JP5381790B2

JP5381790B2 - Control device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP5381790B2
Application number: JP2010033559A
Authority: JP
Inventors: 慎一副島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-02-18
Filing date: 2010-02-18
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2030-02-18
Also published as: JP2011169227A

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、目標スロットル開度の決定にエア逆モデルを使用し、また、筒内吸入空気量の予測にエアモデルを使用してトルク制御及び空燃比制御を行う制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine, and more specifically, an air inverse model is used to determine a target throttle opening, and torque control and air-fuel ratio control are performed using an air model to predict in-cylinder intake air amount. It is related with the control apparatus to perform.

内燃機関の運転は、スロットル、点火装置、燃料噴射装置等の複数のアクチュエータの操作を介して制御される。内燃機関の運転を的確に制御するためには、所望の結果を得るための操作量を正確に計算できることが必要であり、また、アクチュエータの操作によって生じる結果を正確に予測できることも必要である。前者の目的のために用いられるのが内燃機関の動的特性をモデル化した動的モデルの逆モデルであり、前者の目的のために用いられるのがその順モデルである。例えば、特開２００４−１０８２１６号公報に開示されている燃料噴射装置の発明では、動的モデルとその逆モデルとが共に用いられている。この発明では、燃料圧力を目標値にするための調整弁の圧送タイミングの計算に動的モデルの逆モデルが用いられ、計算した圧送タイミングによって実現される燃料圧力の予測に動的モデルが用いられている。 The operation of the internal combustion engine is controlled through operations of a plurality of actuators such as a throttle, an ignition device, and a fuel injection device. In order to accurately control the operation of the internal combustion engine, it is necessary to be able to accurately calculate an operation amount for obtaining a desired result, and it is also necessary to be able to accurately predict a result generated by operating the actuator. The former model is used for the inverse model of the dynamic model that models the dynamic characteristics of the internal combustion engine, and the forward model is used for the former purpose. For example, in the invention of the fuel injection device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-108216, both a dynamic model and its inverse model are used. In the present invention, the inverse model of the dynamic model is used to calculate the pumping timing of the regulating valve for setting the fuel pressure to the target value, and the dynamic model is used to predict the fuel pressure realized by the calculated pumping timing. ing.

内燃機関の動的モデルとしては、例えば特開２００７−２３９４８４号公報に開示されているエアモデルも公知である。エアモデルは、スロットルの動作に対する筒内吸入空気量の応答をモデル化したものであって、スロットルモデル、吸気管モデル、及び吸気弁モデルから構成することができる。スロットルモデルは、スロットル開度とスロットル通過空気量との関係を数式で表した計算モデルである。吸気管モデルは、スロットル通過空気量及び筒内吸入空気量と吸気管圧との関係を数式で表した計算モデルである。そして、吸気弁モデルは、吸気管圧と筒内吸入空気量との関係を数式で表した計算モデルである。このようなエアモデルを用いれば、スロットルを操作することで実現できる筒内吸入空気量を正確に予測することができる。筒内吸入空気量を予測できれば、目標空燃比の実現に必要な燃料噴射量を正確に計算できることから、上述のようなエアモデルを用いることで、空燃比制御の制御精度を高めることが可能となる。 As an internal combustion engine dynamic model, for example, an air model disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-239484 is also known. The air model is a model of the response of the in-cylinder intake air amount to the operation of the throttle, and can be composed of a throttle model, an intake pipe model, and an intake valve model. The throttle model is a calculation model in which the relationship between the throttle opening and the amount of air passing through the throttle is expressed by a mathematical expression. The intake pipe model is a calculation model that expresses the relationship between the amount of air passing through the throttle, the amount of intake air in the cylinder, and the intake pipe pressure using mathematical formulas. The intake valve model is a calculation model in which the relationship between the intake pipe pressure and the in-cylinder intake air amount is expressed by a mathematical expression. By using such an air model, it is possible to accurately predict the in-cylinder intake air amount that can be realized by operating the throttle. If the in-cylinder intake air amount can be predicted, the fuel injection amount necessary for realizing the target air-fuel ratio can be accurately calculated. Therefore, by using the air model as described above, the control accuracy of the air-fuel ratio control can be improved. .

また、内燃機関のトルク制御に関し、エアモデルの逆モデルをスロットル開度の計算に用いることも知られている。エア逆モデルは、エアモデルを逆方向に計算するものである。エア逆モデルを用いたスロットル開度の計算では、まず、目標トルクから目標筒内吸入空気量が決定される。そして、吸気弁モデルの逆モデルによって目標筒内吸入空気量が目標吸気管圧に変換される。次に、吸気管モデルの逆モデルによって目標吸気管圧からスロットル通過空気量の目標値が計算される。そして最後に、目標スロットル通過空気量を実現するのに必要なスロットル開度がスロットルモデルの逆モデルを用いて計算される。このようなエア逆モデルを用いれば、目標トルクを実現するのに必要なスロットル開度を正確に計算することができる。つまり、スロットル開度の計算にエア逆モデルを用いることで、トルク制御の制御精度を高めることが可能となる。 In addition, regarding torque control of an internal combustion engine, it is also known to use an inverse model of an air model for calculating the throttle opening. The air inverse model calculates the air model in the reverse direction. In the calculation of the throttle opening using the air inverse model, first, the target cylinder intake air amount is determined from the target torque. Then, the target cylinder intake air amount is converted into the target intake pipe pressure by an inverse model of the intake valve model. Next, the target value of the throttle passage air amount is calculated from the target intake pipe pressure by the inverse model of the intake pipe model. Finally, the throttle opening required to achieve the target throttle passing air amount is calculated using an inverse model of the throttle model. If such an air inverse model is used, the throttle opening required to achieve the target torque can be accurately calculated. That is, by using an air inverse model for calculation of the throttle opening, it is possible to increase the control accuracy of torque control.

