIG. 3, the maximum
図3中に示す点火時期T1,T2のように、ある空気量が導入されるエンジン10で最大のトルクを発生させる点火時期のことを最適点火時期(MBT:Minimum spark advance for Best Torque)と呼ぶ。最適点火時期は、シリンダー19に導入される空気量が多いほど遅角側(リタード側)に移動し、空気量が少ないほど進角側(アドバンス側)に移動する。また、最適点火時期は回転速度Neが低いほど遅角側に移動し、回転速度Neが高いほど進角側に移動する。
Like ignition timings T 1 and T 2 shown in FIG. 3, the optimal ignition timing (MBT: Minimum spark advance for Best Torque) is the ignition timing that generates the maximum torque in the
最大トルク演算部2aでの最大トルクPiMAXの演算では、基本的には最適点火時期に点火した場合に発生するトルクが最大トルクPiMAXとして演算される。ただし、エンジン10のノッキング防止の観点から点火時期を最適点火時期に設定できないような場合には、最適点火時期よりもやや遅角側の所定点火時期に点火した場合に発生するトルクを最大トルクPiMAXとして演算する。ノッキングは点火時期を遅らせるほど発生しにくくなるが、点火時期を遅らせるとエンジントルクが小さくなる。したがって、ほとんどノックが発生しない点火時期範囲のうち、最適点火時期に近い進角寄りに所定点火時期を設定することが好ましい。
In the calculation of the maximum torque Pi MAX in the maximum
点火時期を変化させると、スロットル全開時における最大トルクPiMAXと回転速度Neとの対応関係も変化し、図4中における実線グラフの位置及び形状が変化する。一方、図4中に破線で示すように、複数の点火時期に対応するグラフを予め設定しておくことで、点火時期に応じた最大トルクPiMAXの演算が可能である。したがって、最大トルク演算部2aが、回転速度Ne及び点火時期に応じて最大トルクPiMAXを演算する構成としてもよい。
When the ignition timing is changed, the correspondence relationship between the maximum torque Pi MAX and the rotational speed Ne when the throttle is fully opened also changes, and the position and shape of the solid line graph in FIG. 4 change. On the other hand, as shown by a broken line in FIG. 4, the maximum torque Pi MAX corresponding to the ignition timing can be calculated by setting a graph corresponding to a plurality of ignition timings in advance. Therefore, the
また、空燃比に関しては、その時点での実際の空燃比ではなく予め設定された所定空燃比である場合を想定して最大トルクPiMAXを演算することが好ましい。例えば、実際の空燃比がリーン空燃比であったとしても、ストイキ空燃比(14.7前後の空燃比)や出力空燃比(高出力が得られる12.0〜13.0の空燃比)でのエンジン出力の推定値を最大トルクPiMAXとして演算することが考えられる。 Regarding the air-fuel ratio, it is preferable to calculate the maximum torque Pi MAX on the assumption that the air-fuel ratio is not the actual air-fuel ratio at that time but a predetermined air-fuel ratio set in advance. For example, even if the actual air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio, the estimated value of the engine output at the stoichiometric air-fuel ratio (an air-fuel ratio of around 14.7) or the output air-fuel ratio (the air-fuel ratio of 12.0 to 13.0 that provides a high output) Can be calculated as the maximum torque Pi MAX .
最大トルクPiMAXの演算時の前提となる空燃比が異なれば、点火時期が異なる場合と同様に、演算される最大トルクPiMAXの値も異なるものとなる。一方、図4中に破線で示すように、複数の空燃比に対応するグラフを予め設定しておくことで、空燃比に応じた最大トルクPiMAXの演算が可能である。したがって、最大トルク演算部2aが、回転速度Ne及び空燃比に応じて最大トルクPiMAXを演算する構成としてもよい。
If the air-fuel ratio that is a precondition for calculating the maximum torque Pi MAX is different, the value of the calculated maximum torque Pi MAX is also different as in the case where the ignition timing is different. On the other hand, as shown by broken lines in FIG. 4, the maximum torque Pi MAX corresponding to the air-fuel ratio can be calculated by setting a graph corresponding to a plurality of air-fuel ratios in advance. Therefore, the maximum
