JP2006169973A - Pump work calculating device of internal combustion engine - Google Patents

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Masato Hoshino
真人 星野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pump work calculating device of an internal combustion engine for easily calculating pump work of an engine. <P>SOLUTION: Opening APO of an electric control throttle valve and an engine speed Ne are detected (Step 1), and the pressure ratio (atmospheric pressure/collector pressure) of the atmospheric pressure P1 to the collector pressure P2 is calculated (Step 2), and an intake substance quantity (n) and the intake absolute temperature T per one cycle are read in (Step 3). An intake entropy change ΔS is calculated as ΔS=n×R×1n(P1/P2) (Step 4). The pump work ΔW of the engine is calculated by ΔW=ΔS×T from the intake entropy change ΔS and the intake absolute temperature T. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内燃機関のポンプ仕事算出装置に関する。   The present invention relates to a pump work calculation device for an internal combustion engine.

内燃機関は出力を調整する手段として、吸気通路に配置されたバルブ（例えば吸気絞り弁）を用いてコレクタ圧（密度）を低下させて吸気量を減らしている。コレクタ圧を低下させる際に、エンジンは仕事（ポンプ仕事）をすることになるので損失が発生する。この現象をポンプロスという。特にアイドリングや減速の時はポンプロスが大きく、ＩＳＣ制御やトルク制御の精度に大きな影響を与えるため、ポンプロスを精度良く算出できれば運転性や燃費などの向上が図れる。   An internal combustion engine uses a valve (for example, an intake throttle valve) disposed in an intake passage as means for adjusting the output to reduce collector pressure (density) to reduce intake air amount. When the collector pressure is lowered, the engine does work (pump work), so that loss occurs. This phenomenon is called pump loss. Especially when idling or decelerating, the pump loss is large and greatly affects the accuracy of ISC control and torque control. Therefore, if the pump loss can be calculated accurately, the drivability and fuel efficiency can be improved.

また特許文献１では、ポンプロストルクを作動ガス量或いは吸気圧力に基づいて算出することが開示されている。
特開平１１−５０８８９号公報 Patent Document 1 discloses that the pump loss torque is calculated based on the working gas amount or the intake pressure.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-50889

ここで、ポンプロスを求める方法としてＰ−Ｖ線図（筒内圧とストローク×ピストン面積）を用いる方法が知られているが、この方法では筒内圧を測定しなければならないため、コストや信頼性の面で実用的ではなかった。
また特許文献１では、ポンプロスを算出する際に温度を加味していないし、物理量から算出を行っていなかったので、環境（温度）が変化した場合には算出値の精度が悪かった。また、ポンプロスを算出する際には各種マップ等を予め設定しておく必要があったので、筒内圧などの測定実験を行わなければならず、そのための設備費用や実験工数がかかっていた。 Here, as a method for obtaining the pump loss, a method using a PV diagram (in-cylinder pressure and stroke × piston area) is known. However, in this method, the in-cylinder pressure must be measured. It was not practical in terms.
In Patent Document 1, since the temperature is not taken into account when calculating the pump loss and the calculation is not performed from the physical quantity, the accuracy of the calculated value is poor when the environment (temperature) changes. Moreover, since it was necessary to set various maps in advance when calculating the pump loss, it was necessary to carry out measurement experiments such as in-cylinder pressure, which required equipment costs and experiment man-hours.

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、エンジンのポンプ仕事を簡単に算出することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to easily calculate the pump work of an engine.

そのため本発明では、内燃機関によるポンプ仕事を吸気エントロピー変化と吸気絶対温度との乗算により求める。   Therefore, in the present invention, the pump work by the internal combustion engine is obtained by multiplying the intake entropy change and the intake absolute temperature.

本発明によれば、ポンプ仕事を筒内圧の測定や適合をせずに簡単に精度良く求めることができ、環境変化にも追従することができるという効果がある。   According to the present invention, the pump work can be obtained easily and accurately without measuring or adapting the in-cylinder pressure, and it is possible to follow environmental changes.

以下、図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。
図１は、エンジン１のシステム構成図である。
エンジン１の各気筒のシリンダ２及びピストン３により画成される燃焼室４には、点火プラグ５を囲むように、吸気バルブ６と排気バルブ７とを備えている。８は排気通路、９は吸気通路である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a system configuration diagram of the engine 1.
The combustion chamber 4 defined by the cylinder 2 and the piston 3 of each cylinder of the engine 1 is provided with an intake valve 6 and an exhaust valve 7 so as to surround the spark plug 5. 8 is an exhaust passage, and 9 is an intake passage.

吸気通路９には、上流側からエアクリーナ１２および電制スロットルバルブ（バタフライバルブ）１３が配設されており、電制スロットルバルブ１３のバルブ開口面積に応じて空気を燃焼室４内に導入する。電制スロットルバルブ１３は、エンジン制御装置（ＥＣＵ）３０の開度指令に基づいてバルブ開口面積が決定される。
吸気通路９のコレクタ１１の下流のマニホールドブランチ部には、燃料噴射弁１０が配設されている。 An air cleaner 12 and an electric throttle valve (butterfly valve) 13 are disposed in the intake passage 9 from the upstream side, and air is introduced into the combustion chamber 4 in accordance with the valve opening area of the electric throttle valve 13. The electric throttle valve 13 has a valve opening area determined based on an opening degree command of an engine control unit (ECU) 30.
A fuel injection valve 10 is disposed in the manifold branch portion of the intake passage 9 downstream of the collector 11.