以上のような内燃機関の動的モデルやその逆モデルでは、内燃機関における実際の現象との間のモデル誤差を如何に小さくするかが課題である。このため、特開２００４−１０８２１６号公報に開示された発明では、燃料圧力の実測値と動的モデルによる予測燃料圧力との差を計算し、その予実差が小さくなるように、動的モデル及び逆モデルの各モデル式のパラメータ（係数）を逐次調整して更新することが行われている。 In the dynamic model of the internal combustion engine as described above and vice versa, the problem is how to reduce the model error with the actual phenomenon in the internal combustion engine. For this reason, in the invention disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-108216, the difference between the measured value of the fuel pressure and the predicted fuel pressure based on the dynamic model is calculated, and the dynamic model and The parameter (coefficient) of each model formula of the inverse model is sequentially adjusted and updated.

また、特開２００７−２３９４８４号公報に開示された発明では、エアフローメータの出力値の関数として定義された係数（以下、較正係数という）によって、スロットルモデルの流量係数の修正が行われる。較正係数は、スロットルモデルにより算出されるスロットル通過空気量を実際のスロットル通過空気量に一致させるための係数であって、その更新はエアフローメータの出力値を用いて逐次行われている。 In the invention disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-239484, the flow coefficient of the throttle model is corrected by a coefficient defined as a function of the output value of the air flow meter (hereinafter referred to as a calibration coefficient). The calibration coefficient is a coefficient for making the throttle passage air amount calculated by the throttle model coincide with the actual throttle passage air amount, and the update is sequentially performed using the output value of the air flow meter.

特開２００４−１０８２１６号公報JP 2004-108216 A 特開２００７−２３９４８４号公報JP 2007-239484 A 特開２００２−２２７６８２号公報JP 2002-227682 A 特開平１０−２７４０８２号公報JP-A-10-274082 特開２００９−１７４３２８号公報JP 2009-174328 A

エア逆モデルを用いたトルク制御は、エアモデルを用いた空燃比制御とともに１つの制御装置において実施することができる。その場合、エア逆モデルの出力値がエアモデルの入力値になることから、本来ならばエアモデルの出力値はエア逆モデルの入力値に一致するはずである。しかし、上述のように、エアモデルに関してはエアフローメータの出力値による較正が行われるため、エアモデルの出力値（予測筒内吸入空気量）とエア逆モデルの入力値（目標筒内吸入空気量）とは必ずしも一致しない。エアモデルの較正はエアモデルに含まれるモデル誤差を修正するように行われることから、予測筒内吸入空気量と目標筒内吸入空気量との間にすれが生じているのであれば、それはエア逆モデル及びエアモデルにモデル誤差が含まれていることを意味している。 Torque control using the air inverse model can be performed in one controller together with air-fuel ratio control using the air model. In this case, since the output value of the air inverse model becomes the input value of the air model, the output value of the air model should be the same as the input value of the air inverse model. However, since the air model is calibrated with the output value of the air flow meter as described above, the output value of the air model (predicted in-cylinder intake air amount) and the input value of the air inverse model (target in-cylinder intake air amount) Does not necessarily match. Calibration of the air model is performed to correct the model error included in the air model, so if there is a gap between the predicted in-cylinder intake air amount and the target in-cylinder intake air amount, that is the air inverse model. And the model error is included in the air model.

内燃機関のトルク制御及び空燃比制御の制御精度を高めるためには、目標筒内吸入空気量に予測筒内吸入空気量が一致するように、エア逆モデル及びエアモデルに含まれるモデル誤差を解消する必要がある。そのための方法としては、例えば、前述の特開２００４−１０８２１６号公報に開示されている方法の応用が考えられる。つまり、目標筒内吸入空気量と予測筒内吸入空気量との差を計算し、その差に基づいてエア逆モデル及びエアモデルの各モデル式を補正する方法である。 In order to improve the control accuracy of torque control and air-fuel ratio control of the internal combustion engine, model errors included in the air inverse model and the air model are eliminated so that the predicted in-cylinder intake air amount matches the target in-cylinder intake air amount. There is a need. As a method for that purpose, for example, application of the method disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-108216 is conceivable. That is, this is a method of calculating the difference between the target in-cylinder intake air amount and the predicted in-cylinder intake air amount, and correcting each model formula of the air inverse model and the air model based on the difference.

しかしながら、エアモデルに関してはエアフローメータの出力値による較正が並行して行われている。このため、目標筒内吸入空気量と予測筒内吸入空気量との差に基づく補正の効果とエアフローメータの出力値による較正の効果とが互いに打ち消し合うことになって、目標筒内吸入空気量と予測筒内吸入空気量との差がなかなか小さくならないといった事態が起こりうる。したがって、特開２００４−１０８２１６号公報に開示されている方法は、エアモデルとエア逆モデルとを含む制御系においては、そのモデル誤差を解消するための方法として必ずしも適当であるとは言えない。 However, the air model is calibrated in parallel with the output value of the air flow meter. Therefore, the correction effect based on the difference between the target in-cylinder intake air amount and the predicted in-cylinder intake air amount and the calibration effect based on the output value of the air flow meter cancel each other, and the target in-cylinder intake air amount There is a possibility that the difference between the estimated intake air amount in the cylinder does not become small. Therefore, the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-108216 is not necessarily appropriate as a method for eliminating the model error in a control system including an air model and an air inverse model.

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、エアモデル及びエア逆モデルを用いて行うトルク制御及び空燃比制御の制御精度を高めることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to improve the control accuracy of torque control and air-fuel ratio control performed using an air model and an air inverse model.