さらに、吸気弁14や排気弁15の最大バルブリフト量やバルブタイミングに関しても同様であり、最適なバルブタイミングや最適な最大バルブリフト量(すなわち、最も大きいトルクをエンジンに発生させる最大バルブリフト量やバルブタイミング)であるときの最大トルクPiMAXを演算してもよいし、あるいはその時点での最大バルブリフト量,バルブタイミングにおいてエンジン10で発生する最大トルクPiMAXを演算してもよい。この場合も、図4中に破線で示すように、複数の最大バルブリフト量,バルブタイミングに対応するグラフを予め設定しておくことで、最大バルブリフト量やバルブタイミングに応じた最大トルクPiMAXの演算が可能である。したがって、最大トルク演算部2aが、回転速度Neと最大バルブリフト量,バルブタイミングとに応じて最大トルクPiMAXを演算する構成としてもよい。
Further, the same applies to the maximum valve lift amount and valve timing of the
目標トルク演算部2bは、回転速度Ne,アクセル開度APS,無負荷損失等に基づいて目標トルクPiTGTを演算するものである。この目標トルクPiTGTは、例えば車両のドライバーや外部負荷装置がエンジン10に要求しているトルクに相当するものであり、エンジン10が出力すべきトルクの目標値を図示平均有効圧Piに換算した値である。ここには、回転速度Ne,アクセル開度APS,無負荷損失等と目標トルクPiTGTとの対応マップや数式,関係式が予め設定されているものとする。目標トルク演算部2bはこのような関係に基づいて目標トルクPiTGTを演算する。ここで演算された目標トルクPiTGTの値は、比率演算部2cに伝達される。
The
比率演算部2cは、最大トルク演算部2aで演算された最大トルクPiMAXと目標トルク演算部2bで演算された目標トルクPiTGTとに基づき、圧力比相当値Aを演算するものである。圧力比相当値Aは、以下の式1に示すように、最大トルクPiMAXに対する目標トルクPiTGTの比として与えられる。ここで演算された圧力比相当値Aは、仮想値演算部3に伝達される。
圧力比相当値A=(目標トルクPiTGT/最大トルクPiMAX) …(式1)
The
Pressure ratio equivalent value A = (Target torque Pi TGT / Maximum torque Pi MAX ) ... (Formula 1)
圧力比相当値Aと実際のスロットルバルブ23部の圧力比Cとの関係をグラフ化して図5(a)に示す。このグラフは、回転速度Ne,点火時期及び空燃比を一定とし、吸気弁14の最大バルブリフト量を変化させた場合のそれぞれの圧力比相当値Aと圧力比Cとの関係をプロットしたものである。グラフの横軸,縦軸はそれぞれ圧力比相当値A,圧力比Cであり、点線状に配置された白丸は圧力比相当値Aと圧力比Cとが同一値となる点(C=Aの直線グラフ上の点)を示す。
The relationship between the pressure ratio equivalent value A and the actual pressure ratio C of the
このグラフでは、吸気弁14の最大バルブリフト量をL1,L2,L3,L4の四段階で順に増大させたときの結果が細破線,細実線,太破線,太実線で表現されている。四つのグラフはそれぞれ、点線状の白丸にほぼ沿った形状をなしている。つまり、圧力比相当値Aと圧力比Cとの間には、最大バルブリフト量に依存しない相関が認められ、圧力比相当値Aを圧力比Cの代替パラメーターとして用いることが可能である。
In this graph, the results when the maximum valve lift amount of the
[2−2.仮想値演算部]
仮想値演算部3(仮想値演算手段)は、圧力比相当値演算部2で求められた圧力比相当値Aと吸気系圧力の実測値(すなわちインマニ圧PIM及び大気圧PBP)とに基づき、それぞれの圧力の仮想値を演算するものである。図2に示すように、仮想値演算部3には、圧力損失演算部3a,仮想インマニ圧演算部3b及び仮想大気圧演算部3cが設けられる。
[2-2. Virtual value calculator]
The virtual value calculation unit 3 (virtual value calculation means) uses the pressure ratio equivalent value A obtained by the pressure ratio equivalent
圧力損失演算部3aは、スロットルバルブ23よりも上流側の吸気通路24で失われる圧損PLOSS(圧力損失量)を演算するものである。ここには、吸気流量Qと圧損PLOSSとの対応マップや数式,関係式が予め設定されており、圧力損失演算部3aはこのような関係に基づいて圧損PLOSSを演算する。吸気流量Qと圧損PLOSSとの対応関係は、図6に示すように、例えば圧損PLOSSが吸気流量Qの二乗に比例するような関係である。なお、外気温度や大気圧PBPを考慮して、より正確に圧損PLOSSを演算する構成としてもよい。ここで演算された圧損PLOSSの値は、仮想インマニ圧演算部3b及び仮想大気圧演算部3cに伝達される。
The pressure
仮想インマニ圧演算部3bは、実測された大気圧PBPと圧力比相当値Aとから推定される理論上のインマニ圧である仮想インマニ圧VPIMを演算するものである。ここでは、以下の式2に従って仮想インマニ圧VPIMが演算される。大気圧PBPから圧損PLOSSを減じたものはスロットルバルブ23の上流圧に対応し、これに圧力比相当値Aを乗じたものが仮想インマニ圧VPIMとされる。ここで演算された仮想インマニ圧VPIMの値は、判定部4及び制御部5に伝達される。
Virtual intake manifold