また、ＥＣＵ３０には、スロットルバルブ開度センサ２３、エアフロメータ２４、ブーストセンサ（圧力センサ）２５、温度センサ２６、クランク角センサ２７、大気圧センサ（圧力センサ）２８、及び大気温センサ（温度センサ）２９からの信号が入力される。
スロットルバルブ開度センサ２３は、電制スロットルバルブ１３の開度に応じた信号を出力する。 The ECU 30 includes a throttle valve opening sensor 23, an air flow meter 24, a boost sensor (pressure sensor) 25, a temperature sensor 26, a crank angle sensor 27, an atmospheric pressure sensor (pressure sensor) 28, and an atmospheric temperature sensor (temperature sensor). ) The signal from 29 is input.
The throttle valve opening sensor 23 outputs a signal corresponding to the opening degree of the electric throttle valve 13.

エアフロメータ２４は、電制スロットルバルブ１３より上流の吸気通路９に設けられ、電制スロットルバルブ１３を通過する空気量（後述する吸気物質量ｎを算出する際に用いる値）に応じた信号を出力する。
ブーストセンサ２５は、電制スロットルバルブ１３より下流のコレクタ１１に設けられ、コレクタ１１内の圧力（下流圧力）Ｐ２に応じた信号を出力する。 The air flow meter 24 is provided in the intake passage 9 upstream of the electric throttle valve 13 and outputs a signal corresponding to the amount of air passing through the electric throttle valve 13 (a value used when calculating an intake substance amount n described later). Output.
The boost sensor 25 is provided in the collector 11 downstream from the electric throttle valve 13 and outputs a signal corresponding to the pressure (downstream pressure) P2 in the collector 11.

温度センサ２６は、コレクタ１１に設けられ、吸気温度Ｔ２に応じた信号を出力する。なお、吸気温度Ｔ２は、燃焼室４内に吸入した吸気の温度（筒内温度）を運転状態に基づいて算出した値としてもよい。
クランク角センサ２７は、エンジン１に設けられ、エンジン１のクランク角に応じた信号を出力する。このクランク角センサ２７の信号によりエンジン回転数Ｎｅを検出可能である。 The temperature sensor 26 is provided in the collector 11 and outputs a signal corresponding to the intake air temperature T2. The intake air temperature T2 may be a value obtained by calculating the temperature of the intake air (in-cylinder temperature) drawn into the combustion chamber 4 based on the operating state.
The crank angle sensor 27 is provided in the engine 1 and outputs a signal corresponding to the crank angle of the engine 1. The engine speed Ne can be detected from the signal of the crank angle sensor 27.

大気圧センサ２８は、大気圧（外気圧）Ｐ１に応じた信号を出力する。なお、後述するが大気圧は電制スロットルバルブ１３より上流の圧力としてもよい。
大気温センサ２９は、大気温（外気温）Ｔ１に応じた信号を出力する。
ＥＣＵ３０は、各種制御を行う。例えば、電制スロットルバルブ１３の開度制御、燃料噴射時期および噴射量の制御、点火時期制御などを行う。 The atmospheric pressure sensor 28 outputs a signal corresponding to the atmospheric pressure (outside atmospheric pressure) P1. As will be described later, the atmospheric pressure may be a pressure upstream from the electric throttle valve 13.
The atmospheric temperature sensor 29 outputs a signal corresponding to the atmospheric temperature (outside temperature) T1.
The ECU 30 performs various controls. For example, opening control of the electric throttle valve 13, control of fuel injection timing and injection amount, ignition timing control, and the like are performed.

図２は、ポンプ仕事モデルである。
ポンプ仕事モデルは、エンジン１による吸気をポンプ作用とみなしてこの仕事量ΔＷ〔Ｎ・ｍ〕を算出するものである。
ここで、従来のポンプ仕事ΔＷを算出する方法について説明する。なお従来のポンプ仕事ΔＷの算出においては、筒内温度（コレクタ１１内の温度）Ｔ２〔Ｋ〕が大気温度Ｔ１〔Ｋ〕と等しいことを前提とする。 FIG. 2 is a pump work model.
The pump work model calculates the work amount ΔW [N · m] by regarding the intake air from the engine 1 as a pump action.
Here, a conventional method for calculating the pump work ΔW will be described. In the conventional calculation of the pump work ΔW, it is assumed that the in-cylinder temperature (temperature in the collector 11) T2 [K] is equal to the atmospheric temperature T1 [K].

ポンプ仕事ΔＷは、ピストン３に作用する力Ｆ〔Ｎ〕にストローク量Ｌ〔ｍ〕を乗算して算出できる（ΔＷ＝Ｆ×Ｌ）。
ピストンに作用する力Ｆは、大気圧Ｐ１〔Ｐａ〕および筒内圧（コレクタ圧）Ｐ２〔Ｐａ〕の差と、ピストン３の面積Ａ〔ｍ2〕とから算出する。
Ｆ〔Ｎ〕＝（Ｐ２−Ｐ１）×Ａ
すなわち、ポンプ仕事ΔＷは、シリンダ容積Ｖ〔ｍ3〕と、大気圧Ｐ１および筒内圧Ｐ２の差との乗算により求める。 The pump work ΔW can be calculated by multiplying the force F [N] acting on the piston 3 by the stroke amount L [m] (ΔW = F × L).
The force F acting on the piston is calculated from the difference between the atmospheric pressure P1 [Pa] and the in-cylinder pressure (collector pressure) P2 [Pa] and the area A [m 2 ] of the piston 3.
F [N] = (P2-P1) × A
That is, the pump work ΔW is obtained by multiplying the cylinder volume V [m 3 ] by the difference between the atmospheric pressure P1 and the in-cylinder pressure P2.

