JP4749292B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、過給機付き内燃機関において筒内に流入する吸気量を推定する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 that estimates an intake air amount flowing into a cylinder in an internal combustion engine with a supercharger.
従来から、過給機付き内燃機関において、吸気系の物理モデルを用いて筒内に流入する吸気量(筒内吸気量)を推定する技術が提案されている。例えば、特許文献1には、内燃機関のシリンダ内に供給される空気量を、スロットルバルブの流量方程式等の吸気系モデルを用いて算出する技術が記載されている。特許文献2には、エアフロメータの応答遅れを補償する要素を吸気系モデルに適用して過渡時における筒内吸気量を算出する技術が記載されている。その他にも、本発明に関連がある技術が特許文献3に記載されている。
Conventionally, in an internal combustion engine with a supercharger, a technique for estimating an intake air amount (in-cylinder intake air amount) flowing into a cylinder using a physical model of an intake system has been proposed. For example,
しかしながら、上記した特許文献1乃至3に記載された技術では、低回転且つ低負荷などの過渡状態において、筒内吸気量を精度良く推定することができない場合があった。これは、過給機のコンプレッサの下流圧が上流圧よりも小さく、コンプレッサの回転数が小さい領域において、コンプレッサを通過するガスの流量(以下、「コンプレッサ流量」と呼ぶ。)を精度良く推定することが困難であったためと考えられる。
However, the techniques described in
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、内燃機関の過渡運転状態において筒内吸気量の推定精度を向上させることが可能な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 has been made to solve the above-described problems, and provides a control device for an internal combustion engine that can improve the estimation accuracy of the in-cylinder intake amount in a transient operation state of the internal combustion engine. With the goal.
本発明の1つの観点では、過給機を有する内燃機関の筒内吸気量を推定する内燃機関の制御装置は、現在のインタークーラ圧力と予測されたインタークーラ圧力との差に所定のゲインを乗算して得た値に基づいて、エアフロメータが検出したエアフロメータ流量を補正することによって、前記過給機のコンプレッサを通過したガスの流量であるコンプレッサ流量を算出するコンプレッサ流量算出手段と、前記コンプレッサ流量に基づいて、予測した筒内吸気量を算出する筒内吸気量算出手段と、を備え、前記現在のインタークーラ圧力は、前記エアフロメータが検出した前記エアフロメータ流量とスロットル流量とをインタークーラモデルに代入することで算出され、前記予測されたインタークーラ圧力は、前記コンプレッサ流量算出手段が前回算出した前記コンプレッサ流量とスロットル流量とをインタークーラモデルに代入することで算出される。
In one aspect of the present invention, a control device for an internal combustion engine that estimates an in-cylinder intake amount of an internal combustion engine having a supercharger adds a predetermined gain to a difference between a current intercooler pressure and a predicted intercooler pressure. Compressor flow rate calculation means for calculating a compressor flow rate that is a flow rate of gas that has passed through the compressor of the supercharger by correcting the air flow rate detected by the air flow meter based on the value obtained by multiplication, and In-cylinder intake air amount calculation means for calculating a predicted in- cylinder intake air amount based on the compressor flow rate, and the current intercooler pressure interpolates the air flow meter flow rate detected by the air flow meter and the throttle flow rate. The predicted intercooler pressure calculated by substituting into the cooler model is calculated by the compressor flow rate calculation means. Is calculated by substituting said compressor flow rate and the throttle flow rate calculated times in the intercooler model.
上記の内燃機関の制御装置は、過給機付き内燃機関において筒内に流入する吸気量(筒内吸気量)を推定するために好適に利用される。具体的には、コンプレッサ流量算出手段は、現在のインタークーラ圧力と予測されたインタークーラ圧力との差に所定のゲインを乗算して得た値に基づいて、エアフロメータが検出したエアフロメータ流量を補正することによって、コンプレッサ流量を算出する。このようにしてエアフロメータ流量を補正することによって、内燃機関が低回転且つ低負荷などの過渡運転状態にある場合においても、精度良くコンプレッサ流量を算出することができる。また、筒内吸気量算出手段は、コンプレッサ流量に基づいて、予測した筒内吸気量を算出する。これにより、精度良く筒内吸気量を算出することが可能となる。詳しくは、現在のインタークーラ圧力は、エアフロメータが検出したエアフロメータ流量とスロットル流量とをインタークーラモデルに代入することで算出され、予測されたインタークーラ圧力は、コンプレッサ流量算出手段が前回算出したコンプレッサ流量とスロットル流量とをインタークーラモデルに代入することで算出される。
The control device for an internal combustion engine is preferably used for estimating an intake air amount (in-cylinder intake air amount) flowing into the cylinder in the supercharged internal combustion engine. Specifically, the compressor flow rate calculation means calculates the air flow meter flow detected by the air flow meter based on a value obtained by multiplying a difference between the current intercooler pressure and the predicted intercooler pressure by a predetermined gain. By correcting, the compressor flow rate is calculated. By correcting the air flow rate in this manner, the compressor flow rate can be calculated with high accuracy even when the internal combustion engine is in a transient operation state such as low rotation and low load. The in-cylinder intake air amount calculating means calculates the predicted in- cylinder intake air amount based on the compressor flow rate. As a result, the in-cylinder intake amount can be calculated with high accuracy. Specifically, the current intercooler pressure is calculated by substituting the airflow meter flow rate and the throttle flow rate detected by the airflow meter into the intercooler model, and the predicted intercooler pressure is previously calculated by the compressor flow rate calculation means. It is calculated by substituting the compressor flow rate and the throttle flow rate into the intercooler model.
上記の内燃機関の制御装置の一態様では、前記所定のゲインは、前記内燃機関の過渡運転時において検出されたインタークーラ圧力及び前記エアフロメータ流量に基づいて規定されている。これにより、内燃機関が過渡運転状態にある場合において、更に精度良くコンプレッサ流量を算出することが可能となる。 In one aspect of the control apparatus for an internal combustion engine, the predetermined gain is defined based on the intercooler pressure and the air flow meter flow rate detected during transient operation of the internal combustion engine. Thereby, when the internal combustion engine is in a transient operation state, the compressor flow rate can be calculated with higher accuracy.