仮想大気圧演算部3cは、実測されたインマニ圧PIMと圧力比相当値Aとから推定される理論上の大気圧である仮想大気圧VPBPを演算するものである。ここでは、以下の式3に従って仮想大気圧VPBPが演算される。インマニ圧PIMを圧力比相当値Aで除した値は、スロットルバルブ23の上流圧に対応し、これに圧損PLOSSを加算した値が仮想大気圧VPBPとされる。ここで演算された仮想大気圧VPBPの値は、判定部4及び制御部5に伝達される。
Virtual atmospheric
[2−3.判定部]
判定部4(判定手段)は、上記の実測値と仮想値とに基づいて圧力系センサーの故障を判定するものである。判定部4には、図2に示すように、インマニ圧センサー判定部4aと大気圧センサー判定部4bとが設けられる。
インマニ圧センサー判定部4aは、インマニ圧PIMと仮想インマニ圧VPIMとを比較して、インマニ圧センサー33の故障を判定するものである。ここでは、インマニ圧PIMと仮想インマニ圧VPIMとの差が大きいほど、インマニ圧センサー33の故障の可能性が高いものと判定される。
[2-3. Judgment unit]
The determination unit 4 (determination means) determines a failure of the pressure system sensor based on the actual measurement value and the virtual value. As shown in FIG. 2, the
Intake manifold pressure
例えば、仮想インマニ圧VPIMを中心とした所定誤差Xの範囲内にインマニ圧PIMの値が入っているときに、インマニ圧センサー33は正常である(故障していない)と判定される。一方、インマニ圧PIMの値が仮想インマニ圧VPIMに所定誤差Xを加算した値よりも大きい場合や、仮想インマニ圧VPIMから所定誤差Xを減算した値よりも小さい場合、あるいはそれらの状態が所定時間継続した場合には、インマニ圧センサー33が故障したと判定される。インマニ圧センサー33の故障判定の結果は制御部5に伝達される。
For example, when containing the value of the intake manifold pressure P IM within a predetermined error X around the virtual intake manifold pressure VP IM, it is determined that the intake
なお、図7は仮想インマニ圧VPIMを横軸とし、インマニ圧PIMを縦軸としたグラフである。このグラフ上で、仮想インマニ圧VPIM及びインマニ圧PIMの組み合わせが斜線領域内にある場合に、インマニ圧センサー33が故障したと判定することができる。あるいは、斜線領域内にある状態が所定時間継続した場合に、インマニ圧センサー33が故障したと判定してもよい。
Note that FIG. 7 is a horizontal axis and imaginary intake manifold pressure VP IM, is a graph the vertical axis the intake manifold pressure P IM. On this graph, it can be determined that the combination of the virtual intake manifold pressure VP IM and intake manifold pressure P IM is the case within the shaded area, intake
大気圧センサー判定部4bは、大気圧PBPと仮想大気圧VPBPとを比較して、大気圧センサー34の故障を判定するものである。ここでの判定手法はインマニ圧センサー判定部4aでの判定手法と同様であり、大気圧PBPと仮想大気圧VPBPとの差が大きいほど、大気圧センサー34の故障の可能性が高いものと判定される。
The atmospheric pressure
例えば、仮想大気圧VPBPを中心とした所定誤差Yの範囲内に大気圧PBPの値が入っているときに、大気圧センサー34は正常である(故障していない)と判定される。一方、大気圧PBPの値が仮想大気圧VPBPに所定誤差Yを加算した値よりも大きい場合や、仮想大気圧VPBPから所定誤差Yを減算した値よりも小さい場合、あるいはそれらの状態が所定時間継続した場合には、大気圧センサー34が故障したと判定される。大気圧センサー34の故障判定の結果は制御部5に伝達される。
For example, when the value of the atmospheric pressure P BP is within the range of the predetermined error Y centered on the virtual atmospheric pressure VP BP , it is determined that the
[2−4.制御部]
制御部5(制御手段)は、インマニ圧PIM,大気圧PBP,仮想インマニ圧VPIM及び仮想大気圧VPBPに基づき、エンジン10の出力を制御するものである。ここでは、判定部4でインマニ圧センサー33が故障したと判定された場合には、インマニ圧PIMの代わりに仮想インマニ圧VPIMが使用されて、エンジン10が制御される。また、判定部4で大気圧センサー34が故障したと判定された場合には、大気圧PBPの代わりに仮想大気圧VPBPが使用されて、エンジン10が制御される。これらの圧力情報の具体的な使用方法は種々考えられるが、本実施形態ではこれらの圧力情報が無負荷損失の演算に用いられる場合と、目標スロットル開度の演算に用いられる場合との二通りについて説明する。
[2-4. Control unit]
The control unit 5 (control means) controls the output of the
(A)無負荷損失とはエンジン10の無負荷状態での損失である。無負荷損失には、機械摩擦損失や吸気損失,排気損失等が含まれる。本実施形態では、無負荷状態での損失に相当するトルクのことを無負荷損失と呼ぶ。制御部5は、アイドリング状態でエンジン10の出力軸に対して負荷として作用するトルクを無負荷損失として演算する。