ΔＷ＝Ｆ×Ｌ
＝（Ｐ２−Ｐ１）×Ａ×Ｌ
＝（Ｐ２−Ｐ１）×Ｖ
しかしながら、従来のポンプ仕事ΔＷの算出においては、筒内温度Ｔ２が大気温度Ｔ１と等しいことを前提としていたため、運転する環境（大気温度Ｔ１、大気圧Ｐ１）が変化する場合にはポンプ仕事ΔＷの算出精度にずれが生じることとなっていた。 ΔW = F × L
= (P2-P1) x A x L
= (P2-P1) x V
However, since the conventional calculation of the pump work ΔW is based on the premise that the in-cylinder temperature T2 is equal to the atmospheric temperature T1, when the operating environment (atmospheric temperature T1, atmospheric pressure P1) changes, the pump work ΔW There was a shift in the calculation accuracy of.

また、エンジン１が出力を低下させる際にはコレクタ１１内の圧力（密度）を低下させて吸気量を減らすこととしているが、圧力を低下させる際にエンジン１は仕事ΔＷをするためにポンプロスが発生する。
このポンプロスを算出する方法としてＰ−Ｖ線図（筒内圧とストローク×ピストン面積）を用いることが知られているが、この方法では筒内圧を測定しなければならないため、コストや信頼性の面で実用的ではなかった。 Further, when the engine 1 reduces the output, the pressure (density) in the collector 11 is reduced to reduce the intake air amount. However, when the pressure is reduced, the engine 1 performs work ΔW, so that the pump loss occurs. appear.
As a method for calculating the pump loss, it is known to use a PV diagram (in-cylinder pressure and stroke × piston area). However, in this method, the in-cylinder pressure must be measured, and therefore, cost and reliability are required. It was not practical.

そこで、本発明では、ピストン３が大気に逆らう仕事（Ｐ−Ｖ線図の負の仕事）ΔＷは、スロットル後の吸気が等温変化するときのエントロピー変化ΔＳと絶対温度Ｔとの積（乗算した値）に等しいことを利用して、環境変化があったとしてもこの変化に応じて精度良く算出することとした。
ピストン３がａの位置からｂの位置までストロークしたときの吸気エントロピー変化ΔＳは、吸気絶対温度が等温状態であると仮定して、１サイクル当たりの吸気物質量（シリンダ２内に吸入される空気量）ｎ、ガス定数Ｒ、大気圧Ｐ１、コレクタ圧Ｐ２とし、ｅを底とする対数をｌｎとして次式にて算出する。 Therefore, in the present invention, the work against which the piston 3 opposes the atmosphere (negative work in the PV diagram) ΔW is the product (multiplication) of the entropy change ΔS and the absolute temperature T when the intake air after the throttle changes isothermally. Value), even if there is a change in the environment, the calculation is made with accuracy according to the change.
The intake entropy change ΔS when the piston 3 strokes from the position “a” to the position “b” is based on the assumption that the intake absolute temperature is in an isothermal state, and the amount of intake material per cycle (air sucked into the cylinder 2) Amount) n, gas constant R, atmospheric pressure P1, collector pressure P2, and logarithm with e as the base is ln and calculated by the following equation.

ΔＳ＝ｎ×Ｒ×ｌｎ（Ｐ１／Ｐ２）
内燃機関によるポンプ仕事ΔＷ〔Ｊ＝Ｎ・ｍ〕は、吸気エントロピー変化ΔＳに吸気絶対温度Ｔ（Ｔ＝Ｔ１＝Ｔ２）を乗じて次式にて算出する。
ΔＷ＝ΔＳ×Ｔ
ここで、吸気エントロピー変化ΔＳは、エントロピー変化前後における実際の吸気絶対温度Ｔ１，Ｔ２が異なるので、これらの温度に応じて補正される。なお、ここで用いる吸気絶対温度Ｔ２は、燃焼室４内に吸入した吸気の温度（筒内温度）を運転状態に基づいて算出した値〔Ｋ〕とする。 ΔS = n × R × ln (P1 / P2)
The pump work ΔW [J = N · m] by the internal combustion engine is calculated by the following equation by multiplying the intake entropy change ΔS by the intake absolute temperature T (T = T1 = T2).
ΔW = ΔS × T
Here, since the actual intake absolute temperatures T1 and T2 before and after the entropy change are different, the intake entropy change ΔS is corrected according to these temperatures. The intake absolute temperature T2 used here is a value [K] obtained by calculating the temperature of the intake air (in-cylinder temperature) drawn into the combustion chamber 4 based on the operating state.

この補正は、吸気エントロピー変化後における吸気絶対温度Ｔ２がエントロピー変化前の温度Ｔ１より低いときは、等温変化時より吸気エントロピー変化ΔＳを増やす。一方、吸気エントロピー変化後における吸気絶対温度（筒内温度）Ｔ２がエントロピー変化前の温度（大気温度）Ｔ１より高いときは、等温変化時より吸気エントロピー変化ΔＳを減少させる。これにより実際には完全に等温変化とならない場合においてもポンプ仕事ΔＷを精度良く算出する。   This correction increases the intake entropy change ΔS from the isothermal change when the intake absolute temperature T2 after the intake entropy change is lower than the temperature T1 before the entropy change. On the other hand, when the intake absolute temperature (in-cylinder temperature) T2 after the intake entropy change is higher than the temperature (atmospheric temperature) T1 before the entropy change, the intake entropy change ΔS is decreased from the isothermal change. As a result, the pump work ΔW is calculated with high accuracy even when the isothermal change does not actually occur.