上記の内燃機関の制御装置において好適には、前記筒内吸気量算出手段は、前記コンプレッサ流量算出手段が算出した前記コンプレッサ流量に基づいてインタークーラ圧力を算出するインタークーラ圧力算出手段と、前記インタークーラ圧力算出手段が算出した前記インタークーラ圧力、及び、現在のスロットル開度に設定される前に決定された目標スロットル開度に基づいてスロットル動作モデルを用いて算出された予測したスロットル開度に基づいてスロットル流量を算出するスロットル流量算出手段と、前記スロットル流量算出手段が算出した前記スロットル流量に基づいて吸気管圧力を算出する吸気管圧力算出手段と、を有し、前記吸気管圧力算出手段が算出した前記吸気管圧力に基づいて、前記予測した筒内吸気量を算出する。
Preferably the control device of the internal combustion engine, the cylinder intake air amount calculation means, and the intercooler pressure calculating means for calculating the intercooler pressure based on the compressor flow the compressor flow rate calculating means is calculated, the inter the intercooler pressure cooler pressure calculation means has calculated, and the throttle opening degree prediction is calculated using the throttle operation model based on the target throttle opening which is determined before it is set to the current throttle opening A throttle flow rate calculating means for calculating a throttle flow rate based on the intake pipe pressure calculating means for calculating an intake pipe pressure based on the throttle flow rate calculated by the throttle flow rate calculating means. The predicted in- cylinder intake air amount is calculated based on the intake pipe pressure calculated by.
上記の内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記筒内吸気量算出手段は、前記エアフロメータの応答遅れが所定以上である場合、前記コンプレッサからスロットルバルブまでの間における吸気系の全体の容積又は一部の容積を、実際の容積よりも所定量大きくした容積を用いて、前記予測した筒内吸気量を算出する。
In another aspect of the control device for an internal combustion engine, the in-cylinder intake air amount calculation means is configured to control the entire intake system between the compressor and the throttle valve when the response delay of the air flow meter is equal to or greater than a predetermined value . The predicted in- cylinder intake amount is calculated using a volume obtained by increasing the volume or a part of the volume by a predetermined amount from the actual volume.
この態様では、過渡的な流量変化に対してエアフロメータの応答遅れが所定以上である場合に、コンプレッサからスロットルバルブまでの間における吸気系の全体の容積又は一部の容積を、実際の容積よりも所定量大きくした容積を用いて、予測した筒内吸気量を算出する。これにより、エアフロメータの応答遅れに起因する筒内吸気量の演算誤差を抑制することが可能となる。
In this aspect, when the response delay of the air flow meter is greater than or equal to a predetermined value with respect to the transient flow rate change, the entire volume or a partial volume of the intake system between the compressor and the throttle valve is reduced from the actual volume. Also , the predicted in- cylinder intake amount is calculated using the volume increased by a predetermined amount. Thereby, it becomes possible to suppress the calculation error of the in-cylinder intake amount due to the response delay of the air flow meter.
好適には、前記筒内吸気量算出手段は、インタークーラ部分の容積を、実際の容積よりも前記所定量大きくした容積を用いて、前記予測した筒内吸気量を算出する。 Preferably, the in- cylinder intake air amount calculation means calculates the predicted in-cylinder intake air amount using a volume obtained by making the volume of the intercooler portion larger than the actual volume by the predetermined amount.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[全体構成]
まず、本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたシステムの全体構成について説明する。
[overall structure]
First, the overall configuration of a system to which the control device for an internal combustion engine according to this embodiment is applied will be described.
図1は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用された車両100の概略構成を示す。なお、図1では、実線矢印がガスの流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a
車両100は、主に、エアフロメータ(AFM)2と、吸気通路3と、過給機(ターボ過給機)4と、インタークーラ(IC)5と、スロットルバルブ6と、スロットル開度センサ7と、エンジン(内燃機関)8と、排気通路18と、触媒21と、ECU(Electronic Control Unit)50と、を備える。
The
吸気通路3上には、吸気通路3を通過する吸気の流量を検出するエアフロメータ2が設けられている。エアフロメータ2は、検出した吸気の流量(以下、「エアフロメータ流量」と呼ぶ。)に対応する検出信号をECU50に供給する。また、吸気通路3中には、過給機4のコンプレッサ4aが配設されており、吸気はコンプレッサ4aの回転によって圧縮される(過給される)。更に、吸気通路3中には、吸気を冷却するインタークーラ5と、エンジン8に供給する吸気量を調整するスロットルバルブ6が設けられている。スロットルバルブ6には、スロットルバルブ6の開度(以下、「スロットル開度」と呼ぶ。)を検出するスロットル開度センサ7が設けられている。スロットル開度センサ7は、検出したスロットル開度に対応する検出信号をECU50に供給する。
An
スロットルバルブ6を通過した吸気は、エンジン8に供給される。具体的には、吸気は気筒8aの燃焼室8bに供給される。この燃焼室8bには、燃料噴射弁9によって噴射された燃料も供給される。燃焼室8b内では、点火プラグ12の点火により着火されることによって、供給された空気と燃料との混合気が燃焼される。この場合、燃焼によってピストン8cが往復運動し、この往復運動がコンロッド8dを介してクランク軸(不図示)に伝達され、クランク軸が回転する。なお、図1では、説明の便宜上、1つの気筒8aのみを示しているが、実際には2以上の気筒によってエンジンを構成することができる。
The intake air that has passed through the throttle valve 6 is supplied to the
更に、エンジン8の燃焼室8bには、吸気弁10と排気弁11が設けられている。吸気弁10は、開閉することによって、吸気通路3と燃焼室8bとの導通/遮断を制御する。また、排気弁11は、開閉することによって、排気通路18と燃焼室8bとの導通/遮断を制御する。
Further, an intake valve 10 and an exhaust valve 11 are provided in the combustion chamber 8 b of the
エンジン8内の燃焼によった発生した排気ガスは、排気通路18に排出される。排気通路18上には過給機4のタービン4bが設けられており、排気ガスはタービン4bを回転させる。このようなタービン4bの回転トルクが、過給機4内のコンプレッサ4aに伝達されて回転することによって、過給機4を通過する吸気が圧縮される(過給される)。更に、排気通路18上には、排気ガスを浄化する機能を有する触媒21が設けられている。
Exhaust gas generated by combustion in the
ECU50は、図示しないCPU、ROM、RAM、及びA/D変換器などを含んで構成される。ECU50は、車両内の各種センサから供給される出力に基づいて、車両内の制御を行う。本実施形態では、ECU50は、エンジン8の気筒8a内に流入する吸気量(以下、「筒内吸気量」と呼ぶ。)を推定する処理を行う。具体的には、ECU50は、エアフロメータ2から供給されるエアフロメータ流量やスロットル開度センサ7から供給されるスロットル開度などを用いて、モデルに基づいて筒内吸気量を算出する。このように、ECU50は、本発明における内燃機関の制御装置として機能する。具体的には、ECU50は、コンプレッサ流量算出手段や筒内吸気量算出手段などに相当する。
The
以下では、本発明の実施形態に係る筒内吸気量の推定方法について説明する。 Hereinafter, a method for estimating the in-cylinder intake amount according to the embodiment of the present invention will be described.