制御部5は、エンジン10の回転速度Neとサージタンク21部の相対圧ΔPとに基づき、無負荷損失を演算する。ここでは、例えば予め設定された回転速度Ne,相対圧ΔP及び無負荷損失の対応マップや数式等に基づいて、無負荷損失が演算される。ここで演算された無負荷損失の値は、アイドリング時や通常走行時の目標トルクPiTGTの演算に使用される。なお、ここで演算された無負荷損失を冷却水温WT及び油温OTで補正する演算構成としてもよい。
(A) No-load loss is a loss in the no-load state of the
The control unit 5 calculates the no-load loss based on the rotational speed Ne of the
インマニ圧センサー33及び大気圧センサー34がともに故障していない場合、サージタンク21部の相対圧ΔPは、以下の式4に示すように、大気圧PBPからインマニ圧PIMを減じた値とされる。一方、インマニ圧センサー33が故障していると判定されている場合の相対圧ΔPは、以下の式5に示すように、大気圧PBPから仮想インマニ圧VPIMを減じた値とされる。また、大気圧センサー34が故障していると判定されている場合の相対圧ΔPは、以下の式6に示すように、仮想大気圧VPBPからインマニ圧PIMを減じた値とされる。
If the intake
相対圧ΔP=(大気圧PBP−インマニ圧PIM) …(式4)
相対圧ΔP=(大気圧PBP−仮想インマニ圧VPIM) …(式5)
相対圧ΔP=(仮想大気圧VPBP−インマニ圧PIM) …(式6)
Relative pressure ΔP = (atmospheric pressure P BP -intake manifold pressure P IM ) (Equation 4)
Relative pressure ΔP = (Atmospheric pressure P BP −Virtual intake manifold pressure VP IM ) (Expression 5)
Relative pressure ΔP = (virtual atmospheric pressure VP BP -intake manifold pressure P IM ) (Expression 6)
このようにして得られた相対圧ΔPに基づいて無負荷損失が演算され、その無負荷損失が目標トルクPiTGTに反映される。したがって、インマニ圧センサー33や大気圧センサー34の故障の有無に関わらず、適切な目標トルクPiTGTが算出されることになり、エンジン10の制御性が向上する。
The no-load loss is calculated based on the relative pressure ΔP thus obtained, and the no-load loss is reflected in the target torque Pi TGT . Therefore, an appropriate target torque Pi TGT is calculated regardless of whether the intake
(B)また、制御部5は、目標トルク演算部2bで演算された目標トルクPiTGTに基づき、スロットルバルブ23のスロットル開度を制御する。ここでは、エンジン10が目標トルクPiTGTを出力するために要する空気量が目標空気量として演算されるとともに、その目標空気量に基づいてスロットルバルブ23を通過させるべき吸気の目標流量が演算される。また、吸気系の圧力状態に基づいてスロットルバルブ23部における吸気の流速Vが演算され、目標流量と流速Vとからスロットル開度が演算される。流速Vは、スロットルバルブ23部の圧力比Cに基づいて演算される。
(B) The control unit 5 controls the throttle opening of the
インマニ圧センサー33及び大気圧センサー34がともに故障していない場合、制御部5は以下の式7に示すように、大気圧PBP,インマニ圧PIM及び圧損PLOSSに基づいて、スロットルバルブ23部の圧力比Cを演算する。一方、インマニ圧センサー33が故障していると判定されている場合には、式8に示すように、式7中のインマニ圧PIMの代わりに仮想インマニ圧VPIMを用いて圧力比Cを演算する。また、大気圧センサー34が故障していると判定されている場合には、式9に示すように、式7中の大気圧PBPの代わりに仮想大気圧VPBPを用いて圧力比Cを演算する。
When both the intake
制御部5は、上記の演算で得られた圧力比Cに基づいて吸気の流速Vを演算する。制御部5には、例えば圧力比C及び流速Vの対応関係が規定されたマップや数式と、目標流量及び流速Vとスロットル開度との対応関係が規定されたマップや数式とが記録されている。これらに基づいて圧力比Cから流速Vが演算され、スロットル開度が演算される。
したがって、インマニ圧センサー33や大気圧センサー34の故障の有無に関わらず、適切なスロットル開度が演算されることになり、エンジン10の制御性が向上する。
The controller 5 calculates the intake air flow velocity V based on the pressure ratio C obtained by the above calculation. In the control unit 5, for example, a map and a mathematical expression in which the correspondence relationship between the pressure ratio C and the flow velocity V is defined, and a map and a mathematical expression in which the correspondence relationship between the target flow rate and the flow velocity V and the throttle opening are defined are recorded. Yes. Based on these, the flow velocity V is calculated from the pressure ratio C, and the throttle opening is calculated.