本発明は、上記の目的を達成するため、
吸気通路に設けられたスロットルと、その上流に配置されたエアフローメータと、吸気ポート或いは燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタと、排気通路に設けられた空燃比センサとを有する内燃機関に用いられ、目標トルク及び目標空燃比をそれぞれ実現するように前記スロットル及び前記インジェクタを操作する制御装置において、
前記目標トルクを目標筒内吸入空気量に変換する目標筒内吸入空気量決定手段と、
スロットル開度の変化と筒内吸入空気量の変化との関係を逆モデルによってモデル化したエア逆モデルを具備し、前記エア逆モデルを用いて前記目標筒内吸入空気量を実現するための目標スロットル開度を算出する目標スロットル開度算出手段と、
前記目標スロットル開度に従って前記スロットルを操作するスロットル操作手段と、
スロットル開度の変化と筒内吸入空気量の変化との関係を順モデルによってモデル化したエアモデルを具備し、前記エアモデルを用いて前記スロットルの操作によって実現される筒内吸入空気量を予測する筒内吸入空気量予測手段と、
前記エアフローメータの出力値を用いて前記エアモデルの較正係数を逐次調整して更新するエアモデル較正手段と、
前記目標筒内吸入空気量と前記予測筒内吸入空気量とを比較した比較結果に基づいて前記エア逆モデルの係数を補正するエア逆モデル係数補正手段と、
前記予測筒内吸入空気量と前記空燃比センサによって実測された実空燃比とに基づいて前記目標空燃比を実現するための目標燃料噴射量を算出する目標燃料噴射量算出手段と、
前記目標燃料噴射量に従って前記インジェクタを操作するインジェクタ操作手段と、
前記目標空燃比と前記実空燃比との差の大きさが所定の閾値以上の場合に、前記エア逆モデルの係数の補正後、その補正結果を前記エアモデルの係数に反映させるエアモデル係数補正手段と、
を備えることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention
Used in an internal combustion engine having a throttle provided in an intake passage, an air flow meter arranged upstream thereof, an injector for injecting fuel into an intake port or a combustion chamber, and an air-fuel ratio sensor provided in an exhaust passage, In a control device that operates the throttle and the injector so as to realize a target torque and a target air-fuel ratio, respectively.
Target in-cylinder intake air amount determination means for converting the target torque into a target in-cylinder intake air amount;
A reverse air model in which a relationship between a change in throttle opening and a change in in-cylinder intake air amount is modeled by an inverse model, and a target for realizing the target in-cylinder intake air amount using the reverse air model; Target throttle opening calculating means for calculating the throttle opening;
Throttle operating means for operating the throttle according to the target throttle opening;
A cylinder that has an air model in which a relationship between a change in throttle opening and a change in in-cylinder intake air amount is modeled by a forward model, and predicts the in-cylinder intake air amount that is realized by operating the throttle using the air model Means for predicting the amount of intake air,
Air model calibration means for successively adjusting and updating the calibration coefficient of the air model using the output value of the air flow meter;
Air inverse model coefficient correction means for correcting a coefficient of the air inverse model based on a comparison result comparing the target cylinder intake air amount and the predicted cylinder intake air amount;
Target fuel injection amount calculating means for calculating a target fuel injection amount for realizing the target air-fuel ratio based on the predicted in-cylinder intake air amount and the actual air-fuel ratio actually measured by the air-fuel ratio sensor;
Injector operating means for operating the injector according to the target fuel injection amount;
Air model coefficient correction means for reflecting the correction result in the coefficient of the air model after correcting the coefficient of the air inverse model when the magnitude of the difference between the target air-fuel ratio and the actual air-fuel ratio is equal to or greater than a predetermined threshold; ,
It is characterized by having.

本発明によれば、エアフローメータの出力値を用いてエアモデルの較正係数を逐次調整して更新する一方で、目標筒内吸入空気量とエアモデルによる予測筒内吸入空気量とを比較した比較結果に基づいてエア逆モデルの係数の補正を行うことができる。そして、目標空燃比と前記実空燃比との差の大きさが所定の閾値以上の場合には、エア逆モデルの係数の補正後、その補正結果をエアモデルの係数に反映させることができる。これにより、ア逆モデル及びエアモデルのモデル誤差が縮小されて、トルク制御の精度と空燃比制御の精度とがともに高められることになる。 According to the present invention, the calibration result of the air model is sequentially adjusted and updated using the output value of the air flow meter, while the target in-cylinder intake air amount is compared with the predicted in-cylinder intake air amount based on the air model. Based on this, the coefficient of the air inverse model can be corrected. If the magnitude of the difference between the target air-fuel ratio and the actual air-fuel ratio is equal to or greater than a predetermined threshold, after correcting the air inverse model coefficient, the correction result can be reflected in the air model coefficient. As a result, the model error of the inverse model and the air model is reduced, and both the accuracy of torque control and the accuracy of air-fuel ratio control are improved.

本発明の実施の形態の内燃機関の構成を示す概略図である。1 is a schematic view showing a configuration of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態の制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control apparatus of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態のエア逆モデル及びエアモデルの補正手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the correction | amendment procedure of the air reverse model and air model of embodiment of this invention.

本発明の実施の形態について図１乃至図３の各図を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.