[第1実施形態]
まず、第1実施形態に係る筒内吸気量の推定方法について説明する。
[First Embodiment]
First, a method for estimating the in-cylinder intake air amount according to the first embodiment will be described.
第1実施形態では、現在の過給圧と予測された過給圧との差に所定のゲインを乗算して得た値に基づいて、エアフロメータ2が検出したエアフロメータ流量を補正することによって、コンプレッサ4aを通過するガスの流量(以下、「コンプレッサ流量」と呼ぶ。)を算出する。そして、算出されたコンプレッサ流量に基づいて筒内吸気量を算出する。こうする理由は、以下の通りである。基本的には、コンプレッサ4aの下上流の差圧とコンプレッサ回転数とによって規定される特性(以下、「定常特性」とも呼ぶ。)などを利用して、コンプレッサ流量を求めることができる。しかしながら、エンジン8が低回転且つ低負荷などの過渡運転状態にある場合には、コンプレッサ4aの下流圧が上流圧よりも小さくなり、コンプレッサ4aの回転数が小さくなる傾向にある。このような過渡運転状態を、上記したような定常特性によって表すことは困難であると言える。したがって、エンジン8が過渡運転状態にある場合には、定常特性などを用いてコンプレッサ流量を算出する方法では、コンプレッサ流量の算出精度が低下する可能性が高いと考えられる。
In the first embodiment, by correcting the air flow meter flow detected by the
よって、第1実施形態では、現在の過給圧(以下、「現在過給圧」と呼ぶ。)と予測された過給圧(以下、「予測過給圧」と呼ぶ。)との差に所定のゲインを乗算して得た値に基づいてエアフロメータ流量を補正して、コンプレッサ流量を算出する。より詳しくは、エンジン8の過渡運転時におけるインタークーラ圧力とエアフロメータ流量との関係を予め実験などによって得ておき、これらの関係に基づいてエアフロメータ流量を補正する。即ち、過渡運転時におけるインタークーラ圧力とエアフロメータ流量との関係に基づいて所定のゲインを設定し、現在過給圧と予測過給圧との差分に所定のゲインを積算した値でエアフロメータ流量を補正する。このようにしてエアフロメータ流量を補正することによって、エンジン8が過渡運転状態にある場合においても、精度良くコンプレッサ流量を算出することができる。したがって、このコンプレッサ流量を用いることにより、精度良く筒内吸気量を算出することが可能となる。
Therefore, in the first embodiment, the difference between the current supercharging pressure (hereinafter referred to as “current supercharging pressure”) and the predicted supercharging pressure (hereinafter referred to as “predicted supercharging pressure”). The compressor flow rate is calculated by correcting the air flow rate based on the value obtained by multiplying by a predetermined gain. More specifically, the relationship between the intercooler pressure and the air flow meter flow rate during the transient operation of the
(ECUが行う処理)
次に、第1実施形態においてECU50が行う具体的な処理について説明する。
(Processing performed by ECU)
Next, specific processing performed by the
図2は、第1実施形態におけるECU50の概略構成を示すブロック図である。ECU50は、現在筒内吸気量算出部50aと予測筒内吸気量算出部50bとを有する。現在筒内吸気量算出部50aは、各処理部が演算を行うことによって現在の筒内吸気量を算出し、予測筒内吸気量算出部50bは、各処理部が演算を行うことによって予測の筒内吸気量を算出する。
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the
現在筒内吸気量算出部50aは、インタークーラ圧力算出部51aと、スロットル流量算出部52aと、吸気管圧力算出部53aと、筒内吸気量算出部54aと、を有する。インタークーラ圧力算出部51aは、エアフロメータ2から供給されるエアフロメータ流量1aと、スロットル流量算出部52aから供給されるスロットル流量2c(前回値に対応する)とをインタークーラモデルに代入することによって、インタークーラ圧力などを算出する。この場合、インタークーラ圧力算出部51aは、コンプレッサ流量(インタークーラ5に流入する空気量に相当する)をエアフロメータ流量1aとして扱う。
The in-cylinder intake air amount calculation unit 50a includes an intercooler
スロットル流量算出部52aは、スロットル開度センサ7から供給されるスロットル開度2aと、インタークーラ圧力算出部51aから供給されるインタークーラ圧力1bと、吸気管圧力算出部53aから供給される吸気管圧力3b(前回値に対応する)とをスロットル流量モデルに代入することによって、スロットル流量を算出する。吸気管圧力算出部53aは、スロットル流量算出部52aから供給されるスロットル流量2bと、筒内吸気量算出部54aから供給される筒内吸気量4b(前回値に対応する)とを吸気管モデルに代入することによって、吸気管圧力などを算出する。筒内吸気量算出部54aは、吸気管圧力算出部53aから供給される吸気管圧力3aなどを吸気弁モデルに代入することによって筒内吸気量を算出する。
The throttle flow
一方、予測筒内吸気量算出部50bは、予測インタークーラ圧力算出部51bと、予測スロットル流量算出部52bと、予測吸気管圧力算出部53bと、予測筒内吸気量算出部54bと、予測スロットル開度算出部55と、予測コンプレッサ流量算出部56と、を有する。
On the other hand, the predicted in-cylinder intake amount calculation unit 50b includes a predicted intercooler pressure calculation unit 51b, a predicted throttle flow
予測インタークーラ圧力算出部51bは、予測コンプレッサ流量算出部56から供給される予測コンプレッサ流量6b(予測されたインタークーラ5に流入する空気量に相当する)と、予測スロットル流量算出部52bから供給される予測スロットル流量2e(前回値に対応する)とをインタークーラモデルに代入することによって、予測インタークーラ圧力などを算出する。予測スロットル流量算出部52bは、予測スロットル開度算出部55から供給される予測スロットル開度5bと、予測インタークーラ圧力算出部51bから供給される予測インタークーラ圧力1dと、予測吸気管圧力算出部53bから供給される予測吸気管圧力3d(前回値に対応する)とをスロットル流量モデルに代入することによって、予測スロットル流量を算出する。予測吸気管圧力算出部53bは、予測スロットル流量算出部52bから供給される予測スロットル流量2dと、予測筒内吸気量算出部54bから供給される予測筒内吸気量4d(前回値に対応する)とを吸気管モデルに代入することによって、予測吸気管圧力などを算出する。予測筒内吸気量算出部54bは、予測吸気管圧力算出部53bから供給される予測吸気管圧力3cなどを吸気弁モデルに代入することによって筒内吸気量を算出する。