Therefore, an appropriate throttle opening is calculated regardless of whether or not the intake
[3.作用,効果]
図5(a)に示すように、圧力比相当値Aにはスロットルバルブ23部の圧力比Cとの相関が認められる。この相関を踏まえて、上述のエンジン制御装置1ではインマニ圧PIMから仮想大気圧VPBPが演算され、大気圧PBPから仮想インマニ圧VPIMが演算される。仮想インマニ圧VPIMは、実際の大気圧PBPと圧力比相当値Aとから得られた値であることから、実際のインマニ圧PIMと同じ特性を持つパラメーターとなり、大気圧センサー34の出力が適正である限り、インマニ圧PIMに近い理論値となる。同様に、仮想大気圧VPBPは、実際の大気圧PBPと同じ特性を持つパラメーターとなり、インマニ圧センサー33の出力が適正である限り、大気圧PBPに近い理論値となる。
[3. Action, effect]
As shown in FIG. 5A, the pressure ratio equivalent value A is correlated with the pressure ratio C of the
(1)このように、上記のエンジン制御装置1では、圧力比相当値Aと実測値とに基づいて仮想値が演算される。これにより、複雑な吸気系モデルを要しない簡素な演算構成で、理論上の吸気系圧力の大きさを精度よく推定することができる。したがって、インマニ圧センサー33や大気圧センサー34の故障の有無に関わらず、制御の信頼性を向上させることができる。
また、インマニ圧PIM及び大気圧PBPのうちの何れか一方を実測すれば、他方の仮想値を取得できるため、インマニ圧センサー33,大気圧センサー34の何れか一方を省略することも可能であり、コストダウンを図ることができる。なお、信頼性の低いセンサーを省略することで、制御の信頼性を向上させることも可能である。
(1) Thus, in the engine control apparatus 1 described above, a virtual value is calculated based on the pressure ratio equivalent value A and the actual measurement value. Thereby, the theoretical magnitude of the intake system pressure can be accurately estimated with a simple calculation configuration that does not require a complicated intake system model. Therefore, the reliability of control can be improved regardless of whether or not the intake
In addition, if one of the intake manifold pressure P IM and the atmospheric pressure P BP is measured, the other virtual value can be acquired, so either the intake
(2)また、上記のエンジン制御装置1では、インマニ圧PIMと大気圧PBPとがともに実測され、それぞれの仮想値である仮想インマニ圧VPIMと仮想大気圧VPBPとが演算されている。これにより、故障時における実測値の代替として仮想値を利用することができる。例えば、インマニ圧センサー33が故障した場合には、大気圧センサー34の実測値から仮想インマニ圧VPIMを求めてインマニ圧PIMの代用として、無負荷損失やスロットル開度を演算することができ、故障前と変わらないエンジン10の運転状態を維持することができる。したがって、エンジン10のフェイルセーフ機能を向上させることができ、制御の信頼性を向上させることができる。
(2) Further, in the engine control device 1, the intake manifold pressure P IM and the atmospheric pressure P BP are both measured, and the virtual intake manifold pressure VP IM are the respective virtual value and the virtual atmospheric pressure VP BP is computed Yes. Thereby, a virtual value can be used as an alternative to the actual measurement value at the time of failure. For example, when the intake
(3)また、上記のエンジン制御装置1では、インマニ圧センサー33で検出されたインマニ圧PIMと仮想インマニ圧VPIMとを比較することで、インマニ圧センサー33の故障を精度よく判定することができる。例えば、インマニ圧PIMが通常の変動範囲内にある状態であっても、仮想インマニ圧VPIMとの差が大きい場合には、インマニ圧センサー33が故障したと判定することができ、判定精度を向上させることができる。同様に、大気圧センサー34で検出された大気圧PBPと仮想大気圧VPBPとを比較することで、大気圧センサー34の故障を精度よく判定することができる。
(3) Further, in the engine control device 1, by comparing the intake manifold pressure P IM detected by the intake
(4)なお、大気圧センサー34を省略した場合であっても、インマニ圧センサー33があれば仮想大気圧VPBPを求めることが可能である。一方、インマニ圧センサー33で検出される圧力は、吸気通路24を通過してきた吸気の圧力であることから、実際の大気圧の変動に対してやや遅れて変動する。このような吸気遅れは、エンジン10の制御性を低下させうる。
(4) Even if you omit the
これに対して、上記のエンジン制御装置1では、大気圧センサー34を省略することなく搭載しているため、吸気遅れに伴う仮想値の演算誤差の発生やエンジン10の制御性の低下を抑制することができる。なお、大気圧PBPの実測値を用いることで、無負荷損失の値を高精度に演算することができ、圧力比相当値Aの演算精度を向上させることができるという利点もある。
On the other hand, in the engine control apparatus 1 described above, since the
(5)また、上記のエンジン制御装置1では、スロットルバルブ23の上流圧に対応する圧力として、大気圧PBPから圧損PLOSSを減じたものが用いられるとともに、吸気流量Qに基づいて圧損PLOSSが演算されている。これにより、スロットルバルブ23よりも上流側の吸気通路24での圧力降下量を精度よく把握することができ、仮想インマニ圧VPIMや仮想大気圧VPBPの演算精度を向上させることができる。
(5) In the engine control apparatus 1 described above, a pressure obtained by subtracting the pressure loss P LOSS from the atmospheric pressure P BP is used as the pressure corresponding to the upstream pressure of the
(6)また、圧力比相当値Aの演算手法に関して、上記のエンジン制御装置1では、その時点での最大トルクPiMAXと目標トルクPiTGTとを用いて圧力比相当値Aを演算している。これらの最大トルクPiMAX,目標トルクPiTGTは、例えば燃料の噴射量や噴射時期,点火時期の制御といった吸気量制御以外のトルクベース制御でも使用されうるパラメーターであるため、演算値の転用や他の制御への再利用が容易であり、制御プログラムやアルゴリズムの簡素化が容易であるという利点がある。 (6) Regarding the calculation method of the pressure ratio equivalent value A, the engine control apparatus 1 calculates the pressure ratio equivalent value A using the maximum torque Pi MAX and the target torque Pi TGT at that time. . These maximum torque Pi MAX and target torque Pi TGT are parameters that can be used in torque-based control other than intake amount control such as control of fuel injection amount, injection timing, and ignition timing, for example. There is an advantage that the control program and the algorithm can be simplified easily.