まずは、本実施の形態の制御装置によって制御される内燃機関について説明する。図１は本実施の形態の内燃機関の構成を示す概略図である。本実施の形態の内燃機関１は火花点火式の４ストロークエンジンである。内燃機関１はピストン２とシリンダ壁面とによって区画された燃焼室１４を備えている。燃焼室１４の頂部には、燃焼室１４内の燃料混合気に点火するための点火プラグ８が取り付けられている。また、燃焼室１４には吸気通路１６と排気通路１８とが連通している。吸気通路１６と燃焼室１４との接続部には、吸気通路１６と燃焼室１４との連通状態を制御する吸気弁４が設けられている。排気通路１８と燃焼室１４との接続部には、排気通路１８と燃焼室１４との連通状態を制御する排気弁６が設けられている。また、本実施の形態の内燃機関１は多気筒機関であって、燃焼室１４は気筒毎に存在する。吸気通路１６は、各気筒につながる吸気マニホールド２２と、吸気マニホールド２２と吸気口とを接続する吸気ダクト２０とによって形成されている。吸気ダクト２０の中には電子制御式のスロットル１２が配置され、その上流にはエアフローメータ２４が取り付けられている。吸気マニホールド２２の各吸気枝管にはインジェクタ１０が取り付けられている。排気通路１８には触媒２６が配置され、その上流には空燃比センサ２８が取り付けられている。 First, an internal combustion engine controlled by the control device of the present embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the internal combustion engine of the present embodiment. The internal combustion engine 1 of the present embodiment is a spark ignition type four-stroke engine. The internal combustion engine 1 includes a combustion chamber 14 defined by a piston 2 and a cylinder wall surface. A spark plug 8 for igniting the fuel mixture in the combustion chamber 14 is attached to the top of the combustion chamber 14. Further, an intake passage 16 and an exhaust passage 18 communicate with the combustion chamber 14. An intake valve 4 for controlling a communication state between the intake passage 16 and the combustion chamber 14 is provided at a connection portion between the intake passage 16 and the combustion chamber 14. An exhaust valve 6 for controlling a communication state between the exhaust passage 18 and the combustion chamber 14 is provided at a connection portion between the exhaust passage 18 and the combustion chamber 14. Further, the internal combustion engine 1 of the present embodiment is a multi-cylinder engine, and the combustion chamber 14 exists for each cylinder. The intake passage 16 is formed by an intake manifold 22 connected to each cylinder, and an intake duct 20 connecting the intake manifold 22 and the intake port. An electronically controlled throttle 12 is disposed in the intake duct 20, and an air flow meter 24 is attached upstream thereof. An injector 10 is attached to each intake branch pipe of the intake manifold 22. A catalyst 26 is disposed in the exhaust passage 18 and an air-fuel ratio sensor 28 is attached upstream thereof.

本実施の形態の制御装置は、内燃機関１を制御する電子制御ユニット３０の機能の一部として実現される。制御装置としての電子制御ユニット３０には、内燃機関１の内外に設けられた各種のセンサから、内燃機関１の運転状態や運転条件に関する様々な情報が入力されてくる。電子制御ユニット３０は、それら情報に基づいて内燃機関１のアクチュエータを操作し、その操作によって内燃機関１の運転を制御する。電子制御ユニット３０に入力される情報には、エアフローメータ２４により計測される吸入空気量、空燃比センサ２８により計測される排気空燃比、エンジン回転数、大気圧、大気温度等が含まれる。電子制御ユニット３０が操作するアクチュエータには、インジェクタ１０やスロットル１２等が含まれる。 The control device of the present embodiment is realized as part of the function of the electronic control unit 30 that controls the internal combustion engine 1. The electronic control unit 30 as a control device receives various information regarding the operating state and operating conditions of the internal combustion engine 1 from various sensors provided inside and outside the internal combustion engine 1. The electronic control unit 30 operates the actuator of the internal combustion engine 1 based on the information, and controls the operation of the internal combustion engine 1 by the operation. Information input to the electronic control unit 30 includes the intake air amount measured by the air flow meter 24, the exhaust air / fuel ratio measured by the air / fuel ratio sensor 28, the engine speed, the atmospheric pressure, the atmospheric temperature, and the like. The actuator operated by the electronic control unit 30 includes the injector 10, the throttle 12, and the like.

制御装置としての電子制御ユニット３０は、内燃機関１のトルク制御と空燃比制御とを実施する。内燃機関１のトルク制御は、主としてスロットル１２の操作による筒内吸入空気量の調整によって行われ、内燃機関１の空燃比制御は、主としてインジェクタ１０の操作による燃料噴射量の調整によって行われる。図２は、トルク制御及び空燃比制御に着目したときの電子制御ユニット３０の構成を示すブロック図である。図２によれば、電子制御ユニット３０はトルク−ＫＬ変換マップ３２、エア逆モデル３４、エアモデル３６及びモデル補正ユニット３８によって構成される。なお、図２に示す構成は、電子制御ユニット３０のメモリに格納されたプログラムに従いＣＰＵが動作することで仮想的に実現される構成である。 The electronic control unit 30 as a control device performs torque control and air-fuel ratio control of the internal combustion engine 1. The torque control of the internal combustion engine 1 is performed mainly by adjusting the cylinder intake air amount by operating the throttle 12, and the air-fuel ratio control of the internal combustion engine 1 is performed mainly by adjusting the fuel injection amount by operating the injector 10. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the electronic control unit 30 when focusing on torque control and air-fuel ratio control. As shown in FIG. 2, the electronic control unit 30 includes a torque-KL conversion map 32, an air inverse model 34, an air model 36, and a model correction unit 38. The configuration shown in FIG. 2 is a configuration that is virtually realized by the CPU operating in accordance with a program stored in the memory of the electronic control unit 30.

図２におけるトルク−ＫＬ変換マップ３２は、トルクと筒内吸入空気量とをエンジン回転数や点火時期等の機関情報をキーにして関連付けたマップである。ドライバからのトルク要求や車両制御デバイスからのトルク要求に基づいて設定された目標トルクは、トルク−ＫＬ変換マップ３２によって目標筒内吸入空気量（図２では目標ＫＬと表記する）に変換される。 The torque-KL conversion map 32 in FIG. 2 is a map in which the torque and the in-cylinder intake air amount are associated using engine information such as engine speed and ignition timing as keys. The target torque set based on the torque request from the driver or the torque request from the vehicle control device is converted into a target in-cylinder intake air amount (indicated as target KL in FIG. 2) by the torque-KL conversion map 32. .