The predicted intercooler pressure calculation unit 51b is supplied from the predicted compressor flow rate 6b (corresponding to the predicted amount of air flowing into the intercooler 5) supplied from the predicted compressor flow
また、予測スロットル開度算出部55は、現在のスロットル開度に設定される前に決定された目標スロットル開度5aを取得し、スロットル動作モデルに基づいて予測スロットル開度5bを算出する。更に、予測コンプレッサ流量算出部56は、予測インタークーラ圧力算出部51bから供給される予測インタークーラ圧力1eと、エアフロメータ2から供給されるエアフロメータ流量6aと、現在筒内吸気量算出部50a内のインタークーラ圧力算出部51aから供給されるインタークーラ圧力1c(現在のインタークーラ圧力に対応する)とに基づいて、予測コンプレッサ流量6bを算出する。
Further, the predicted throttle opening
ここで、図3及び図4を参照して、上記した予測コンプレッサ流量算出部56の処理を具体的に説明する。
Here, with reference to FIG.3 and FIG.4, the process of the above-mentioned estimated compressor flow
図3は、予測コンプレッサ流量算出部56における処理を示すブロック図である。まず、予測コンプレッサ流量算出部56は、インタークーラ圧力算出部51aから供給されるインタークーラ圧力1cと、予測インタークーラ圧力算出部51bから供給される予測インタークーラ圧力1eとの差分6cを求める。なお、インタークーラ圧力1cが前述した現在過給圧に相当し、予測インタークーラ圧力1eが前述した予測過給圧に相当する。次に、得られた差分6cに対して所定のゲインを積算することによって値6dを得る。次に、予測コンプレッサ流量算出部56は、積算することによって得られた値6dと、エアフロメータ2から供給されるエアフロメータ流量6aとを加算することによって、予測コンプレッサ流量6bを求める。このように、予測コンプレッサ流量算出部56は、現在のインタークーラ圧力1cと予測インタークーラ圧力1eとの差分6cに所定のゲインを積算することによって得た値6dによってエアフロメータ流量6aを補正することで、予測コンプレッサ流量6bを算出する。
FIG. 3 is a block diagram showing processing in the predicted compressor flow
次に、図4を参照して、予測コンプレッサ流量を算出する際に用いる所定のゲインについて説明する。図4は、実験によって得られたインタークーラ圧力/大気圧(横軸に示す)と、エアフロメータ流量(縦軸に示す)との関係を示している。具体的には、概ね「インタークーラ圧力/大気圧<1」となる状況において、言い換えると、概ね「インタークーラ圧力<大気圧」となる状況において得られた結果を示している。この場合、得られたインタークーラ圧力/大気圧とエアフロメータ流量との結果は、直線によって近似することができる。具体的には、直線60が、得られた結果を直線近似したグラフに相当する。つまり、直線60は、エンジン8の過渡運転時において得られた、インタークーラ圧力とエアフロメータ流量との関係に相当する。第1実施形態では、この直線60の傾きを、予測コンプレッサ流量を算出する際に用いる所定のゲインとして扱う。
Next, the predetermined gain used when calculating the predicted compressor flow rate will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the relationship between the intercooler pressure / atmospheric pressure (shown on the horizontal axis) and the air flow meter flow rate (shown on the vertical axis) obtained by experiments. Specifically, the results obtained in a situation where “intercooler pressure / atmospheric pressure <1” are obtained, in other words, in a situation where “intercooler pressure <atmospheric pressure” is provided. In this case, the results of the obtained intercooler pressure / atmospheric pressure and air flow meter flow rate can be approximated by a straight line. Specifically, the
このように、第1実施形態では、過渡運転時における状態を考慮に入れて、現在過給圧と予測過給圧との差に基づいてエアフロメータ流量を補正して、コンプレッサ流量を算出する。これにより、エンジン8における過渡運転時においても精度良くコンプレッサ流量を算出することができる。したがって、このコンプレッサ流量を用いることにより、筒内吸気量を精度良く算出することが可能となる。また、このようにして算出された筒内吸気量を用いて制御を行うことにより、過渡空燃比における目標値追従性が向上し、エミッションを低減させることができると共に、ドライバビリティを向上させることができる。更に、過渡燃料補正や点火時期補正などの各種の補正を行う必要がなくなる。
Thus, in the first embodiment, the compressor flow rate is calculated by correcting the air flow rate based on the difference between the current boost pressure and the predicted boost pressure, taking into account the state during transient operation. As a result, the compressor flow rate can be accurately calculated even during transient operation of the
(モデルに用いる演算式)
ここで、上記した各処理部で実行される演算について、具体的に説明する。即ち、モデルに用いる演算式の具体例を説明する。なお、以下では、現在筒内吸気量算出部50aの各処理部で実行される演算について、代表して説明する。
(Calculation formula used for model)
Here, the calculation executed by each processing unit described above will be specifically described. That is, a specific example of an arithmetic expression used for the model will be described. In the following, the calculation executed by each processing unit of the in-cylinder intake air amount calculation unit 50a will be described as a representative.