[4.変形例]
[4−1.充填効率を用いた圧力比相当値の演算]
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
上述のエンジン制御装置1では、エンジン10の最大トルクPiMAX及び目標トルクPiTGTを用いて圧力比相当値Aを演算しているが、トルクの代わりにシリンダー19内に導入される空気量を用いることで同様の演算を行うことも可能である。
[4. Modified example]
[4-1. Calculation of pressure ratio equivalent value using filling efficiency]
Regardless of the embodiment described above, various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. Each structure of this embodiment can be selected as needed, or may be combined appropriately.
In the engine control apparatus 1 described above, the pressure ratio equivalent value A is calculated using the maximum torque Pi MAX and the target torque Pi TGT of the
例えば、上述の実施形態の最大トルクPiMAX及び目標トルクPiTGTの代わりに、最大充填効率EcMAX及び目標充填効率EcTGTを用いて第二圧力比相当値Bを演算し、この第二圧力比相当値Bを圧力比Cの代替パラメーターとして用いることが考えられる。最大充填効率EcMAXとは、上述の実施形態における最大トルクPiMAXに対応する充填効率Ecであり、エンジン10で最大トルクPiMAXを発生させるのに要求される空気量に基づいて算出される充填効率Ec(スロットル開度を全開にした時の充填効率Ec)である。また、目標充填効率EcTGTは目標トルクPiTGTに対応する充填効率Ecであり、エンジン10で目標トルクPiTGTを発生させるのに要求される空気量に基づいて算出される充填効率Ecである。これらのパラメーターを用いて、最大充填効率EcMAXに対する目標充填効率EcTGTの比を第二圧力比相当値B(B=EcTGT/EcMAX)とすることができる。
For example, instead of the maximum torque Pi MAX and the target torque Pi TGT of the above-described embodiment, the second pressure ratio equivalent value B is calculated using the maximum charging efficiency Ec MAX and the target charging efficiency Ec TGT, and the second pressure ratio It is conceivable to use the equivalent value B as an alternative parameter for the pressure ratio C. The maximum charging efficiency Ec MAX is the charging efficiency Ec corresponding to the maximum torque Pi MAX in the above-described embodiment, and is calculated based on the amount of air required to generate the maximum torque Pi MAX in the
ここで、本発明者らによる試験を通して確認された第二圧力比相当値Bと実際のスロットルバルブ23部の圧力比Cとの関係を、図5(b)に例示する。このグラフは、図5(a)と同様に、エンジン10の回転速度Ne及び空燃比を一定とし、吸気弁14の最大バルブリフト量を変化させた場合のそれぞれの第二圧力比相当値Bと圧力比Cとの関係をプロットしたものである。
Here, FIG. 5B illustrates the relationship between the second pressure ratio equivalent value B confirmed through the tests by the present inventors and the actual pressure ratio C of the
最大バルブリフト量が異なる四つのグラフは、何れも点線状の白丸に沿った形状をなしており、第二圧力比相当値Bと圧力比Cとの間には最大バルブリフト量に依存しない相関が認められる。したがって、圧力比Cの代わりに第二圧力比相当値Bを用いた場合にも、上述の実施形態と同様の作用,効果を奏するものとなる。 Each of the four graphs with different maximum valve lifts has a shape along a dotted white circle, and the correlation between the second pressure ratio equivalent value B and the pressure ratio C does not depend on the maximum valve lift. Is recognized. Therefore, even when the second pressure ratio equivalent value B is used instead of the pressure ratio C, the same operations and effects as those of the above-described embodiment are achieved.
なお、この場合、上述の実施形態における最大トルク演算部2aが、最大トルクPiMAXに相当する最大充填効率EcMAXを演算する制御構成とすればよい。最大充填効率EcMAXは、エンジン10の回転速度Ne及び吸気流量Qのほか、燃料噴射量,点火時期,最大バルブリフト量,バルブタイミング等に基づいて演算される。あるいは、最大トルクPiMAXと最大充填効率EcMAXとの対応関係を規定したマップ,数式等に基づいて、最大トルクPiMAXから最大充填効率EcMAXを求めてもよい。
In this case, the maximum
また、目標トルク演算部2bは、目標トルクPiTGTに相当する目標充填効率EcTGTを演算する制御構成とすればよい。例えば、回転速度Ne,アクセル開度APS,無負荷損失等に基づいて目標充填効率EcTGTを演算してもよいし、目標トルクPiTGTと目標充填効率EcTGTとの対応関係を規定したマップ,数式等に基づいて、目標トルクPiTGTから目標充填効率EcTGTを求めてもよい。
Further, the target
これらの最大充填効率EcMAX,目標充填効率EcTGTを用いて、比率演算部2cが、最大充填効率EcMAXに対する目標充填効率EcTGTの比率を第二圧力比相当値Bとして演算する。これ以降の演算では圧力比相当値Aの代わりに上記の第二圧力比相当値Bを用いることで、上述の実施形態と同様に仮想値を演算することができ、あるいは圧力センサー類の故障判定を実施することができる。また、第二圧力比相当値Bと圧力比Cとの相関を利用することで、エンジン10のさまざまな運転状態に対応した複雑なマップやテーブルが不要となり、スロットル開度の演算に係るデータを記憶するROM容量を削減することができる。
These maximum charging efficiency Ec MAX, using the target charging efficiency Ec TGT,
[4−2.その他]
上述の実施形態では、図7に示すように、実測値と仮想値との差が例えば所定誤差X以上大きい場合に、その実測値を実測したセンサーが故障したものと判定される制御を例示したが、具体的な故障判定の手法はこれに限定されない。例えば、センサーが正常であると判定される範囲の幅をそのときの実測値に応じて変更してもよい。あるいは、所定誤差Xの値を固定値ではなく、他のパラメーターに応じて設定される変数としてもよい。
[4-2. Others]
In the above-described embodiment, as illustrated in FIG. 7, when the difference between the actual measurement value and the virtual value is larger than the predetermined error X, for example, the control in which it is determined that the sensor that actually measured the actual measurement value has failed is illustrated. However, the specific failure determination method is not limited to this. For example, the width of the range in which the sensor is determined to be normal may be changed according to the actual measurement value at that time. Alternatively, the value of the predetermined error X may not be a fixed value but a variable set according to another parameter.