エア逆モデル３４は、スロットル開度の変化と筒内吸入空気量の変化との関係を逆モデルによってモデル化したものである。電子制御ユニット３０は、エア逆モデル３４によって目標筒内吸入空気量をスロットル開度に変換する。エア逆モデル３４から出力されるスロットル開度は、目標筒内吸入空気量の達成に必要なスロットル開度である。電子制御ユニット３０は、エア逆モデル３４の出力値を目標スロットル開度（図２では目標ＴＡと表記する）としてスロットル１２を操作する。 The air inverse model 34 is obtained by modeling the relationship between the change in the throttle opening and the change in the in-cylinder intake air amount using an inverse model. The electronic control unit 30 converts the target cylinder intake air amount into the throttle opening by the air inverse model 34. The throttle opening output from the air inverse model 34 is a throttle opening required to achieve the target in-cylinder intake air amount. The electronic control unit 30 operates the throttle 12 with the output value of the air inverse model 34 as the target throttle opening (indicated as target TA in FIG. 2).

エアモデル３６は、スロットル開度の変化と筒内吸入空気量の変化との関係を順モデルによってモデル化したものである。電子制御ユニット３０は、エア逆モデル３４から出力される目標スロットル開度をエアモデル３６によって筒内吸入空気量に変換する。エアモデル３６から出力される筒内吸入空気量は、目標スロットル開度によって実現が予測される筒内吸入空気量である。電子制御ユニット３０は、エアモデル３６による予測筒内吸入空気量（図２では予測実ＫＬと表記する）と、空燃比センサ２８によって実測された排気空燃比とに基づいて目標空燃比を実現するための目標燃料噴射量を計算し、目標燃料噴射量に従ってインジェクタ１０を操作する。 The air model 36 is obtained by modeling the relationship between the change in the throttle opening and the change in the in-cylinder intake air amount using a forward model. The electronic control unit 30 converts the target throttle opening output from the air inverse model 34 into the in-cylinder intake air amount by the air model 36. The in-cylinder intake air amount output from the air model 36 is the in-cylinder intake air amount that is predicted to be realized by the target throttle opening. The electronic control unit 30 realizes the target air-fuel ratio based on the predicted in-cylinder intake air amount (denoted as predicted actual KL in FIG. 2) by the air model 36 and the exhaust air-fuel ratio actually measured by the air-fuel ratio sensor 28. The target fuel injection amount is calculated, and the injector 10 is operated according to the target fuel injection amount.

モデル補正ユニット３８は、エア逆モデル３４やエアモデル３６のモデル精度を高めるべく設けられている。モデル補正ユニット３８は、目標筒内吸入空気量と予測筒内吸入空気量とを比較し、その比較結果に基づいてエア逆モデル３４やエアモデル３６のモデル計算式の係数を補正する。以下では、具体的な補正の方法について明らかにするため、エア逆モデル３４やエアモデル３６を構成するモデル計算式について簡単に説明する。 The model correction unit 38 is provided to improve the model accuracy of the air inverse model 34 and the air model 36. The model correction unit 38 compares the target in-cylinder intake air amount with the predicted in-cylinder intake air amount, and corrects the coefficients of the model calculation formulas of the air inverse model 34 and the air model 36 based on the comparison result. Hereinafter, in order to clarify a specific correction method, model calculation formulas constituting the air inverse model 34 and the air model 36 will be briefly described.

本実施の形態のエアモデル３６は、スロットルモデル、吸気管モデル、及び吸気弁モデルから構成されているものとする。また、本実施の形態のエア逆モデル３４は、スロットルモデルの逆モデル、吸気管モデルの逆モデル、及び吸気弁モデルの逆モデルから構成されているものとする。 It is assumed that the air model 36 of the present embodiment includes a throttle model, an intake pipe model, and an intake valve model. In addition, the air inverse model 34 of the present embodiment is composed of a throttle model inverse model, an intake pipe model inverse model, and an intake valve model inverse model.

スロットルモデルは、スロットル開度とスロットル通過空気量との関係を数式で表した計算モデルである。スロットル通過空気量は、スロットル１２の前後の気体圧力と温度、及びスロットル１２の開口面積とによって定まる。次の式１はその具体的なモデル計算式である。 The throttle model is a calculation model in which the relationship between the throttle opening and the amount of air passing through the throttle is expressed by a mathematical expression. The amount of air passing through the throttle is determined by the gas pressure and temperature before and after the throttle 12 and the opening area of the throttle 12. The following formula 1 is a specific model calculation formula.

式１において、ｍ_ｔはスロットル１２を通過して吸気マニホールド２２に流れ込む空気の流量（ｇ／ｓｅｃ）、すなわち、スロットル通過空気量を意味している。Ｔａは大気温度を、Ｐａは大気圧を、Ｐ_ｍは吸気マニホールド圧（すなわち吸気管圧）をそれぞれ意味している。また、ＴＡはスロットル開度を意味している。Ｂは流量係数とスロットル１２の開口面積とをひとまとめにして表したものであって、スロットル開度ＴＡの関数である。ΦはＰ_ｍ／Ｐ_ａの関数である。 In Formula 1, _{m t} is the air flowing into the intake manifold 22 through a throttle 12 flow rate (g / sec), namely, it means throttle air flow. Ta represents atmospheric temperature, Pa represents atmospheric pressure, and _Pm represents intake manifold pressure (that is, intake pipe pressure). TA means the throttle opening. B is a collective representation of the flow coefficient and the opening area of the throttle 12, and is a function of the throttle opening TA. Φ is _a function of P _m / P _a .