後述する演算式に用いる変数を、以下のように定義する。 Variables used in arithmetic expressions to be described later are defined as follows.
mafm:エアフロメータ流量
mt:スロットル流量
μ:流量係数
At:スロットル開口面積
R:気体定数
Vic:インタークーラ容積
Pic:インタークーラ圧力
Tic:インタークーラ温度
ΔT:演算周期
Tafm:エアフロメータ通過空気温度
κ:比熱比
Lcmp:タービンシャフト回転運動から受ける機械エネルギー
Lcool:インタークーラ放熱エネルギー
Vm:吸気管容積
Pm:吸気管圧力
Tm:吸気管温度
mc:筒内吸気量
まず、スロットル流量算出部52aは、式(1)に基づいてスロットル流量mtを算出する。この式(1)は、前述したスロットル流量モデルに対応する。
m afm: air flow meter flow rate m t: Throttle flow mu: flow coefficient A t: throttle opening area R: gas constant V ics: intercooler volume P ics: intercooler pressure T ics: intercooler temperature [Delta] T: calculation period T afm: Air flow meter passing air temperature κ: Specific heat ratio L cmp : Mechanical energy received from turbine shaft rotational motion L cool : Intercooler heat dissipation energy V m : Intake pipe volume P m : Intake pipe pressure T m : Intake pipe temperature m c : In-cylinder intake air amount first, the throttle flow
インタークーラ圧力算出部51aは、式(2)及び式(3)に基づいてインタークーラ圧力Picを算出する。式(2)及び式(3)は、前述したインタークーラモデルに対応する。
Intercooler
吸気管圧力算出部53aは、式(4)及び式(5)に基づいて吸気管圧力Pmを算出する。式(4)及び式(5)は、前述した吸気管モデルに対応する。
Intake pipe
筒内吸気量算出部54aは、式(6)に基づいて筒内吸気量mcを算出する。この式(6)は、前述した吸気弁モデルに対応する。
Cylinder intake air
なお、予測筒内吸気量算出部50bの各処理部においても、上記した式(1)〜式(6)を同様に用いることによって、予測インタークーラ圧力、予測スロットル流量、予測吸気管圧力、及び予測筒内吸気量を算出する。但し、予測スロットル流量算出部52bは、スロットル開口面積Atの代わりに、予測スロットル開度算出部55が算出した予測スロットル開度を式(1)に代入することによって、予測スロットル流量を算出する。また、予測インタークーラ圧力算出部51bは、エアフロメータ2が検出したエアフロメータ流量mafmの代わりに、予測コンプレッサ流量算出部56が算出した予測コンプレッサ流量を式(2)及び式(3)に代入することによって、予測インタークーラ圧力Pなどを算出する。
In each processing unit of the predicted in-cylinder intake amount calculation unit 50b, the above-described equations (1) to (6) are similarly used, so that the predicted intercooler pressure, the predicted throttle flow rate, the predicted intake pipe pressure, Calculate the predicted in-cylinder intake amount. However, the predicted throttle flow
(結果)
次に、図5を参照して、第1実施形態に係る筒内吸気量の推定方法を実行した際の結果について説明する。図5は、実測値(実線で示す)と、第1実施形態に係る処理を実行したときの結果(一点鎖線で示す)と、比較例に係る処理を実行したときの結果(破線で示す)とを示している。第1実施形態に係る処理は、前述したようにエアフロメータ流量を補正して得たコンプレッサ流量に基づいて筒内吸気量を算出する処理であり、比較例に係る処理は、定常特性に基づいて筒内吸気量を算出する処理である。
(result)
Next, with reference to FIG. 5, the result when the in-cylinder intake air amount estimating method according to the first embodiment is executed will be described. FIG. 5 shows measured values (shown by a solid line), results when the processing according to the first embodiment is executed (shown by an alternate long and short dash line), and results when the processing according to the comparative example is executed (shown by a broken line). It shows. The process according to the first embodiment is a process for calculating the in-cylinder intake amount based on the compressor flow rate obtained by correcting the air flow meter flow rate as described above, and the process according to the comparative example is based on steady characteristics. This is a process for calculating the in-cylinder intake air amount.