また、上述実施形態では、おもに図4に示すようなエンジン回転速度Neと最大トルクPiMAXとの関係に着目して最大トルクPiMAXの演算手法を説明した。しかしながら、エンジン10の最大トルクPiMAXはエンジン回転速度Neだけでなく、前述の通り点火時期や最大バルブリフト量,バルブタイミング,空燃比に応じて変化する。したがって、最大トルク演算部2aで最大トルクPiMAXを演算する時点での最大バルブリフト量,バルブタイミングに応じて、その最大トルクPiMAXを算出又は補正する構成としてもよい。これにより、圧力比相当値Aと圧力比Cとの相関をより高めることができ、スロットルバルブ23の制御性をより向上させることができるとともに、制御の信頼性を向上させることができる。
In the above-described embodiment, the calculation method of the maximum torque Pi MAX has been described mainly focusing on the relationship between the engine rotation speed Ne and the maximum torque Pi MAX as shown in FIG. However, the maximum torque Pi MAX of the
一方、たとえ演算時点の最大バルブリフト量,バルブタイミングを使わなくても、圧力比相当値Aと圧力比Cとの相関は確保される。例えば、図5(a),(b)に示すように、圧力比相当値Aと圧力比Cとの相関や、第二圧力比相当値Bと圧力比Cとの相関は、最大バルブリフト量に依存しない。したがって、最大トルクPiMAXの演算に実際の制御角θVVLや位相角θVVTを常に反映させる必要があるわけではない。 On the other hand, even if the maximum valve lift amount and valve timing at the time of calculation are not used, the correlation between the pressure ratio equivalent value A and the pressure ratio C is ensured. For example, as shown in FIGS. 5A and 5B, the correlation between the pressure ratio equivalent value A and the pressure ratio C and the correlation between the second pressure ratio equivalent value B and the pressure ratio C are the maximum valve lift amount. Does not depend on. Therefore, it is not always necessary to reflect the actual control angle θ VVL and phase angle θ VVT in the calculation of the maximum torque Pi MAX .
また、点火時期や空燃比に関しても同様であり、これらのパラメーターに応じて最大トルクPiMAXを演算することで、より正確な最大トルクPiMAXの値を把握することができ、圧力比相当値Aと圧力比Cとの相関をより高めることができる。したがって、制御の信頼性を向上させることができる。 The same applies to the ignition timing and air-fuel ratio. By calculating the maximum torque Pi MAX according to these parameters, a more accurate value of the maximum torque Pi MAX can be obtained, and the pressure ratio equivalent value A And the pressure ratio C can be further increased. Therefore, the reliability of control can be improved.
なお、演算時点の点火時期での最大トルクPiMAXを演算する構成としてもよいし、最適点火時期に点火した場合に発生するトルクを最大トルクPiMAXとする構成であってもよいし、ノッキングの可能性を考慮して点火時期を最適点火時期からやや遅らせた場合に発生するトルクを最大トルクPiMAXとする構成であってもよい。圧力比相当値Aと圧力比Cとの相関が最も強化されるのは、最適点火時期に点火した場合であるが、他の場合であっても圧力比相当値Aと圧力比Cとの間に相関を認めることができる。 The maximum torque Pi MAX at the ignition timing at the time of calculation may be calculated, the torque generated when ignition is performed at the optimal ignition timing may be set to the maximum torque Pi MAX , or knocking may be performed. Considering the possibility, the maximum torque Pi MAX may be used as the torque generated when the ignition timing is slightly delayed from the optimal ignition timing. The correlation between the pressure ratio equivalent value A and the pressure ratio C is strengthened most when the ignition is performed at the optimum ignition timing. A correlation can be recognized.