吸気管モデルは、スロットル通過空気量及び筒内吸入空気量と吸気管圧との関係を数式で表した計算モデルである。エネルギー保存則から導かれるモデル計算式が次の式２であり、質量保存則から導かれるモデル計算式が次の式３である。各式におけるｍ_ｃは吸気マニホールド２２から燃焼室１４内に吸入される空気の流量（ｇ／ｓｅｃ）、すなわち、筒内吸入空気量を意味している。 The intake pipe model is a calculation model that expresses the relationship between the amount of air passing through the throttle, the amount of intake air in the cylinder, and the intake pipe pressure using mathematical formulas. The model calculation formula derived from the energy conservation law is the following formula 2, and the model calculation formula derived from the mass conservation law is the following formula 3. The flow rate of air m _c in each formula is sucked into the combustion chamber 14 from the intake manifold 22 (g / sec), namely, it means in-cylinder intake air quantity.

吸気弁モデルは、吸気管圧と筒内吸入空気量との関係を数式で表した計算モデルである。次の式４はその具体的なモデル計算式である。式４におけるａ，ｂはエンジン回転数により決まる係数であって、その初期値は適合によって決定されている。 The intake valve model is a calculation model in which the relationship between the intake pipe pressure and the in-cylinder intake air amount is expressed by a mathematical expression. The following formula 4 is a specific model calculation formula. In Equation 4, a and b are coefficients determined by the engine speed, and their initial values are determined by adaptation.

以上の４つのモデル計算式を順方向に計算するものがエアモデル３６であり、逆方向に計算するものがエア逆モデル３４である。つまり、エアモデル３６とエア逆モデル３４とでは、その基本となるモデル計算式は共通している。ただし、エアモデル３６には、エア逆モデル３４には無い機能が備えられている。その機能とは、エアフローメータ２４の出力値によって、スロットルモデルの流量係数を修正する機能である。この機能のため、エアモデル３６には、エアフローメータ２４の出力値（図２ではＡＦＭと表記する）が逐次入力されている。 The air model 36 calculates the above four model calculation formulas in the forward direction, and the air reverse model 34 calculates in the reverse direction. That is, the air model 36 and the air inverse model 34 share the same model calculation formula. However, the air model 36 has a function that the air inverse model 34 does not have. The function is a function for correcting the flow coefficient of the throttle model according to the output value of the air flow meter 24. Because of this function, the output value of the air flow meter 24 (indicated as AFM in FIG. 2) is sequentially input to the air model 36.

エアモデル３６におけるスロットルモデルの流量係数の修正には、エアフローメータの出力値の関数として定義された較正係数が用いられる。較正係数は、スロットルモデルにより算出されるスロットル通過空気量を実際のスロットル通過空気量に一致させるための係数であって、流量係数に乗じられる。したがって、式１に含まれるＢは、式１がエア逆モデル３４のモデル計算式である場合は、流量係数とスロットル開口面積との積として表されるが、式１がエアモデル３６のモデル計算式である場合は、流量係数とスロットル開口面積と較正係数との積として表される。 In order to correct the flow coefficient of the throttle model in the air model 36, a calibration coefficient defined as a function of the output value of the air flow meter is used. The calibration coefficient is a coefficient for making the throttle passage air amount calculated by the throttle model coincide with the actual throttle passage air amount, and is multiplied by the flow coefficient. Therefore, B included in Expression 1 is expressed as a product of the flow coefficient and the throttle opening area when Expression 1 is a model calculation expression of the air inverse model 34, but Expression 1 is a model calculation expression of the air model 36. Is expressed as a product of a flow coefficient, a throttle opening area, and a calibration coefficient.

モデル補正ユニット３８は、モデル計算式４に含まれる係数ａ或いは係数ｂ、もしくは、モデル計算式１に含まれる係数Ｂを補正することによって、目標筒内吸入空気量と予測筒内吸入空気量との差の解消を図る。補正対象である係数をどのように補正するかは、差の大きさや正負との関係において予め定められている。モデル補正ユニット３８は、その予め定められた規則に従って、エア逆モデル３４とエアモデル３６の補正を行う。 The model correction unit 38 corrects the coefficient a or the coefficient b included in the model calculation formula 4 or the coefficient B included in the model calculation formula 1 to thereby calculate the target cylinder intake air amount and the predicted cylinder intake air amount. To eliminate the difference. How to correct the coefficient to be corrected is determined in advance in relation to the magnitude of the difference and positive / negative. The model correction unit 38 corrects the air inverse model 34 and the air model 36 according to the predetermined rule.

図３は、モデル補正ユニット３８によって行われるエア逆モデル３４及びエアモデル３６の補正の手順を示すフローチャートである。最初のステップＳ２では、目標筒内吸入空気量（目標ＫＬ）と予測筒内吸入空気量（予測実ＫＬ）との間に差があるかどうか判定される。差が生じていない場合には、モデル誤差による影響は生じていないものとして、後のステップの処理はスキップされる。 FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for correcting the air inverse model 34 and the air model 36 performed by the model correction unit 38. In the first step S2, it is determined whether or not there is a difference between the target cylinder intake air amount (target KL) and the predicted cylinder intake air amount (predicted actual KL). If there is no difference, it is assumed that there is no influence by the model error, and the process of the subsequent step is skipped.