図5(a)は、横軸に時間を示し、縦軸にエアフロメータ流量を示している。グラフ70aはエアフロメータ流量の実測値を示しており、グラフ70bは第1実施形態に係る処理において補正されたエアフロメータ流量(即ち、予測コンプレッサ流量算出部56で算出された予測コンプレッサ流量に対応する)を示しており、グラフ70cは比較例に係る処理において得られたエアフロメータ流量を示している。これより、第1実施形態に係る処理において得られたエアフロメータ流量は、無駄な時間分だけ適切にシフトした時刻において、立ち上がっていることがわかる。
FIG. 5A shows time on the horizontal axis and the air flow meter flow rate on the vertical axis. A
図5(b)は、横軸に時間を示し、縦軸にインタークーラ圧力を示している。グラフ71aはインタークーラ圧力の実測値を示しており、グラフ71bは第1実施形態に係る処理において得られたインタークーラ圧力(即ち、予測インタークーラ圧力算出部51bで算出された予測インタークーラ圧力に対応する)を示しており、グラフ71cは比較例に係る処理において得られたインタークーラ圧力を示している。これより、第1実施形態に係る処理において得られたインタークーラ圧力は、インタークーラ圧力の実測値と概ね同一の挙動を示していることがわかる。これに対して、比較例に係る処理において得られたインタークーラ圧力は、インタークーラ圧力の実測値から大きく外れていることがわかる。
FIG. 5B shows time on the horizontal axis and the intercooler pressure on the vertical axis. A graph 71a indicates an actual measurement value of the intercooler pressure, and a graph 71b indicates the intercooler pressure obtained in the processing according to the first embodiment (that is, the predicted intercooler pressure calculated by the predicted intercooler pressure calculation unit 51b). The
図5(c)は、横軸に時間を示し、縦軸にインテークマニホールドの圧力(以下、「インマニ圧力」と呼ぶ。)を示している。なお、インマニ圧力は吸気管圧力に概ね相当する圧力であり、このインマニ圧力の挙動は、筒内吸気量の挙動に概ね一致すると考えることができる。グラフ72aはインマニ圧力の実測値を示しており、グラフ72bは第1実施形態に係る処理において得られたインマニ圧力を示しており、グラフ72cは比較例に係る処理において得られたインマニ圧力を示している。これより、第1実施形態に係る処理において得られたインマニ圧力は、インマニ圧力の実測値と概ね同一の挙動を示していることがわかる。これに対して、比較例に係る処理において得られたインマニ圧力は、インマニ圧力の実測値から外れていることがわかる。以上より、第1実施形態に係る筒内吸気量の推定方法によれば、定常特性に基づいて筒内吸気量を推定する比較例に係る方法と比較して、筒内吸気量を精度良く算出することができると言える。
In FIG. 5C, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the intake manifold pressure (hereinafter referred to as “intake manifold pressure”). The intake manifold pressure is a pressure that roughly corresponds to the intake pipe pressure, and the behavior of the intake manifold pressure can be considered to substantially match the behavior of the in-cylinder intake amount. The
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態では、過渡的な流量変化に対してエアフロメータ2の応答遅れが所定以上である場合に、インタークーラ容積を実際の容積よりも所定量大きくした容積を用いて筒内吸気量を算出する点で、前述した第1実施形態と異なる。このようにインタークーラ容積を大きくして演算を行うのは、エアフロメータ2の応答遅れに起因するインタークーラ圧力の演算誤差を抑制するためである。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, when the response delay of the
(ECUが行う処理)
ここで、第2実施形態においてECU50が行う具体的な処理について説明する。
(Processing performed by ECU)
Here, specific processing performed by the
図6は、第2実施形態におけるECU50の概略構成を示すブロック図である。ECU50は、筒内吸気量算出部50cを具備する。筒内吸気量算出部50cは、インタークーラ圧力算出部58と、スロットル流量算出部52aと、吸気管圧力算出部53aと、筒内吸気量算出部54aと、を有する。なお、第1実施形態で示した現在筒内吸気量算出部50aにおける処理部と同一のものには同一の符号を付し、その説明を省略する。
FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of the
インタークーラ圧力算出部58は、エアフロメータ2から供給されるエアフロメータ流量1aと、スロットル流量算出部52aから供給されるスロットル流量2c(前回値に対応する)とをインタークーラモデルに代入することによって、インタークーラ圧力8bなどを算出する。詳しくは、インタークーラ圧力算出部58は、エアフロメータ2の応答遅れが所定以上である場合に、インタークーラ容積を実際の容積よりも所定量大きくした容積を用いて筒内吸気量を算出する。具体的には、前述した式(2)及び式(3)中の「Vic」を「Vic’」に変更して(Vic’>Vic)、演算を行う。即ち、インタークーラ圧力算出部58は、以下の式(7)及び式(8)を用いてインタークーラ圧力Picを算出する。
The intercooler pressure calculation unit 58 substitutes the air flow meter flow rate 1a supplied from the
このように、インタークーラ容積を実際の容積よりも所定量大きくした容積を用いて演算を行うことにより、エアフロメータ2の応答遅れにより、実際よりスロットル流量との差が大きくなった場合でも、圧力算出への影響を小さくすることができる。したがって、第2実施形態によれば、エアフロメータ2に応答遅れがある場合であっても、精度良くインタークーラ圧力を求めて、筒内吸気量を精度良く推定することが可能となる。
Thus, even when the difference from the actual throttle flow rate becomes larger due to a delay in the response of the
なお、インタークーラ容積を変更する所定量は、例えば一定の値(固定値)に設定される。具体的には、この所定量は、エアフロメータ2の応答遅れが比較的大きくなった状況において用いるべき容積に基づいて設定される。
The predetermined amount for changing the intercooler volume is set to a constant value (fixed value), for example. Specifically, the predetermined amount is set based on the volume to be used in a situation where the response delay of the
次に、図7を参照して、第2実施形態に係る筒内吸気量の算出処理について説明する。この処理は、上記したECU50の筒内吸気量算出部50cが、所定の周期で繰り返し実行する。
Next, the in-cylinder intake air amount calculation process according to the second embodiment will be described with reference to FIG. This process is repeatedly executed by the in-cylinder intake
まず、ステップS101では、筒内吸気量算出部50cが、エアフロメータ2からエアフロメータ流量を取得する。具体的には、インタークーラ圧力算出部58が、エアフロメータ流量を取得する。そして、処理はステップS102に進む。
First, in step S <b> 101, the in-cylinder intake air
ステップS102では、スロットル流量算出部52aが、スロットル流量を算出する。具体的には、スロットル流量算出部52aは、スロットル開度センサ7から供給されるスロットル開度と、インタークーラ圧力算出部58から供給されるインタークーラ圧力と、吸気管圧力算出部53aから供給される吸気管圧力(前回値に対応する)とを前述した式(1)に代入することによって、スロットル流量を算出する。そして、処理はステップS103に進む。
In step S102, the throttle flow
ステップS103では、インタークーラ圧力算出部58が、インタークーラ容積を実際の容積よりも所定量大きくする変更を行い、このインタークーラ容積を用いてインタークーラ圧力を算出する。具体的には、インタークーラ圧力算出部58は、エアフロメータ2から供給されるエアフロメータ流量と、スロットル流量算出部52aから供給されるスロットル流量(前回値に対応する)とを前述した式(7)及び式(8)に代入することによって、インタークーラ圧力を算出する。そして、処理はステップS104に進む。
In step S103, the intercooler pressure calculation unit 58 changes the intercooler volume to be larger than the actual volume by a predetermined amount, and calculates the intercooler pressure using this intercooler volume. Specifically, the intercooler pressure calculation unit 58 calculates the air flow meter flow rate supplied from the
ステップS104では、吸気管圧力算出部53aが、吸気管圧力を算出する。具体的には、吸気管圧力算出部53aは、スロットル流量算出部52aから供給されるスロットル流量と、筒内吸気量算出部54aから供給される筒内吸気量(前回値に対応する)とを前述した式(4)及び式(5)に代入することによって、吸気管圧力を算出する。そして、処理はステップS105に進む。
In step S104, the intake pipe
ステップS105では、筒内吸気量算出部54aが、筒内吸気量を算出する。具体的には、筒内吸気量算出部54aは、吸気管圧力算出部53aから供給される吸気管圧力などを前述した式(6)に代入することによって筒内吸気量を算出する。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。
In step S105, the in-cylinder intake air
(結果)
次に、図8を参照して、第2実施形態に係る筒内吸気量の推定方法を実行した際の結果について説明する。図8は、エアフロメータ2の応答遅れがない場合に得られた結果(実線で示す)と、エアフロメータ2の応答遅れがある場合に第2実施形態に係る処理を実行したときの結果(一点鎖線で示す)と、エアフロメータ2の応答遅れがある場合に比較例に係る処理を実行したときの結果(破線で示す)とを示している。第2実施形態に係る処理は、インタークーラ容積を実際の容積よりも所定量大きくする変更を行って筒内吸気量を算出する処理であり、比較例に係る処理は、インタークーラ容積として実際の容積を用いて(即ちインタークーラ容積を変更しない)筒内吸気量を算出する処理である。
(result)
Next, with reference to FIG. 8, the result when the in-cylinder intake amount estimation method according to the second embodiment is executed will be described. FIG. 8 shows results obtained when there is no response delay of the air flow meter 2 (shown by a solid line) and results when the processing according to the second embodiment is executed when there is a response delay of the air flow meter 2 (one point). And a result (indicated by a broken line) when the process according to the comparative example is executed when there is a response delay of the
図8(a)は、横軸に時間、縦軸にスロットル開度を表し、スロットル開度の時間変化を示している。図8(b)は、横軸に時間を示し、縦軸にエアフロメータ2によって検出されたエアフロメータ流量を示している。グラフ80aは、エアフロメータ2の応答遅れがない場合に得られたエアフロメータ流量を示しており、グラフ80b、80c(重ねて表示されている)は、エアフロメータ2の応答遅れがある場合に得られたエアフロメータ流量を示している。グラフ80b、80cより、比較的大きな応答遅れが生じていることがわかる。また、グラフ80dは、図8(a)に示すようにスロットル開度を変化させたときのスロットル流量を、参考のため、図8(b)中に表示したものである。
In FIG. 8A, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents the throttle opening, and the time variation of the throttle opening is shown. FIG. 8B shows time on the horizontal axis and the air flow rate detected by the
図8(c)は、横軸に時間を示し、縦軸に吸気管圧力を示している。グラフ81aは、エアフロメータ2の応答遅れがない場合に得られた吸気管圧力を示しており、グラフ81bは、応答遅れがある場合に第2実施形態に係る処理を実行したときに得られた吸気管圧力(即ち、吸気管圧力算出部53aで算出された吸気管圧力に対応する)を示しており、グラフ81cは、応答遅れがある場合に比較例に係る処理を実行したときに得られた吸気管圧力を示している。なお、グラフ81b、81cは、図8(b)に示すような、比較的大きな応答遅れが生じた場合に算出された吸気管圧力を示している。
FIG. 8C shows time on the horizontal axis and the intake pipe pressure on the vertical axis. The graph 81a shows the intake pipe pressure obtained when there is no response delay of the
図8(c)より、第2実施形態に係る処理を実行したときに得られた吸気管圧力は、エアフロメータ2の応答遅れがない場合に得られた吸気管圧力と概ね同一の挙動を示していることがわかる。これに対して、比較例に係る処理を実行したときに得られた吸気管圧力は、エアフロメータ2の応答遅れがない場合に得られた吸気管圧力から外れていることがわかる。
From FIG. 8 (c), the intake pipe pressure obtained when the processing according to the second embodiment is executed shows substantially the same behavior as the intake pipe pressure obtained when there is no response delay of the
図8(d)は、横軸に時間を示し、縦軸に筒内吸気量推定誤差率(以下、単に「誤差率」とも呼ぶ。)を示している。グラフ82aは、エアフロメータ2の応答遅れがない場合に得られた筒内吸気量の誤差率を示しており、グラフ82bは、応答遅れがある場合に第2実施形態に係る処理を実行したときに得られた筒内吸気量の誤差率を示しており、グラフ82cは、応答遅れがある場合に比較例に係る処理を実行したときに得られた筒内吸気量の誤差率を示している。なお、グラフ82b、82cは、図8(b)に示すような、比較的大きな応答遅れが生じた場合に算出された筒内吸気量の誤差率を示している。
In FIG. 8D, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates in-cylinder intake amount estimation error rate (hereinafter also simply referred to as “error rate”). The
図8(d)より、第2実施形態に係る処理を実行した場合には、誤差率が小さい(±5%未満)ことがわかる。即ち、精度良く筒内吸気量を推定できていることがわかる。これに対し、比較例に係る処理を実行した場合には、誤差率が大きい(−5%を超えている)ことがわかる。即ち、筒内吸気量の算出精度が低いことがわかる。 FIG. 8D shows that the error rate is small (less than ± 5%) when the process according to the second embodiment is executed. That is, it can be seen that the in-cylinder intake amount can be estimated with high accuracy. On the other hand, when the process according to the comparative example is executed, the error rate is large (exceeds −5%). That is, it can be seen that the calculation accuracy of the in-cylinder intake amount is low.
以上より、第2実施形態に係る処理によれば、エアフロメータ2の応答遅れが大きい場合に、精度良く筒内吸気量を算出することができると言える。即ち、実際のインタークーラ容積の代わりに、実際のインタークーラ容積を所定量大きくした容積を用いて筒内吸気量を算出することにより、エアフロメータ2の応答遅れが大きい場合に、精度良く筒内吸気量を算出することが可能となる。
From the above, according to the processing according to the second embodiment, it can be said that the in-cylinder intake amount can be calculated with high accuracy when the response delay of the
(変形例)
上記では実際のインタークーラ容積を変更した容積を用いて筒内吸気量を算出する実施形態を示したが、これに限定はされない。インタークーラ容積以外の、コンプレッサ4aからスロットルバルブ6までの間の吸気容積を変更して、筒内吸気量を算出しても良い。
(Modification)
Although the embodiment has been described above in which the cylinder intake air amount is calculated using a volume obtained by changing the actual intercooler volume, the present invention is not limited to this. The in-cylinder intake amount may be calculated by changing the intake volume from the
また、上記では、インタークーラ容積を変更した容積を用いて筒内吸気量のみを算出する実施形態を示したが、他の例では、第1実施形態で示したように、上記した筒内吸気量(現在の筒内吸気量に対応する)を算出すると共に、予測筒内吸気量も算出することができる。即ち、エアフロメータ流量を補正することによって得られた予測コンプレッサ流量を用いて予測筒内吸気量を算出しても良い。つまり、第1実施形態に係る処理と第2実施形態に係る処理を組み合わせた処理を実行することによって、筒内吸気量を推定することができる。この場合には、現在の筒内吸気量を算出する処理、及び予測筒内吸気量を算出する処理の両方において、実際のインタークーラ容積を変更した容積を用いてインタークーラ圧力を算出する。 In the above description, the embodiment has been described in which only the in-cylinder intake amount is calculated using the volume in which the intercooler volume is changed. In another example, as described in the first embodiment, the in-cylinder intake air described above is used. While calculating the amount (corresponding to the current in-cylinder intake amount), the predicted in-cylinder intake amount can also be calculated. That is, the predicted in-cylinder intake air amount may be calculated using the predicted compressor flow rate obtained by correcting the air flow meter flow rate. That is, the in-cylinder intake amount can be estimated by executing a process that combines the process according to the first embodiment and the process according to the second embodiment. In this case, in both the process for calculating the current in-cylinder intake air amount and the process for calculating the predicted in-cylinder intake air amount, the intercooler pressure is calculated using the volume obtained by changing the actual intercooler volume.
2 エアフロメータ(AFM)
3 吸気通路
4 過給機(ターボ過給機)
4a コンプレッサ
5 インタークーラ(IC)
6 スロットルバルブ
7 スロットル開度センサ
8 エンジン
18 排気通路
50 ECU
100 車両
2 Air flow meter (AFM)
3
6 Throttle valve 7
100 vehicles
Claims (5)
現在のインタークーラ圧力と予測されたインタークーラ圧力との差に所定のゲインを乗算して得た値に基づいて、エアフロメータが検出したエアフロメータ流量を補正することによって、前記過給機のコンプレッサを通過したガスの流量であるコンプレッサ流量を算出するコンプレッサ流量算出手段と、
前記コンプレッサ流量に基づいて、予測した筒内吸気量を算出する筒内吸気量算出手段と、を備え、
前記現在のインタークーラ圧力は、前記エアフロメータが検出した前記エアフロメータ流量とスロットル流量とをインタークーラモデルに代入することで算出され、
前記予測されたインタークーラ圧力は、前記コンプレッサ流量算出手段が前回算出した前記コンプレッサ流量とスロットル流量とをインタークーラモデルに代入することで算出され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 for estimating an in-cylinder intake amount of an internal combustion engine having a supercharger,
The compressor of the supercharger is corrected by correcting the air flow rate detected by the air flow meter based on a value obtained by multiplying the difference between the current intercooler pressure and the predicted intercooler pressure by a predetermined gain. Compressor flow rate calculation means for calculating a compressor flow rate that is a flow rate of gas passing through
In-cylinder intake air amount calculating means for calculating a predicted in- cylinder intake air amount based on the compressor flow rate ,
The current intercooler pressure is calculated by substituting the air flow meter flow rate and the throttle flow rate detected by the air flow meter into an intercooler model,
The control apparatus for an internal combustion engine, wherein the predicted intercooler pressure is calculated by substituting the compressor flow rate and the throttle flow rate previously calculated by the compressor flow rate calculation unit into an intercooler model .
前記コンプレッサ流量算出手段が算出した前記コンプレッサ流量に基づいてインタークーラ圧力を算出するインタークーラ圧力算出手段と、
前記インタークーラ圧力算出手段が算出した前記インタークーラ圧力、及び、現在のスロットル開度に設定される前に決定された目標スロットル開度に基づいてスロットル動作モデルを用いて算出された予測したスロットル開度に基づいてスロットル流量を算出するスロットル流量算出手段と、
前記スロットル流量算出手段が算出した前記スロットル流量に基づいて吸気管圧力を算出する吸気管圧力算出手段と、を有し、
前記吸気管圧力算出手段が算出した前記吸気管圧力に基づいて、前記予測した筒内吸気量を算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。 The in-cylinder intake air amount calculating means includes
Intercooler pressure calculating means for calculating an intercooler pressure based on the compressor flow rate calculated by the compressor flow rate calculating means;
Wherein the intercooler pressure intercooler pressure calculation means has calculated, and the throttle opening of the prediction is calculated using the throttle operation model based on the target throttle opening which is determined before it is set to the current throttle opening Throttle flow rate calculating means for calculating the throttle flow rate based on the degree;
An intake pipe pressure calculating means for calculating an intake pipe pressure based on the throttle flow rate calculated by the throttle flow rate calculating means,
3. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 , wherein the predicted in- cylinder intake air amount is calculated based on the intake pipe pressure calculated by the intake pipe pressure calculating means .
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