次に、本願発明のエンジンポンプ仕事ΔＷの算出について図３のフローチャートを用いて説明する。
ステップ１（図では「Ｓ１」と示す。以下同様）では、電制スロットルバルブ１３の開度ＡＰＯと、エンジン回転数Ｎｅを検出する。電制スロットルバルブ１３の開度ＡＰＯは、スロットルバルブセンサ２３により出力した信号に基づいて算出した値を用いる。エンジン回転数Ｎｅは、クランク角センサ２７の出力信号に基づいて算出した値を用いる。 Next, calculation of the engine pump work ΔW according to the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG.
In step 1 (shown as “S1” in the figure, the same applies hereinafter), the opening APO of the electric throttle valve 13 and the engine speed Ne are detected. The opening degree APO of the electric throttle valve 13 uses a value calculated based on a signal output from the throttle valve sensor 23. As the engine speed Ne, a value calculated based on the output signal of the crank angle sensor 27 is used.

ステップ２では、大気圧およびコレクタ圧の圧力比を算出する。圧力比は、大気圧Ｐ１をコレクタ１１内の圧力（筒内圧）Ｐ２で除算することにより算出する（圧力比＝Ｐ１／Ｐ２）。なお、大気圧Ｐ１は、電制スロットルバルブ１３の上流の圧力を用いてもよい。
ステップ３では、１サイクル当たりの吸気物質量ｎと吸気絶対温度Ｔとを読み込む。この吸気物質量ｎは、エアフロメータ２４の出力信号に基づいて算出したエンジン１の吸気量と、エンジン回転数Ｎｅとから算出した値とする。また、吸気物質量ｎは、後述するシリンダモデルにより、コレクタ圧と、体積吸気量（エンジン回転数Ｎｅに基づいて算出される量）とに基づいて算出してもよい。 In step 2, the pressure ratio between the atmospheric pressure and the collector pressure is calculated. The pressure ratio is calculated by dividing the atmospheric pressure P1 by the pressure (in-cylinder pressure) P2 in the collector 11 (pressure ratio = P1 / P2). As the atmospheric pressure P1, a pressure upstream of the electric throttle valve 13 may be used.
In step 3, the intake substance amount n per cycle and the intake absolute temperature T are read. The intake material amount n is a value calculated from the intake amount of the engine 1 calculated based on the output signal of the air flow meter 24 and the engine speed Ne. Further, the intake substance amount n may be calculated based on the collector pressure and the volume intake amount (amount calculated based on the engine speed Ne) by a cylinder model described later.

ステップ４では、吸気エントロピー変化ΔＳを算出する。
吸気エントロピー変化ΔＳは、ガス定数をＲとし、ｅを底とする対数をｌｎとして次式により算出する。
ΔＳ＝ｎ×Ｒ×ｌｎ（Ｐ１／Ｐ２）
または、吸気エントロピー変化ΔＳは、定容比熱をＣｖ、吸気エントロピー変化前の吸気絶対温度（大気の絶対温度）をＴ１、吸気エントロピー変化後の吸気絶対温度（コレクタ１１内の吸気の絶対温度）をＴ２、１サイクル当たりの吸気物質量をｎ、吸気エントロピー変化前の吸気密度をρ１、吸気エントロピー変化後の吸気密度をρ２、大気圧をＰ１、コレクタ圧をＰ２としたときに、次式により算出してもよい。 In step 4, an intake entropy change ΔS is calculated.
The intake entropy change ΔS is calculated by the following equation, where R is a gas constant and ln is a logarithm with e as the base.
ΔS = n × R × ln (P1 / P2)
Alternatively, the intake entropy change ΔS is the constant volume specific heat Cv, the intake absolute temperature before the intake entropy change (atmospheric absolute temperature) T1, and the intake absolute temperature after the intake entropy change (absolute intake air temperature in the collector 11). T2 Calculated by the following equation, where n is the amount of intake material per cycle, ρ1 is the intake density before the change in intake entropy, ρ2 is the intake density after the change in intake entropy, P1 is the atmospheric pressure, and P2 is the collector pressure. May be.

ΔＳ＝Ｃｖ×ｌｎ（Ｔ２／Ｔ１）＋ｎ×Ｒ×ｌｎ（ρ１／ρ２）
ρ１／ρ２＝（Ｐ１／Ｔ１）／（Ｐ２／Ｔ２）
なお、温度センサ２６が故障した時は、吸気絶対温度（大気の絶対温度Ｔ１〔Ｋ〕）を標準温度する一方、大気温センサ２９が故障した時は、筒内の絶対温度Ｔ２〔Ｋ〕を標準温度とすることにより、吸気エントロピーΔＳを算出する際の最低限の精度を確保するようにしてもよい。 ΔS = Cv × ln (T2 / T1) + n × R × ln (ρ1 / ρ2)
ρ1 / ρ2 = (P1 / T1) / (P2 / T2)
When the temperature sensor 26 fails, the intake absolute temperature (atmospheric absolute temperature T1 [K]) is standardized. When the atmospheric temperature sensor 29 fails, the absolute temperature T2 [K] in the cylinder is set. By using the standard temperature, the minimum accuracy in calculating the intake entropy ΔS may be ensured.

ステップ５では、エンジン１のポンプ仕事ΔＷを、吸気エントロピー変化ΔＳと吸気絶対温度Ｔとから算出する。
ΔＷ＝ΔＳ×Ｔ
図４は、エンジン回転数Ｎｅが一定の状態において圧力比（Ｐ１／Ｐ２）に応じたエンジン１のポンプ仕事ΔＷを示す図である。 In step 5, the pump work ΔW of the engine 1 is calculated from the intake entropy change ΔS and the intake absolute temperature T.
ΔW = ΔS × T
FIG. 4 is a diagram showing the pump work ΔW of the engine 1 according to the pressure ratio (P1 / P2) when the engine speed Ne is constant.

前述の式より、エンジン１のポンプ仕事は、ΔＷ＝ｎ×Ｒ×ｌｎ（Ｐ１／Ｐ２）×Ｔで表すことができる。図では、圧力比が１．０に近づくにつれてポンプ仕事が低下することを示している。
そして、熱力学第二法則により自然なエントロピー変化ΔＳは増加する側に変化するが、コレクタ圧Ｐ２の最大値は大気圧になる。すなわち、吸気の初期状態は大気圧Ｐ１であって、これに平衡しようとするため、コレクタ圧Ｐ２をＰ１と等しい状態（Ｐ２＝Ｐ１）からＰ２≠Ｐ１に変化させ、エントロピーの増減に関係なく外部から仕事をしなければならない。 From the above equation, the pump work of the engine 1 can be expressed as ΔW = n × R × ln (P1 / P2) × T. The figure shows that the pump work decreases as the pressure ratio approaches 1.0.
The natural entropy change ΔS changes to the increasing side according to the second law of thermodynamics, but the maximum value of the collector pressure P2 becomes atmospheric pressure. That is, the initial state of the intake air is the atmospheric pressure P1, and the collector pressure P2 is changed from the state equal to P1 (P2 = P1) to P2 ≠ P1 in order to balance with this, so that the external pressure is increased regardless of the increase or decrease in entropy. Have to work from.

一般的な自然吸気式のエンジンでは、大気より吸気エントロピーは増大する。本発明ではエントロピーを増大させるために必要な仕事量をポンプ仕事として定義しているため、正の値をとるが、エンジン１としては外部に仕事をする（すなわち、負の仕事になる）。
また圧力比（Ｐ１／Ｐ２）は、図５に示す各パラメータを各一次元テーブルに当てはめることで算出するようにしてもよい。 In a general naturally aspirated engine, the intake entropy increases from the atmosphere. In the present invention, the amount of work required to increase the entropy is defined as pump work, and thus takes a positive value, but the engine 1 works outside (that is, becomes negative work).
The pressure ratio (P1 / P2) may be calculated by applying each parameter shown in FIG. 5 to each one-dimensional table.

図５（イ）に示す一次元の開口面積算出テーブルに、スロットルバルブ開度センサ２３の出力信号により算出したスロットルバルブ開度を割り当ててスロットルバルブ開口面積を算出する。図５（ロ）に示す一次元の体積効率算出テーブルに、クランク角センサ２７の出力信号により算出したエンジン回転数Ｎｅを割り当ててスロットル全開時の体積効率を算出する。   The throttle valve opening area is calculated by assigning the throttle valve opening calculated by the output signal of the throttle valve opening sensor 23 to the one-dimensional opening area calculation table shown in FIG. The engine efficiency Ne calculated by the output signal of the crank angle sensor 27 is assigned to the one-dimensional volumetric efficiency calculation table shown in FIG.

そして、次式に示すように、総行程容積Ｃ［ｍ3］、スロットルバルブ全開時の体積効率η、スロットルバルブ開口面積ＡＰＯ［ｍ2］およびエンジン回転数Ｎｅ［rpm］より電制スロットルバルブ１３を通過する気体の仮想流速Ｖｓ［m/s］を算出する。
Ｖｓ＝Ｃ×η×Ｎｅ／（ＡＰＯ×１２０）
この式により算出された仮想流速Ｖｓを図５（ハ）に示す一次元の圧力比算出テーブルに割り当てて圧力比を算出する。 Then, as shown in the following equation, the electric throttle valve 13 is calculated from the total stroke volume C [m 3 ], the volume efficiency η when the throttle valve is fully opened, the throttle valve opening area APO [m 2 ], and the engine speed Ne [rpm]. The virtual flow velocity Vs [m / s] of the gas passing through is calculated.
Vs = C × η × Ne / (APO × 120)
The virtual flow velocity Vs calculated by this equation is assigned to the one-dimensional pressure ratio calculation table shown in FIG.

次に、本発明の吸気系モデルについて図６を用いて説明する。
吸気系モデルは、スロットルモデル３１、ポンプ（エンジン）モデル３２、コレクタモデル３３、およびシリンダモデル３４から大別構成されている。
スロットルモデル３１は、電制スロットルバルブ１３の開度（有効開口面積）、大気圧（電制スロットルバルブ１３の上流圧力）Ｐ１、およびコレクタモデル３３により算出された電制スロットルバルブ１３の下流圧力（コレクタ１１内の圧力、または筒内圧力）Ｐ２が入力される。電制スロットルバルブ１３の前後圧力比（Ｐ１／Ｐ２）をサイクリック計算により算出する。これにより算出された圧力比は、平衡値となる。この圧力比に基づいて流量係数を算出する。そして、流量を算出する式（流量＝開口面積×流量係数）により、電制スロットルバルブ１３を通過する気体の流量を算出する。 Next, the intake system model of the present invention will be described with reference to FIG.
The intake system model is roughly divided into a throttle model 31, a pump (engine) model 32, a collector model 33, and a cylinder model 34.
The throttle model 31 has an opening (effective opening area) of the electric throttle valve 13, an atmospheric pressure (upstream pressure of the electric throttle valve 13) P 1, and a downstream pressure of the electric throttle valve 13 calculated by the collector model 33 ( The pressure in the collector 11 or the in-cylinder pressure P2 is input. The front-rear pressure ratio (P1 / P2) of the electric throttle valve 13 is calculated by cyclic calculation. The pressure ratio calculated thereby becomes an equilibrium value. A flow coefficient is calculated based on this pressure ratio. Then, the flow rate of the gas passing through the electric throttle valve 13 is calculated by an equation for calculating the flow rate (flow rate = opening area × flow rate coefficient).

ポンプモデル３２は、エンジン１の吸気をポンプ作用と考え、エンジン回転数Ｎｅに基づいて体積吸気量を算出する。
コレクタモデル３３は、スロットル通過気体流量、大気圧（上流圧力）Ｐ１、吸気温度、エンジン回転数Ｎｅ、および体積吸気量に基づいてコレクタ圧力（密度）Ｐ２を算出する。 The pump model 32 considers the intake air of the engine 1 as a pump action, and calculates the volume intake air amount based on the engine speed Ne.
The collector model 33 calculates a collector pressure (density) P2 based on the throttle-passing gas flow rate, the atmospheric pressure (upstream pressure) P1, the intake air temperature, the engine speed Ne, and the volume intake air amount.

シリンダモデル３４は、コレクタ圧および体積吸気量に基づいて吸気物質量ｎを算出する。なお、吸気物質量ｎは、計測値を用いてもよい。
なお、この吸気系モデルにおいて、コレクタモデル３３は、コレクタ圧（筒内圧力）Ｐ２をスロットル通過気体流量、大気圧、吸気温度、エンジン回転数Ｎｅ、および体積吸気量に基づいて算出することについて説明したが、前述のブーストセンサ２５により算出した電制スロットルバルブ１３の下流圧力Ｐ２をコレクタ圧（筒内圧力）として用いてもよい。この場合、スロットルモデル３１は、圧力比を算出して前述の式（流量＝開口面積×流量係数）により電制スロットルバルブ１３を通過する気体の流量を算出する。 The cylinder model 34 calculates the intake substance amount n based on the collector pressure and the volume intake amount. Note that a measured value may be used as the intake substance amount n.
In this intake system model, the collector model 33 explains that the collector pressure (in-cylinder pressure) P2 is calculated based on the throttle-passing gas flow rate, the atmospheric pressure, the intake air temperature, the engine speed Ne, and the volume intake air amount. However, the downstream pressure P2 of the electric throttle valve 13 calculated by the boost sensor 25 may be used as the collector pressure (cylinder pressure). In this case, the throttle model 31 calculates the pressure ratio, and calculates the flow rate of the gas passing through the electric throttle valve 13 according to the above formula (flow rate = opening area × flow rate coefficient).

なお、本発明は、筒内直接噴射式の内燃機関においても同様に適用可能である。
本実施形態によれば、内燃機関１によるポンプ仕事ΔＷを吸気エントロピー変化ΔＳと吸気絶対温度Ｔとの乗算（ΔＳ×Ｔ）により求める（ステップ５）。このため、ポンプ仕事ΔＷを筒内圧の測定や適合をせずに簡単に精度良く求めることができ、環境変化（温度変化）にも追従することができる。 Note that the present invention can be similarly applied to an in-cylinder direct injection internal combustion engine.
According to the present embodiment, the pump work ΔW by the internal combustion engine 1 is obtained by multiplication (ΔS × T) of the intake entropy change ΔS and the intake absolute temperature T (step 5). For this reason, the pump work ΔW can be easily and accurately obtained without measuring or adapting the in-cylinder pressure, and can follow environmental changes (temperature changes).

また本実施形態によれば、吸気エントロピー変化ΔＳは、吸気絶対温度Ｔが等温状態であると仮定して、１サイクル当たりの吸気物質量ｎと、大気圧Ｐ１およびコレクタ圧Ｐ２の圧力比（Ｐ１／Ｐ２）とから算出する（ステップ４）。このため、吸気エントロピー変化ΔＳを精度良く算出できる。
また本実施形態によれば、圧力比（Ｐ１／Ｐ２）は、スロットルバルブ１３の上流圧力および下流圧力から算出した値とする。このため、圧力比を簡単に算出できる。 Further, according to the present embodiment, the intake entropy change ΔS is assumed to be the pressure ratio (P1) between the intake substance amount n per cycle and the atmospheric pressure P1 and the collector pressure P2 on the assumption that the intake absolute temperature T is in an isothermal state. / P2) (step 4). Thus, the intake entropy change ΔS can be calculated with high accuracy.
Further, according to the present embodiment, the pressure ratio (P1 / P2) is a value calculated from the upstream pressure and the downstream pressure of the throttle valve 13. For this reason, a pressure ratio is easily computable.

また本実施形態によれば、吸気物質量ｎは、計測値（エアフロメータ２４による検出値）を用いる。このため、計測した吸気物質量ｎにより簡単に吸気エントロピー変化ΔＳを算出できる。
また本実施形態によれば、吸気物質量ｎは、スロットルモデル３１およびポンプモデル３２からの出力に基づいて算出したコレクタ圧力Ｐ２と、ポンプモデル３２にて算出した体積吸気量とに基づいて算出する。このため、各モデルを用いて吸気物質量ｎを算出できる。 Further, according to the present embodiment, the measured value (detected value by the air flow meter 24) is used for the intake substance amount n. Therefore, the intake entropy change ΔS can be easily calculated based on the measured intake substance amount n.
Further, according to the present embodiment, the intake substance amount n is calculated based on the collector pressure P2 calculated based on the outputs from the throttle model 31 and the pump model 32 and the volume intake amount calculated by the pump model 32. . For this reason, the intake substance amount n can be calculated using each model.

また本実施形態によれば、スロットルモデル３１は、スロットルバルブ開度およびコレクタモデル３３により算出したコレクタ圧力Ｐ２からサイクリック計算により圧力比の平衡値を算出する。このため、安定した圧力比を算出できる。
また本実施形態によれば、吸気エントロピー変化ΔＳは、エントロピー変化前後における吸気絶対温度Ｔ１，Ｔ２に応じて補正され、エントロピー変化後における吸気絶対温度Ｔ２がエントロピー変化前の温度Ｔ１より低いときは、等温変化時より吸気エントロピー変化ΔＳを増やす一方、エントロピー変化後における吸気絶対温度Ｔ２がエントロピー変化前の温度Ｔ１より高いときは、等温変化時より吸気エントロピー変化ΔＳを減少させる。このため、完全な等温変化でない場合においても、温度変化に応じて吸気エントロピー変化ΔＳを補正することでポンプ仕事ΔＷを精度良く算出できる。 Further, according to the present embodiment, the throttle model 31 calculates the equilibrium value of the pressure ratio by cyclic calculation from the throttle valve opening and the collector pressure P2 calculated by the collector model 33. For this reason, a stable pressure ratio can be calculated.
Further, according to the present embodiment, the intake entropy change ΔS is corrected according to the intake absolute temperatures T1 and T2 before and after the entropy change, and when the intake absolute temperature T2 after the entropy change is lower than the temperature T1 before the entropy change, While the intake entropy change ΔS is increased from the isothermal change, and the intake absolute temperature T2 after the entropy change is higher than the temperature T1 before the entropy change, the intake entropy change ΔS is decreased from the isothermal change. For this reason, even when it is not a complete isothermal change, the pump work ΔW can be accurately calculated by correcting the intake entropy change ΔS according to the temperature change.

また本実施形態によれば、吸気エントロピー変化ΔＳは、定容比熱をＣｖ、吸気エントロピー変化前の吸気絶対温度をＴ１、吸気エントロピー変化後の吸気絶対温度をＴ２、１サイクル当たりの吸気物質量をｎ、吸気エントロピー変化前の吸気密度をρ１、吸気エントロピー変化後の吸気密度をρ２、大気圧をＰ１、コレクタ圧をＰ２とし、ｅを底とする対数をｌｎとしたときに、ΔＳ＝Ｃｖ×ｌｎ（Ｔ２／Ｔ１）＋ｎ×Ｒ×ｌｎ（ρ１／ρ２）、ρ１／ρ２＝（Ｐ１／Ｔ１）／（Ｐ２／Ｔ２）として算出する。このため、吸気エントロピー変化前後における状態量に基づいて吸気エントロピー変化ΔＳを精度良く算出できる。   Further, according to the present embodiment, the intake entropy change ΔS is the constant volume specific heat Cv, the intake absolute temperature before the intake entropy change T1, the intake absolute temperature after the intake entropy change T2, and the intake substance amount per cycle. n, the intake density before the change in intake entropy is ρ1, the intake density after the change in intake entropy is ρ2, the atmospheric pressure is P1, the collector pressure is P2, and the logarithm with e as the base is ln, ΔS = Cv × It is calculated as ln (T2 / T1) + n × R × ln (ρ1 / ρ2), ρ1 / ρ2 = (P1 / T1) / (P2 / T2). Therefore, the intake entropy change ΔS can be accurately calculated based on the state quantity before and after the intake entropy change.

また本実施形態によれば、吸気絶対温度は、大気温度Ｔ１である。このため、大気温度Ｔ１を用いて精度良く吸気エントロピー変化ΔＳを算出できる。
また本実施形態によれば、温度センサ故障時は、吸気絶対温度（大気温度Ｔ１）を標準温度とする。このため、センサが故障しても最低限の演算精度を確保することができる。 Further, according to the present embodiment, the absolute intake air temperature is the atmospheric temperature T1. Therefore, the intake entropy change ΔS can be calculated with high accuracy using the atmospheric temperature T1.
Further, according to the present embodiment, when the temperature sensor fails, the intake absolute temperature (atmospheric temperature T1) is set as the standard temperature. For this reason, the minimum calculation accuracy can be ensured even if the sensor fails.

内燃機関のシステム構成図System configuration diagram of internal combustion engine ポンプ仕事モデルPump work model ポンプ仕事算出フローPump work calculation flow ポンプ仕事の演算結果を示す図Diagram showing the calculation result of pump work 圧力比の算出方法を示す図Diagram showing the calculation method of pressure ratio 吸気モデルのブロック図Intake model block diagram

符号の説明Explanation of symbols

１ エンジン
２ シリンダ
５ 点火プラグ
９ 吸気通路
１０ 燃料噴射弁
１１ コレクタ
１３ 電制スロットルバルブ
２３ スロットルバルブ開度センサ
２４ エアフロメータ
２５ ブーストセンサ
２６ 温度センサ
２７ クランク角センサ
２８ 大気圧センサ
２９ 大気温センサ
３０ ＥＣＵ
３１ スロットルモデル
３２ ポンプモデル
３３ コレクタモデル
３４ シリンダモデル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Cylinder 5 Spark plug 9 Intake passage 10 Fuel injection valve 11 Collector 13 Electric throttle valve 23 Throttle valve opening sensor 24 Air flow meter 25 Boost sensor 26 Temperature sensor 27 Crank angle sensor 28 Atmospheric pressure sensor 29 Atmospheric temperature sensor 30 ECU
31 Throttle model 32 Pump model 33 Collector model 34 Cylinder model

Claims (12)

内燃機関によるポンプ仕事を吸気エントロピー変化と吸気絶対温度との乗算により求めることを特徴とする内燃機関のポンプ仕事算出装置。   An apparatus for calculating a pump work for an internal combustion engine, wherein the pump work by the internal combustion engine is obtained by multiplying an intake entropy change and an intake absolute temperature. 前記吸気エントロピー変化は、吸気絶対温度が等温状態であると仮定して、１サイクル当たりの吸気物質量と、大気圧およびコレクタ圧の圧力比とから算出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関のポンプ仕事算出装置。   2. The intake entropy change is calculated from an intake substance amount per cycle and a pressure ratio between atmospheric pressure and collector pressure, assuming that the intake absolute temperature is in an isothermal state. A pump work calculation device for an internal combustion engine. 前記圧力比は、スロットルバルブの上流圧力および下流圧力から算出した値とすることを特徴とする請求項２記載の内燃機関のポンプ仕事算出装置。   3. The pump work calculation device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the pressure ratio is a value calculated from an upstream pressure and a downstream pressure of a throttle valve. 前記吸気物質量は、計測値を用いることを特徴とする請求項２または請求項３記載の内燃機関のポンプ仕事算出装置。   4. A pump work calculation apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein a measured value is used as the intake substance amount. 前記吸気物質量は、スロットルモデルおよびポンプモデルからの出力に基づいて算出したコレクタ圧力と、前記ポンプモデルにて算出した体積吸気量とに基づいて算出することを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関のポンプ仕事算出装置。   The said intake substance amount is calculated based on the collector pressure calculated based on the output from a throttle model and a pump model, and the volumetric intake air amount calculated with the said pump model. The pump work calculation device for an internal combustion engine according to any one of 4. 前記スロットルモデルは、スロットルバルブ開度および前記コレクタモデルにより算出したコレクタ圧力からサイクリック計算により圧力比の平衡値を算出することを特徴とする請求項５記載の内燃機関のポンプ仕事算出装置。   6. The pump work calculation apparatus for an internal combustion engine according to claim 5, wherein the throttle model calculates an equilibrium value of a pressure ratio by cyclic calculation from a throttle valve opening and a collector pressure calculated by the collector model. 前記吸気エントロピー変化は、エントロピー変化前後における吸気絶対温度に応じて補正されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の内燃機関のポンプ仕事算出装置。   The pump work calculation device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, wherein the intake entropy change is corrected according to an intake absolute temperature before and after the entropy change. 前記吸気エントロピー変化の補正は、エントロピー変化後における吸気絶対温度がエントロピー変化前の温度より低いときは、等温変化時より前記吸気エントロピー変化を増やすことを特徴とする請求項７記載の内燃機関のポンプ仕事算出装置。   8. The internal combustion engine pump according to claim 7, wherein the correction of the intake entropy change increases the intake entropy change from the isothermal change when the intake absolute temperature after the entropy change is lower than the temperature before the entropy change. Work calculation device. 前記吸気エントロピー変化の補正は、エントロピー変化後における吸気絶対温度がエントロピー変化前の温度より高いときは、等温変化時より前記吸気エントロピー変化を減少させることを特徴とする請求項７または請求項８記載の内燃機関のポンプ仕事算出装置。   9. The correction of the intake entropy change is characterized in that when the intake absolute temperature after the entropy change is higher than the temperature before the entropy change, the intake entropy change is reduced compared to the isothermal change. The internal combustion engine pump work calculation device. 前記吸気エントロピー変化ΔＳは、定容比熱をＣｖ、吸気エントロピー変化前の吸気絶対温度をＴ１、吸気エントロピー変化後の吸気絶対温度をＴ２、１サイクル当たりの吸気物質量をｎ、吸気エントロピー変化前の吸気密度をρ１、吸気エントロピー変化後の吸気密度をρ２、大気圧をＰ１、コレクタ圧をＰ２とし、ｅを底とする対数をｌｎとしたときに、
ΔＳ＝Ｃｖ×ｌｎ（Ｔ２／Ｔ１）＋ｎ×Ｒ×ｌｎ（ρ１／ρ２）
ρ１／ρ２＝（Ｐ１／Ｔ１）／（Ｐ２／Ｔ２）
として算出することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の内燃機関のポンプ仕事算出装置。 The intake entropy change ΔS is the constant volume specific heat Cv, the intake absolute temperature before the intake entropy change T1, the intake absolute temperature after the intake entropy change T2, the intake substance amount per cycle n, the intake entropy change before the intake entropy change When the intake density is ρ1, the intake density after the change in intake entropy is ρ2, the atmospheric pressure is P1, the collector pressure is P2, and the logarithm with e as the base is ln,
ΔS = Cv × ln (T2 / T1) + n × R × ln (ρ1 / ρ2)
ρ1 / ρ2 = (P1 / T1) / (P2 / T2)
The pump work calculation device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 9, wherein the calculation is as follows. 前記吸気絶対温度は、大気の絶対温度であることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載の内燃機関のポンプ仕事算出装置。   11. The pump work calculation apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the intake absolute temperature is an absolute temperature of the atmosphere. 温度センサ故障時は、前記吸気絶対温度を標準温度とすることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１つに記載の内燃機関のポンプ仕事算出装置。   The internal combustion engine pump work calculation device according to any one of claims 1 to 11, wherein the intake air absolute temperature is set to a standard temperature when a temperature sensor fails.
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