ステップＳ２において差が生じていると判断された場合、ステップＳ４の処理が行われる。ステップＳ４では、差の大きさやその正負に基づいて、エア逆モデル３４の係数が補正される。ただし、エアモデル３６については、このステップにおいてエア逆モデル３４と同時に補正されることはない。エアモデル３６に関しては、エアフローメータ２４の出力値によるモデル計算式の較正が並行して行われているためである。差に基づく補正はエア逆モデル３４に対してのみ行い、エアモデル３６についてはエアフローメータ２４の出力値による較正のみを行うことで、目標筒内吸入空気量と予測筒内吸入空気量との差がなかなか小さくならないといった事態を避けることができる。 If it is determined in step S2 that a difference has occurred, the process of step S4 is performed. In step S4, the coefficient of the air inverse model 34 is corrected based on the magnitude of the difference and its sign. However, the air model 36 is not corrected simultaneously with the air inverse model 34 in this step. This is because the air model 36 is calibrated in parallel with the model calculation formula based on the output value of the air flow meter 24. The correction based on the difference is performed only on the air inverse model 34, and only the calibration based on the output value of the air flow meter 24 is performed on the air model 36, so that the difference between the target cylinder intake air amount and the predicted cylinder intake air amount is reduced. It is possible to avoid a situation where it does not become very small.

次のステップＳ６では、目標空燃比と空燃比センサ２８により実測された実空燃比との差が計算され、その差の大きさが所定の閾値以上かどうか判定される。電子制御ユニット３０は、予測筒内吸入空気量と目標空燃比とに基づいて基本の燃料噴射量を決定するとともに、フィードバックされる実空燃比が目標空燃比に近づくように燃料噴射量を補正している。このため、エアモデル３６による予測筒内吸入空気量の計算が正確であるならば、目標空燃比と実空燃比との間の差は小さく抑えられる。しかし、その計算が正確でない場合には、目標空燃比と実空燃比との差はなかなか小さくならない。 In the next step S6, the difference between the target air-fuel ratio and the actual air-fuel ratio actually measured by the air-fuel ratio sensor 28 is calculated, and it is determined whether or not the magnitude of the difference is greater than or equal to a predetermined threshold value. The electronic control unit 30 determines the basic fuel injection amount based on the predicted in-cylinder intake air amount and the target air-fuel ratio, and corrects the fuel injection amount so that the fed back actual air-fuel ratio approaches the target air-fuel ratio. ing. For this reason, if the calculation of the predicted in-cylinder intake air amount by the air model 36 is accurate, the difference between the target air-fuel ratio and the actual air-fuel ratio can be kept small. However, if the calculation is not accurate, the difference between the target air-fuel ratio and the actual air-fuel ratio is not easily reduced.

ステップＳ６において目標空燃比と実空燃比との間に閾値以上の大きさの差が生じていると判断された場合、ステップＳ８の処理が行われる。ステップＳ８では、ステップＳ４で行われたエア逆モデル３４の係数の補正結果が、エアモデル３６の係数にも反映される。つまり、目標空燃比と実空燃比との差が小さくならない場合のみ、エア逆モデル３４の係数の補正後にエアモデル３６の係数の補正が行われる。例えば、エア逆モデル３４においてモデル計算式４の係数ａが補正された場合には、同様の補正がエアモデル３６におけるモデル計算式４の係数ａについても行われる。このような処理の結果、エアモデル３６に含まれるモデル誤差を小さくして、エアモデル３６による予測筒内吸入空気量の計算の精度を高めることが可能となる。 If it is determined in step S6 that there is a difference greater than or equal to the threshold value between the target air-fuel ratio and the actual air-fuel ratio, the process of step S8 is performed. In step S8, the correction result of the coefficient of the air inverse model 34 performed in step S4 is also reflected in the coefficient of the air model 36. That is, only when the difference between the target air-fuel ratio and the actual air-fuel ratio does not become small, the coefficient of the air model 36 is corrected after the correction of the coefficient of the air inverse model 34. For example, when the coefficient a of the model calculation formula 4 is corrected in the air inverse model 34, the same correction is performed on the coefficient a of the model calculation formula 4 in the air model 36. As a result of such processing, it is possible to reduce the model error included in the air model 36 and increase the accuracy of calculation of the predicted in-cylinder intake air amount by the air model 36.

一方、目標空燃比と実空燃比との差の大きさが閾値よりも小さくなっているのであれば、ステップＳ８の処理はスキップされる。つまり、エア逆モデル３４の係数の補正結果を反映したエアモデル３６の係数の補正は行われない。エア逆モデル３４に続いてエアモデル３６の係数も補正した場合には、モデル誤差のさらなる縮小を期待できる。しかし、エアモデル３６の係数を補正することで、エアフローメータ２４の出力値による較正が働くまでの間、目標空燃比と実空燃比との差が一時的に拡大してしまう可能性がないとは限らない。本実施の形態では、狙いとする予測筒内吸入空気量の計算精度が既に確保されているのであれば、現状の維持を優先し、不要不急の処理であるエアモデル３６の係数の補正は行わないことにされている。 On the other hand, if the magnitude of the difference between the target air-fuel ratio and the actual air-fuel ratio is smaller than the threshold value, the process of step S8 is skipped. That is, the correction of the coefficient of the air model 36 reflecting the correction result of the coefficient of the air inverse model 34 is not performed. If the coefficient of the air model 36 is also corrected following the air inverse model 34, further reduction of the model error can be expected. However, by correcting the coefficient of the air model 36, there is no possibility that the difference between the target air-fuel ratio and the actual air-fuel ratio will temporarily increase until the calibration based on the output value of the air flow meter 24 works. Not exclusively. In the present embodiment, if the calculation accuracy of the target predicted cylinder intake air amount has already been secured, priority is given to maintaining the current state, and correction of the coefficient of the air model 36, which is unnecessary and urgent processing, is performed. It has been decided not to.