また、上述の実施形態では、図示平均有効圧Piで表現された最大トルクPiMAX及び目標トルクPiTGTを用いて圧力比相当値Aを演算するものを例示したが、具体的な圧力比相当値Aの演算手法はこれに限定されない。例えば、図示平均有効圧Piの代わりに正味平均有効圧Peやクランクシャフト17に生じるトルク値を用いて圧力比相当値Aを演算してもよい。また、上述の変形例における充填効率Ecの代わりに空気量(空気の体積,質量)や体積効率,吸気流量等を用いて第二圧力比相当値Bを演算してもよい。
Further, in the above-described embodiment, the example in which the pressure ratio equivalent value A is calculated using the maximum torque Pi MAX and the target torque Pi TGT expressed by the indicated mean effective pressure Pi is illustrated, but a specific pressure ratio equivalent value is illustrated. The calculation method of A is not limited to this. For example, the pressure ratio equivalent value A may be calculated using the net average effective pressure Pe or the torque value generated in the
1 エンジン制御装置
2 圧力比相当値演算部(圧力比相当値演算手段)
3 仮想値演算部(仮想値演算手段)
4 判定部(判定手段)
5 制御部(制御手段)
32 エアフローセンサー(流量検出手段)
33 インマニ圧センサー(実測値検出手段)
34 大気圧センサー(実測値検出手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
3 Virtual value calculation unit (virtual value calculation means)
4. Judgment part (determination means)
5 Control unit (control means)
32 Air flow sensor (flow rate detection means)
33 In manifold pressure sensor (measured value detection means)
34 Atmospheric pressure sensor (Measurement value detection means)
Claims (10)
前記エンジンの最大トルク相当値に対する、前記エンジンに要求するトルクである目標トルク相当値の比を圧力比相当値として演算する圧力比相当値演算手段と、
前記実測値検出手段で検出された前記実測値と前記圧力比相当値演算手段で演算された前記圧力比相当値とに基づき、前記上流圧及び下流圧の少なくとも何れか他方の仮想値を演算する仮想値演算手段と
を備えたことを特徴とする、エンジンの制御装置。 An actual measurement value detecting means for detecting an actual measurement value of at least one of the upstream pressure and the downstream pressure in the throttle valve portion of the engine;
Pressure ratio equivalent value calculating means for calculating a ratio of a target torque equivalent value that is a torque required for the engine to a maximum torque equivalent value of the engine as a pressure ratio equivalent value;
Based on the measured value detected by the measured value detection means and the pressure ratio equivalent value calculated by the pressure ratio equivalent value calculation means, at least one of the upstream pressure and the downstream pressure is calculated. An engine control device comprising virtual value calculation means.
前記実測値検出手段の故障時に、前記仮想値演算手段で演算された前記仮想値に基づき前記エンジンを制御する制御手段を備えた
ことを特徴とする、請求項1記載のエンジンの制御装置。 The measured value detection means detects the measured values of both the upstream pressure and the downstream pressure,
The engine control apparatus according to claim 1, further comprising a control unit that controls the engine based on the virtual value calculated by the virtual value calculation unit when the actual value detection unit fails.
ことを特徴とする、請求項2記載のエンジンの制御装置。 3. The engine control device according to claim 2, further comprising a determination unit that determines a failure of the actual value detection unit by comparing the actual value and the virtual value.
前記仮想値演算手段が、前記圧力比相当値と前記大気圧の実測値とに基づき、仮想インテークマニホールド圧を演算する
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。 The actual measurement value detecting means detects an actual measurement value of atmospheric pressure as the upstream pressure,
The engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the virtual value calculation means calculates a virtual intake manifold pressure based on the pressure ratio equivalent value and the measured value of the atmospheric pressure. Control device.
前記仮想値演算手段が、前記流量検出手段で検出された前記吸気流量に基づき、前記他方の仮想値を演算する
ことを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。 Comprising a flow rate detecting means for detecting the intake flow rate of the engine,
The engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the virtual value calculation means calculates the other virtual value based on the intake flow rate detected by the flow rate detection means. Control device.
ことを特徴とする、請求項1〜5の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。 The pressure ratio equivalent value calculation means calculates the torque generated in the engine as the maximum torque equivalent value with the amount of air introduced into the engine, and a target torque set based on the accelerator operation amount of the engine 6 is calculated as the target torque equivalent value, and the engine control device according to claim 1.
ことを特徴とする、請求項1〜6の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。 The pressure ratio equivalent value calculating means uses the maximum charging efficiency of the engine as the maximum torque equivalent value, and uses the target charging efficiency calculated based on the amount of air introduced into the engine as the target torque equivalent value. The engine control device according to claim 1, wherein the pressure ratio equivalent value is calculated.
ことを特徴とする、請求項1〜7の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。 The engine according to any one of claims 1 to 7, wherein the pressure ratio equivalent value calculating means calculates the maximum torque equivalent value according to a valve lift amount or a valve timing of an intake / exhaust valve. Control device.
ことを特徴とする、請求項1〜8の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。 9. The pressure ratio equivalent value calculating means calculates a torque generated in the engine when the ignition timing is an optimum ignition timing as the maximum torque equivalent value. The engine control apparatus described in 1.
ことを特徴とする、請求項1〜9の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。 The pressure ratio equivalent value calculating means calculates a maximum torque generated in the engine during combustion at a predetermined air / fuel ratio set in advance as the maximum torque equivalent value. The engine control device according to claim 1.
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