以上説明したように、本実施の形態の制御装置によれば、エアフローメータ２４の出力値を用いてエアモデル３６の較正係数を逐次調整して更新する一方で、目標筒内吸入空気量とエアモデル３６による予測筒内吸入空気量とを比較した比較結果に基づいてエア逆モデル３４の係数の補正を行うことができる。そして、目標空燃比と空燃比センサ２９により実測された実空燃比との差の大きさが所定の閾値を超える場合には、エア逆モデル３４の係数の補正後、その補正結果をエアモデル３６の係数に反映させることができる。これにより、エア逆モデル３４及びエアモデル３６のモデル誤差が縮小されて、トルク制御の精度と空燃比制御の精度とがともに高められることになる。 As described above, according to the control device of the present embodiment, the calibration coefficient of the air model 36 is sequentially adjusted and updated using the output value of the air flow meter 24, while the target cylinder intake air amount and the air model 36 are updated. The coefficient of the air inverse model 34 can be corrected based on the comparison result obtained by comparing the predicted in-cylinder intake air amount. If the magnitude of the difference between the target air-fuel ratio and the actual air-fuel ratio actually measured by the air-fuel ratio sensor 29 exceeds a predetermined threshold, after correcting the coefficient of the air inverse model 34, the correction result is stored in the air model 36. It can be reflected in the coefficient. As a result, the model errors of the air inverse model 34 and the air model 36 are reduced, and both the accuracy of torque control and the accuracy of air-fuel ratio control are improved.

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明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。例えば、エア逆モデル３４及びエアモデル３６のモデル計算式１，２，３，４は何れも採りうる式の一例であって、より厳密な式をモデル計算式として用いることもできるし、逆に、より簡略化した式をモデル計算式として用いることもできる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the model calculation formulas 1, 2, 3, and 4 of the air inverse model 34 and the air model 36 are examples of formulas that can be taken, and a stricter formula can be used as the model calculation formula. A simplified formula can also be used as a model calculation formula.

１内燃機関
１０インジェクタ
１２スロットル
１４燃焼室
１６吸気通路
１８排気通路
２４エアフローメータ
２８空燃比センサ
３０電子制御ユニット
３２トルク−ＫＬ変換マップ
３４エア逆モデル
３６エアモデル
３８モデル補正ユニット 1 Internal combustion engine 10 Injector 12 Throttle 14 Combustion chamber 16 Intake passage 18 Exhaust passage 24 Air flow meter 28 Air-fuel ratio sensor 30 Electronic control unit 32 Torque-KL conversion map 34 Air inverse model 36 Air model 38 Model correction unit

Claims

吸気通路に設けられたスロットルと、その上流に配置されたエアフローメータと、吸気ポート或いは燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタと、排気通路に設けられた空燃比センサとを有する内燃機関に用いられ、目標トルク及び目標空燃比をそれぞれ実現するように前記スロットル及び前記インジェクタを操作する制御装置において、
前記目標トルクを目標筒内吸入空気量に変換する目標筒内吸入空気量決定手段と、
スロットル開度の変化と筒内吸入空気量の変化との関係を逆モデルによってモデル化したエア逆モデルを具備し、前記エア逆モデルを用いて前記目標筒内吸入空気量を実現するための目標スロットル開度を算出する目標スロットル開度算出手段と、
前記目標スロットル開度に従って前記スロットルを操作するスロットル操作手段と、
スロットル開度の変化と筒内吸入空気量の変化との関係を順モデルによってモデル化したエアモデルを具備し、前記エアモデルを用いて前記スロットルの操作によって実現される筒内吸入空気量を予測する筒内吸入空気量予測手段と、
前記エアフローメータにより実測された吸入空気量を用いて前記エアモデルの較正係数を逐次調整して更新するエアモデル較正手段と、
前記目標筒内吸入空気量と前記予測筒内吸入空気量とを比較した比較結果に基づいて前記エア逆モデルの係数を補正するエア逆モデル係数補正手段と、
前記予測筒内吸入空気量と前記空燃比センサによって実測された実空燃比とに基づいて前記目標空燃比を実現するための目標燃料噴射量を算出する目標燃料噴射量算出手段と、
前記目標燃料噴射量に従って前記インジェクタを操作するインジェクタ操作手段と、
前記目標空燃比と前記実空燃比との差の大きさが所定の閾値以上の場合に、前記エア逆モデルの係数の補正後、その補正結果を前記エアモデルの係数に反映させるエアモデル係数補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 Used in an internal combustion engine having a throttle provided in an intake passage, an air flow meter arranged upstream thereof, an injector for injecting fuel into an intake port or a combustion chamber, and an air-fuel ratio sensor provided in an exhaust passage, In a control device that operates the throttle and the injector so as to realize a target torque and a target air-fuel ratio, respectively.
Target in-cylinder intake air amount determination means for converting the target torque into a target in-cylinder intake air amount;
A reverse air model in which a relationship between a change in throttle opening and a change in in-cylinder intake air amount is modeled by an inverse model, and a target for realizing the target in-cylinder intake air amount using the reverse air model; Target throttle opening calculating means for calculating the throttle opening;
Throttle operating means for operating the throttle according to the target throttle opening;
A cylinder that has an air model in which a relationship between a change in throttle opening and a change in in-cylinder intake air amount is modeled by a forward model, and predicts the in-cylinder intake air amount that is realized by operating the throttle using the air model Means for predicting the amount of intake air,
Air model calibration means for sequentially adjusting and updating the calibration coefficient of the air model using the intake air amount actually measured by the air flow meter;
Air inverse model coefficient correction means for correcting a coefficient of the air inverse model based on a comparison result comparing the target cylinder intake air amount and the predicted cylinder intake air amount;
Target fuel injection amount calculating means for calculating a target fuel injection amount for realizing the target air-fuel ratio based on the predicted in-cylinder intake air amount and the actual air-fuel ratio actually measured by the air-fuel ratio sensor;
Injector operating means for operating the injector according to the target fuel injection amount;
Air model coefficient correction means for reflecting the correction result in the coefficient of the air model after correcting the coefficient of the air inverse model when the magnitude of the difference between the target air-fuel ratio and the actual air-fuel ratio is equal to or greater than a predetermined threshold; ,
A control device for an internal combustion engine, comprising: