JP5776530B2 - Engine control device - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンの筒内へ吸入される空気量に基づいて出力トルクを制御するエンジンの制御装置に関する。 The present invention relates to an engine control device that controls output torque based on the amount of air taken into a cylinder of an engine.
車両に搭載されたエンジンの制御手法の一つとして、エンジンに要求されるトルクの大きさを基準として吸入空気量や燃料噴射量,点火時期等を制御するトルクベース(トルクディマンド)制御が知られている。トルクベース制御では、アクセル開度やエンジン回転速度に基づいてエンジンが出力すべきトルクの目標値が演算され、この目標トルクが得られるようにエンジンの運転状態が制御される。また、自動変速機やオートクルーズ装置,車両安定装置といった外部制御システムを搭載した車両では、各外部制御システムからエンジンへの出力要求がトルク値に換算されてエンジン制御装置(エンジンECU)内で一元化され、エンジンのトルク挙動が包括的に制御される。 As a control method for an engine mounted on a vehicle, torque base (torque demand) control for controlling intake air amount, fuel injection amount, ignition timing, etc. based on the magnitude of torque required for the engine is known. ing. In torque-based control, a target value of torque to be output by the engine is calculated based on the accelerator opening and the engine speed, and the engine operating state is controlled so that this target torque is obtained. Also, in vehicles equipped with external control systems such as automatic transmissions, auto cruise devices, and vehicle stabilizers, output requests from each external control system to the engine are converted into torque values and integrated in the engine control unit (engine ECU). The torque behavior of the engine is comprehensively controlled.
ところで、運転条件が同一のときにエンジンで発生するトルクの大きさは、シリンダー内に導入された吸入空気量に比例する。一方、実際にシリンダー内に導入される吸入空気量は、運転条件が同一であってもエンジン諸元や環境条件等に応じて変化する。また、可変バルブリフト機構や可変バルブタイミング機構を搭載したエンジンの場合、吸排気弁の作動状態が異なれば、他の運転条件が同一であっても吸入空気量が変化する。そこで、一般的なトルクベース制御では、その時点での充填効率や体積効率に基づいてエンジンの吸気性能が評価され、この吸気性能に応じた制御が実施される。 Incidentally, the magnitude of the torque generated in the engine when the operating conditions are the same is proportional to the amount of intake air introduced into the cylinder. On the other hand, the amount of intake air actually introduced into the cylinder varies depending on engine specifications, environmental conditions, etc., even if the operating conditions are the same. Further, in the case of an engine equipped with a variable valve lift mechanism and a variable valve timing mechanism, if the operating state of the intake / exhaust valve is different, the intake air amount changes even if other operating conditions are the same. Therefore, in general torque-based control, the intake performance of the engine is evaluated based on the charging efficiency and volumetric efficiency at that time, and control according to the intake performance is performed.
充填効率とは、一サイクルで吸入された吸入空気の質量を標準大気条件での行程容積相当の空気質量で除したものである。具体的な充填効率の算出方法としては、シリンダーに吸入される空気量の推定値に基づいて算出する手法が存在する。例えば特許文献1には、可変バルブを備えた内燃機関の制御装置に関して、エンジンの回転速度,吸気絶対圧,大気絶対圧等に基づいて充填効率を算出することが記載されている。この技術では、吸気絶対圧と大気絶対圧との圧力比を用いてスロットルバルブ部を通過する空気の流量を把握し、これに基づいて基準状態での充填効率を算出している。 The charging efficiency is obtained by dividing the mass of intake air sucked in one cycle by the air mass corresponding to the stroke volume under standard atmospheric conditions. As a specific calculation method of the charging efficiency, there is a method of calculating based on an estimated value of the amount of air taken into the cylinder. For example, Patent Document 1 describes that a charging efficiency is calculated based on an engine rotational speed, an intake absolute pressure, an atmospheric absolute pressure, and the like regarding a control device for an internal combustion engine having a variable valve. In this technique, the flow rate of the air passing through the throttle valve unit is grasped using the pressure ratio between the intake absolute pressure and the atmospheric absolute pressure, and the charging efficiency in the reference state is calculated based on this.
また、体積効率とは、一サイクルで吸入された吸入空気の質量をその測定時と同一の大気条件での行程容積相当の空気質量で除したものである。体積効率は、大気条件が同一である二つの質量の比であることから、一サイクルで吸入された吸入空気の体積を行程容積で除して求めることができる。あるいは、上記のような手法で算出された充填効率の値に圧力補正や温度補正を加えることで求めることも可能である。 The volumetric efficiency is obtained by dividing the mass of the intake air sucked in one cycle by the air mass corresponding to the stroke volume under the same atmospheric conditions as the measurement. Since the volumetric efficiency is a ratio of two masses having the same atmospheric conditions, the volumetric efficiency can be obtained by dividing the volume of the intake air sucked in one cycle by the stroke volume. Or it is also possible to obtain | require by adding pressure correction and temperature correction to the value of the filling efficiency calculated by the above methods.
しかしながら、上記のような従来の充填効率,体積効率の算出手法は、スロットルバルブ部を通過する空気の流量と圧力比との相関を利用してシリンダーへの吸入空気量を算出するものであり、充填効率,体積効率の算出精度がスロットルバルブ部の圧力比(上流圧に対する下流圧の比)の算出精度に左右される。そのため、圧力センサーの不調時や検出精度の低下時には空気量の推定精度が低下し、正確な充填効率,体積効率を求めることができないという課題がある。特に、圧力センサーのフェール時には正しい充填効率,体積効率を算出できず、燃料噴射量や点火時期等に基づくエンジントルクの制御性が低下するおそれがある。 However, the conventional method for calculating the charging efficiency and volumetric efficiency as described above is to calculate the amount of intake air into the cylinder using the correlation between the flow rate of air passing through the throttle valve portion and the pressure ratio, The calculation accuracy of the charging efficiency and the volume efficiency depends on the calculation accuracy of the pressure ratio of the throttle valve section (the ratio of the downstream pressure to the upstream pressure). Therefore, when the pressure sensor is malfunctioning or when the detection accuracy is lowered, the estimation accuracy of the air amount is lowered, and there is a problem that accurate filling efficiency and volumetric efficiency cannot be obtained. In particular, when the pressure sensor fails, correct charging efficiency and volumetric efficiency cannot be calculated, and the controllability of the engine torque based on the fuel injection amount, ignition timing, etc. may be reduced.
一方、圧力センサーの不調時におけるフェールセーフとして、圧力比を使わずに筒内に導入される空気量を推定する手法を用意しておくことも考えられる。例えば、スロットルバルブの開度とその開度で筒内に導入される空気量との対応関係をマップ化、あるいはテーブル化しておき、エンジンECU内等に記憶させておくことが考えられる。しかしこの場合、多種多様なエンジンの運転条件に対応するマップ,テーブルを予め用意しておく必要があり、エンジンECU に要求されるROM容量が膨大になるほか、開発に係るコストも増大する。 On the other hand, it is conceivable to prepare a method for estimating the amount of air introduced into the cylinder without using the pressure ratio as a fail-safe when the pressure sensor is malfunctioning. For example, it is conceivable that the correspondence between the opening of the throttle valve and the amount of air introduced into the cylinder at that opening is mapped or tabled and stored in the engine ECU or the like. However, in this case, it is necessary to prepare maps and tables corresponding to various engine operating conditions in advance, which increases the ROM capacity required for the engine ECU and increases the development costs.
また、エアフローセンサーを用いて空気量を測定することも考えられる。しかしながら、エアフローセンサーはスロットルバルブ上流側の離れた位置に設置されるため、スロットルバルブの動作に伴って吸入空気量が増減する過渡状態においては、実際の吸入空気量と検出される吸入空気量との間にずれが生じ、制御精度が低下してしまう。 It is also conceivable to measure the amount of air using an air flow sensor. However, since the air flow sensor is installed at a position distant from the upstream side of the throttle valve, in a transient state where the intake air amount increases or decreases with the operation of the throttle valve, the actual intake air amount and the detected intake air amount Deviation occurs between the two, and the control accuracy decreases.
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、吸気系の圧力変化に左右されないエンジンの吸気性能を評価し、出力トルクの制御安定性を向上させることのできるエンジンの制御装置を提供することである。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。
One of the purposes of this case was created in view of the above-mentioned problems, and can evaluate the intake performance of an engine that is not influenced by pressure changes in the intake system and improve the output torque control stability. It is to provide a control device.
The present invention is not limited to this purpose, and is a function and effect derived from each configuration shown in the embodiments for carrying out the invention described later, and other effects of the present invention are to obtain a function and effect that cannot be obtained by conventional techniques. Can be positioned.
(1)ここで開示するエンジンの制御装置は、エンジンの回転速度に応じて前記エンジンに導入される最大空気量にて前記エンジンで発生する最大トルク相当値に対する、前記エンジンへの出力要求に基づいて設定される前記エンジンの目標トルク相当値の比を圧力比相当値として演算する圧力比相当値演算手段を備える。また、前記圧力比相当値と前記エンジンの回転速度とに基づき、前記エンジンの体積効率を吸気系圧力で標準化した値に相当する体積効率係数を演算する体積効率係数演算手段を備える。さらに、前記体積効率係数に基づき前記エンジンの出力トルクを制御するトルク制御手段を備える。 (1) The engine control device disclosed herein is based on an output request to the engine with respect to a maximum torque equivalent value generated in the engine at a maximum air amount introduced into the engine in accordance with the rotational speed of the engine. Pressure ratio equivalent value calculating means for calculating the ratio of the target torque equivalent value of the engine set as a pressure ratio equivalent value. Further, the apparatus includes a volume efficiency coefficient calculating means for calculating a volume efficiency coefficient corresponding to a value obtained by standardizing the volume efficiency of the engine with the intake system pressure based on the pressure ratio equivalent value and the rotation speed of the engine. Furthermore, a torque control means for controlling the output torque of the engine based on the volumetric efficiency coefficient is provided.
(2)前記エンジンの吸気系に設けられ前記吸気系圧力を検出する吸気圧力センサーと、前記吸気圧力センサーで検出された前記吸気系圧力に基づき、前記吸気系のスロットルバルブ部の上流圧に対する下流圧の比を実圧力比として演算する圧力比演算手段とを備えることが好ましい。また、前記実圧力比及び前記エンジンの回転速度に基づき、前記エンジンの体積効率を前記吸気系圧力で標準化した値の実測値である実体積効率係数を演算する実体積効率係数演算手段を備えることが好ましい。
この場合、前記トルク制御手段が、前記体積効率係数及び前記実体積効率係数に基づき前記エンジンの出力トルクを制御することが好ましい。
(2) An intake pressure sensor provided in the intake system of the engine for detecting the intake system pressure, and a downstream of the upstream pressure of the throttle valve portion of the intake system based on the intake system pressure detected by the intake pressure sensor. It is preferable to include pressure ratio calculation means for calculating the pressure ratio as an actual pressure ratio. Further, an actual volume efficiency coefficient calculating means for calculating an actual volume efficiency coefficient that is an actual measurement value of a value obtained by standardizing the volume efficiency of the engine with the intake system pressure based on the actual pressure ratio and the rotation speed of the engine. Is preferred.
In this case, it is preferable that the torque control means controls the output torque of the engine based on the volumetric efficiency coefficient and the actual volumetric efficiency coefficient.
(3)また、前記トルク制御手段が、前記吸気圧力センサーのフェール時に、前記体積効率係数に基づき前記エンジンの出力トルクを制御するとともに、前記吸気圧力センサーの非フェール時に、前記実体積効率係数に基づき前記エンジンの出力トルクを制御することが好ましい。
(4)また、前記圧力比相当値演算手段が、吸排気弁のバルブリフト量又はバルブタイミングに応じて前記最大トルク相当値を算出することが好ましい。
すなわち、演算時点での吸排気弁の制御状態で発生可能な最大のエンジントルクを前記最大トルク相当値として算出することが好ましい。
(3) The torque control means controls the output torque of the engine based on the volumetric efficiency coefficient when the intake pressure sensor fails, and sets the actual volumetric efficiency coefficient when the intake pressure sensor does not fail. Based on this, it is preferable to control the output torque of the engine.
(4) Moreover, it is preferable that the said pressure ratio equivalent value calculating means calculates the said maximum torque equivalent value according to the valve lift amount or valve timing of an intake / exhaust valve.
That is, it is preferable to calculate the maximum engine torque that can be generated in the control state of the intake and exhaust valves at the time of calculation as the maximum torque equivalent value.
なお、前記最大空気量とは、その時のエンジンの実回転速度でスロットル開度が全開であると仮定したときに前記エンジンに導入される空気量であることが好ましい。換言すれば、前記最大トルク相当値は、その時の実回転速度でスロットル開度が全開であると仮定したときに前記エンジンで発生するトルクであることが好ましい。 Incidentally, the maximum amount of air and is preferably the amount of air introduced into the engine when the time of the throttle opening actual rotational speed of the engine is assumed to be fully open it. In other words, the maximum torque equivalent value is preferably a torque generated in the engine when it is assumed that the throttle opening is fully open at the actual rotation speed at that time.
(5)また、前記圧力比相当値演算手段が、点火時期を最適点火時期(すなわちMBT)としたときに前記エンジンで発生するトルクを前記最大トルク相当値として演算することが好ましい。なお、ノッキング防止の観点から前記点火時期を前記最適点火時期に設定できないような場合には、前記最適点火時期よりもやや遅角側の所定点火時期に点火した場合に発生するトルクを前記最大トルク相当値として演算してもよい。 ( 5 ) Further, it is preferable that the pressure ratio equivalent value calculating means calculates a torque generated in the engine when the ignition timing is an optimum ignition timing (that is, MBT) as the maximum torque equivalent value. When the ignition timing cannot be set to the optimum ignition timing from the viewpoint of preventing knocking, the torque generated when ignition is performed at a predetermined ignition timing slightly retarded from the optimum ignition timing is the maximum torque. You may calculate as an equivalent value.
(6)また、前記圧力比相当値演算手段が、予め設定された所定空燃比での燃焼時に前記エンジンで発生する最大のトルクを前記最大トルク相当値として演算することが好ましい。前記所定空燃比の具体例としては、ストイキ空燃比(例えば、空燃比14.7前後)や出力空燃比(例えば、12.0〜13.0の空燃比)とすることが考えられる。
(7)また、前記圧力比相当値演算手段が、前記最大トルク相当値として前記エンジンの最大充填効率を用いるとともに、前記目標トルク相当値として前記エンジンに導入される空気量に基づいて演算される目標充填効率を用いて、前記圧力比相当値を演算することが好ましい。
( 6 ) Further, it is preferable that the pressure ratio equivalent value calculating means calculates a maximum torque generated in the engine at the time of combustion at a predetermined air-fuel ratio set in advance as the maximum torque equivalent value. Specific examples of the predetermined air-fuel ratio include a stoichiometric air-fuel ratio (for example, an air-fuel ratio of around 14.7) and an output air-fuel ratio (for example, an air-fuel ratio of 12.0 to 13.0).
( 7 ) Further, the pressure ratio equivalent value calculating means calculates the maximum charging efficiency of the engine as the maximum torque equivalent value and calculates the target torque equivalent value based on the amount of air introduced into the engine. It is preferable to calculate the pressure ratio equivalent value using the target filling efficiency.
開示のエンジンの制御装置では、体積効率を吸気系圧力で標準化した値が用いられるため、吸気系の圧力変化によらない吸気の入りやすさが把握される。このような『標準化した値』を圧力比相当値に基づいて演算することで、吸気系圧力を実測することなく『吸気系の圧力変化によらない吸気の入りやすさ』を把握することができ、エンジンの体積効率が変動したときの出力トルクを正確に演算することができる。
したがって、エンジントルクの制御性を向上させることができる。また、エンジンの運転条件に応じた多種多様なマップ,テーブルが不要であり、演算に係るデータを記憶するROM容量を削減することができる。
In the disclosed engine control device, a value obtained by standardizing the volumetric efficiency with the intake system pressure is used, so that it is possible to grasp the ease of intake without depending on the pressure change of the intake system. By calculating such a “standardized value” based on the pressure ratio equivalent value, it is possible to grasp “the ease of intake that does not depend on the pressure change of the intake system” without actually measuring the intake system pressure. The output torque when the volumetric efficiency of the engine fluctuates can be accurately calculated.
Therefore, the controllability of the engine torque can be improved. In addition, a variety of maps and tables corresponding to the engine operating conditions are not required, and the ROM capacity for storing data related to computation can be reduced.
図面を参照してエンジンの制御装置について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。 An engine control apparatus will be described with reference to the drawings. Note that the embodiment described below is merely an example, and there is no intention to exclude various modifications and technical applications that are not explicitly described in the following embodiment. Each configuration of the present embodiment can be implemented with various modifications without departing from the spirit of the present embodiment, and can be selected or combined as necessary.
[1.装置構成]
[1−1.エンジン]
本実施形態のエンジンの制御装置は、図1に示す車載のガソリンエンジン10に適用される。ここでは、多気筒のエンジン10に設けられた複数のシリンダーのうちの一つを示す。ピストン16は、中空円筒状に形成されたシリンダー19の内周面に沿って往復摺動自在に内装される。ピストン16の上面とシリンダー19の内周面及び頂面に囲まれた空間は、エンジンの燃焼室26として機能する。
ピストン16の下部は、コネクティングロッドを介して、クランクシャフト17の軸心から偏心した中心軸を持つクランクアームに連結される。これにより、ピストン16の往復動作がクランクアームに伝達され、クランクシャフト17の回転運動に変換される。
[1. Device configuration]
[1-1. engine]
The engine control device of the present embodiment is applied to the in-
The lower portion of the
シリンダー19の頂面には、吸入空気を燃焼室26内に供給するための吸気ポート11と、燃焼室26内で燃焼した後の排気を排出するための排気ポート12とが穿孔形成される。また、吸気ポート11,排気ポート12の燃焼室26側の端部には、吸気弁14及び排気弁15が設けられる。これらの吸気弁14,排気弁15は、エンジン10の上部に設けられる可変動弁機構27によって各々の動作を個別に制御される。また、シリンダー19の頂部には、点火プラグ13がその先端を燃焼室26側に突出させた状態で設けられる。点火プラグ13による点火時期は、後述するエンジン制御装置1で制御される。
An
可変動弁機構27は、吸気弁14及び排気弁15のそれぞれについて、バルブリフト量及びバルブタイミングを個別に、又は、連動させつつ変更するものである。可変動弁機構27は、ロッカアームの揺動量と揺動のタイミングとを変更するための機構として、VVL装置27a及びVVT装置27bを備える。
The
VVL装置27aは、吸気弁14や排気弁15のバルブリフト量を連続的に変更する機構である。このVVL装置27aは、カムシャフトに固定されたカムからロッカアームに伝達される揺動の大きさを変更する機能を有する。ロッカアームの揺動の大きさを変更するための具体的な構造は任意である。
VVT装置27bは、吸気弁14や排気弁15の開閉のタイミング(バルブタイミング)を変更する機構である。このVVT装置27bは、ロッカアームに揺動を生じさせるカム又はカムシャフトの回転位相を変更する機能を有する。カム又はカムシャフトの回転位相を変更することで、クランクシャフト17の回転位相に対するロッカアームの揺動のタイミングを連続的に変化させる(ずらす)ことが可能となる。
The
The VVT device 27b is a mechanism that changes the opening / closing timing (valve timing) of the
[1−2.吸排気系]
吸気ポート11内には、燃料を噴射するインジェクター18が設けられる。インジェクター18から噴射される燃料量は、後述するエンジン制御装置1によって制御される。また、インジェクター18よりも吸気流の上流側には、インテークマニホールド20(以下、インマニと呼ぶ)が設けられる。このインマニ20には、吸気ポート11側へと流れる空気を一時的に溜めるためのサージタンク21が設けられる。サージタンク21よりも下流側のインマニ20は、各シリンダー19の吸気ポート11に向かって分岐するように形成され、サージタンク21はその分岐点に位置する。サージタンク21は、各々のシリンダーで発生しうる吸気脈動や吸気干渉を緩和するように機能する。
[1-2. Intake and exhaust system]
An
インマニ20の上流側には、スロットルボディ22が接続される。スロットルボディ22の内部には電子制御式のスロットルバルブ23が内蔵され、インマニ20側へと流れる空気量がスロットルバルブ23の開度(スロットル開度)に応じて調節される。このスロットル開度は、エンジン制御装置1によって制御される。
スロットルボディ22のさらに上流側には吸気通路24が接続され、吸気通路24のさらに上流側にはエアフィルター25が介装される。これにより、エアフィルター25で濾過された新気が吸気通路24及びインマニ20を介してエンジン10の各シリンダー19に供給される。
A
An
[1−3.検出系]
エンジン10のクランクシャフト17には、その回転角を検出するエンジン回転速度センサー31が設けられる。回転角の単位時間あたりの変化量(角速度)はエンジン10の実回転速度Ne(単位時間あたりの実回転数)に比例する。したがって、エンジン回転速度センサー31は、エンジン10の実回転速度Neを取得する機能を持つ。なお、エンジン回転速度センサー31で検出された回転角に基づいてエンジン制御装置1の内部で実回転速度Neを演算する構成としてもよい。
[1-3. Detection system]
The
エンジン制御装置1の内部又は車両の任意の位置には、大気圧センサー32が設けられる。大気圧センサー32は大気の圧力(大気圧)BPを検出するものである。大気圧BPは、吸気通路24の入口での圧力(エアフィルター25よりも上流側の圧力)に相当する。
また、車両の任意の位置(例えばアクセルペダルの近傍)には、アクセルペダルの踏み込み操作量(アクセル開度APS)を検出するアクセル開度センサー33(検出手段)が設けられる。アクセル開度APSは、運転者の加速要求に対応するパラメーターであり、すなわちエンジン10への出力要求に対応する。
An
In addition, an accelerator opening sensor 33 (detection means) that detects the amount of depression of the accelerator pedal (accelerator opening A PS ) is provided at an arbitrary position of the vehicle (for example, in the vicinity of the accelerator pedal). The accelerator opening A PS is a parameter corresponding to the driver's acceleration request, that is, corresponds to an output request to the
スロットルバルブ23の下流側には、インマニ圧PIM(サージタンク21内の圧力に対応するインテークマニホールド圧力)を検出するインマニ圧センサー34が設けられる。一方、スロットルバルブ23の上流側の吸気通路24内には、吸気流量Qを検出するエアフローセンサー35が設けられる。上記の各種センサー31〜35で取得された実回転速度Ne,大気圧BP,アクセル開度APS,インマニ圧PIM,吸気流量Qの各情報は、エンジン制御装置1に伝達される。
An intake
なお、大気圧センサー32で検出された大気圧BP及びインマニ圧センサー34で検出されたインマニ圧PIMは、エンジン制御装置1において、エンジンの吸気性能の評価指標値の演算に用いられる。一方、エンジン制御装置1では、大気圧センサー32やインマニ圧センサー34のフェール時(機能低下時や故障時を含む)であってもエンジン10の吸気性能を評価できるように、大気圧BP,インマニ圧PIMに依存しない評価指標であって、体積効率に準ずる吸気性能の評価指標である体積効率係数の演算が実施される。本実施形態では、この体積効率係数の演算手法に着目してその機能を説明する。
Incidentally, intake manifold pressure P IM detected by the atmospheric pressure B P and intake
[2.制御装置構成]
上記のエンジン10を搭載する車両には、エンジン制御装置1(Engine Electronic Control Unit,制御装置)が設けられる。このエンジン制御装置1は、例えばマイクロプロセッサやROM,RAM等を集積したLSIデバイスや組み込み電子デバイスとして構成され、車両に設けられた車載ネットワーク網の通信ラインに接続される。なお、車載ネットワーク上には、例えばブレーキ制御装置,変速機制御装置,車両安定制御装置,空調制御装置,電装品制御装置といったさまざまな公知の電子制御装置が、互いに通信可能に接続される。エンジン制御装置1以外の電子制御装置のことを外部制御システムと呼び、外部制御システムによって制御される装置のことを外部負荷装置と呼ぶ。
[2. Control device configuration]
A vehicle equipped with the
エンジン制御装置1は、エンジン10に関する点火系,燃料系,吸排気系及び動弁系といった広汎なシステムを総合的に制御する電子制御装置であり、エンジン10の各シリンダー19に供給される空気量や燃料噴射量、各シリンダー19の点火時期等を制御するものである。ここでは、エンジン10に要求されるトルクの大きさを基準としたトルクベース制御が実施される。エンジン制御装置1の具体的な制御対象としては、インジェクター18から噴射される燃料量や噴射時期,点火プラグ13での点火時期,スロットルバルブ23のスロットル開度等が挙げられる。
The engine control device 1 is an electronic control device that comprehensively controls a wide range of systems such as an ignition system, a fuel system, an intake / exhaust system, and a valve system related to the
エンジン制御装置1の入力側には、図1に示すように、エンジン回転速度センサー31,大気圧センサー32,アクセル開度センサー33,インマニ圧センサー34及びエアフローセンサー35が接続される。また、エンジン制御装置1の出力側には、トルクベース制御の制御対象である点火プラグ13,インジェクター18,スロットルバルブ23,可変動弁機構27等が接続される。
As shown in FIG. 1, an
エンジン制御装置1は、エンジン10の吸気性能を評価するための指標値として体積効率係数Kmap及び実体積効率係数Kmaprを演算し、これらに基づいてシリンダー19に導入された(または導入される)実空気量を推定して出力トルクを制御する。体積効率係数Kmap及び実体積効率係数Kmaprに基づいて演算される実空気量(例えば、実吸入空気量,実充填効率等)は、インジェクター18から噴射される燃料量や点火プラグ13での点火時期の制御に用いられる。
The engine control device 1 calculates a volumetric efficiency coefficient K map and an actual volumetric efficiency coefficient K mapr as index values for evaluating the intake performance of the
このエンジン制御装置1には、第一演算部2,第二演算部3及びトルク制御部4が設けられる。これらの各要素は電子回路(ハードウェア)によって実現してもよく、ソフトウェアとしてプログラミングされたものとしてもよいし、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしたものであってもよい。
The engine control apparatus 1 includes a
[2−1.第一演算部]
第一演算部2は、エンジン10の吸気性能を評価するための指標値の一つである実体積効率係数Kmaprを演算するものである。この実体積効率係数Kmaprとは、体積効率Evを吸気系圧力について標準化したものである。本実施形態では、以下の式1に示すように、測定時の大気圧が標準大気圧(一気圧;101.3[kPa])であるときの値に体積効率Evを換算したもののことを、実体積効率係数Kmaprと定義する。
[2-1. First calculation unit]
The
この第一演算部2は、インマニ圧センサー34で検出されたインマニ圧PIMに基づいて実体積効率係数Kmaprを演算する。なお、式1の定義に基づき、インマニ圧PIM及び実体積効率係数Kmaprから体積効率Evを求めることができる。
図1に示すように、第一演算部2には、圧力比演算部2A及び実体積効率係数演算部2Bが設けられる。圧力比演算部2A(圧力比演算手段)は、吸気系圧力に関するセンサー検出値に基づいて、スロットルバルブ23部の上流圧に対する下流圧の比を圧力比Cとして演算するものである。本実施形態の圧力比Cは、インマニ圧センサー34で検出されたインマニ圧PIMと大気圧センサー32で検出された大気圧BPとを用いて以下の式2で与えられる。
ここで演算された圧力比Cの値は、実体積効率係数演算部2Bに伝達される。なお、大気圧BPから吸気通路24内の圧力損失量を減じたものをスロットルバルブ23の上流圧として求め、これを式2の分母としてもよい。
The value of the pressure ratio C calculated here is transmitted to the actual volume efficiency
実体積効率係数演算部2B(実体積効率係数演算手段)は、エンジン10の実回転速度Neと圧力比Cとに基づき、実体積効率係数Kmaprを演算するものである。ここには、実回転速度Ne及び圧力比Cと実体積効率係数Kmaprとの対応マップや数式,関係式が予め設定されており、実体積効率係数演算部2Bはこのような関係に基づいて実体積効率係数Kmaprを演算する。ここで演算された実体積効率係数Kmaprの値は、トルク制御部4に伝達される。
実体積効率係数Kmaprを求めるためのマップとしては、例えば図2に示すようなマップが用いられる。このマップは、上記の式1の右辺(体積効率Ev及びインマニ圧PIM)を、実回転速度Ne及び圧力比Cの関数で表現したものに相当する。
The actual volume efficiency
As a map for obtaining the actual volume efficiency coefficient K mapr , for example, a map as shown in FIG. 2 is used. This map corresponds to a representation of the right side (volumetric efficiency Ev and intake manifold pressure P IM ) of Equation 1 above as a function of the actual rotational speed Ne and the pressure ratio C.
ここで、一般的な体積効率Evと実体積効率係数Kmaprとの関係について補足的に説明する。エンジン10の体積効率Evは、図3(a)に示すように、インマニ圧PIMが低下するほど小さい値となる。一方、これらの値の関係は必ずしも線形ではなく、インマニ圧PIMを変化させたときの体積効率Evの変化量(変化勾配)はインマニ圧PIMが低下するほど大きくなる。
Here, the relationship between the general volume efficiency Ev and the actual volume efficiency coefficient K mapr will be supplementarily described. Volumetric efficiency Ev of the
これは、体積効率Evの値がインマニ圧PIMで決まる吸入空気のシリンダー19への押し込みやすさだけでなく、可変動弁機構27の作動状態等に応じて決まる吸入空気のシリンダー19への入り込みやすさの影響を受けて変化するためである。したがって、インマニ圧PIMが低い運転状態でのエンジン10の吸気性能を評価するうえでは、これらの二種類の影響を分離して評価することが望ましい。
This not only push-friendliness of the intake air of the
一方、実体積効率係数Kmaprはその定義から、体積効率Evをインマニ圧PIMで除算した値の実数倍の大きさを持つパラメーターである。すなわち、図3(b)のグラフに示すように、実体積効率係数Kmaprの値はインマニ圧PIMが上昇するにつれて所定値Dに収束するように変化する。また、所定値Dと実体積効率係数Kmaprとの差の大きさは、可変動弁機構27の作動状態等に応じて決まる吸入空気の入り込みやすさの影響のみが反映された値となる。このように、体積効率Evの代わりに実体積効率係数Kmaprを用いることで、エンジン10の吸気性能に対する評価からインマニ圧PIMの影響を取り除くことが可能となる。
On the other hand, actual volumetric efficiency factor K MAPR from its definition, is a parameter with a real number times the size of a value obtained by dividing the volumetric efficiency Ev in the intake manifold pressure P IM. That is, as shown in the graph of FIG. 3 (b), the value of the actual volumetric efficiency factor K MAPR changes to converge to a predetermined value D as intake manifold pressure P IM increases. Further, the magnitude of the difference between the predetermined value D and the actual volumetric efficiency coefficient K mapr is a value that reflects only the influence of the ease of entering the intake air determined according to the operating state of the
ただし、実体積効率係数演算部2Bで演算される実体積効率係数Kmaprは、吸気系圧力に関するセンサー検出値から演算されるものであるため、その演算精度はセンサーの検出精度に依存する。例えば、大気圧センサー32やインマニ圧センサー34が故障した場合には、実体積効率係数Kmaprを正しく演算できなくなるおそれがある。そこで本実施形態では、吸気系圧力に関するセンサーを用いることなく実体積効率係数Kmaprに相当するパラメーターを演算するための第二演算部3を設けている。
However, since the actual volume efficiency coefficient K mapr calculated by the actual volume efficiency
[2−2.第二演算部]
第二演算部3は、圧力比演算部2Aで演算される圧力比Cに相関する圧力比相当値Aを演算するものである。第二演算部3には、図1に示すように、最大トルク演算部3A,目標トルク演算部3B,圧力比相当値演算部3C,第一補正部3D,第二補正部3E及び体積効率係数演算部3Fが設けられる。
[2-2. Second calculation unit]
The
最大トルク演算部3Aは、エンジン10の実回転速度Neに基づいて、エンジン10で発生しうる最大トルクPiMAXを演算するものである。一般に、エンジン10で発生するトルクの大きさは、エンジン回転速度やシリンダーに導入された空気量や燃料量,点火時期等に応じて変化する。エンジン回転速度が所定値(一定)であるときに所定の空燃比で発生するトルクの大きさは、図4に示すようなグラフで表現される。空気量がQ1であるとき、点火時期がT1の場合にはエンジン10が最大のトルクPi1を出力する。点火時期に対するトルクの変動を曲線で示すと、上に凸の曲線となる。また、空気量がQ2であるときの最大トルクはPi2であり、そのトルクを出力するための点火時期はT2である。
The
これらのような関係を踏まえて、最大トルク演算部3Aは、その時点でのエンジン10の運転状態で吸入空気量が最大であるときに発生するトルクの最大値(スロットル全開時におけるトルク)を最大トルクPiMAXとして演算する。例えば、図5中に実線で示すように、スロットル全開時における最大トルクPiMAXと実回転速度Neとの対応関係を定めたグラフや対応マップ,数式等を用いて、最大トルクPiMAXを演算してもよい。ここで演算された最大トルクPiMAXの値は、圧力比相当値演算部3C及び第二補正部3Eに伝達される。
Based on these relationships, the maximum
図4中に示す点火時期T1,T2のように、エンジン10で最大のトルクを発生させる点火時期のことを最適点火時期(MBT:Minimum spark advance for Best Torque)と呼ぶ。最適点火時期は、シリンダー19に導入される空気量が多いほど遅角側(リタード側)に移動し、空気量が少ないほど進角側(アドバンス側)に移動する。また、最適点火時期は実回転速度Neが低いほど遅角側に移動し、実回転速度Neが高いほど進角側に移動する。
Like ignition timings T 1 and T 2 shown in FIG. 4, an ignition timing at which the
最大トルク演算部3Aでの最大トルクPiMAXの演算では、基本的には最適点火時期に点火した場合に発生するトルクが最大トルクPiMAXとして演算される。ただし、エンジン10のノッキング防止の観点から点火時期を最適点火時期に設定できないような場合には、最適点火時期よりもやや遅角側の所定点火時期に点火した場合に発生するトルクを最大トルクPiMAXとして演算する。ノッキングは点火時期を遅らせるほど発生しにくくなるが、点火時期を遅らせるとエンジントルクが小さくなる。したがって、ほとんどノックが発生しない点火時期範囲のうち、最適点火時期に近い進角寄りに所定点火時期を設定することが好ましい。
In the calculation of the maximum torque Pi MAX in the maximum
なお、点火時期を変化させると、スロットル全開時における最大トルクPiMAXと実回転速度Neとの対応関係も変化し、図5中における実線グラフの位置及び形状が変化する。一方、図5中に破線で示すように、複数の点火時期に対応するグラフを予め設定しておくことで、点火時期に応じた最大トルクPiMAXの演算が可能である。したがって、最大トルク演算部3Aが、実回転速度Ne及び点火時期に応じて最大トルクPiMAXを演算する構成としてもよい。
When the ignition timing is changed, the correspondence relationship between the maximum torque Pi MAX and the actual rotational speed Ne when the throttle is fully opened also changes, and the position and shape of the solid line graph in FIG. 5 change. On the other hand, as shown by a broken line in FIG. 5, by setting a graph corresponding to a plurality of ignition timings in advance, the maximum torque Pi MAX corresponding to the ignition timing can be calculated. Therefore, the
また、空燃比に関しては、その時点での実際の空燃比ではなく予め設定された所定空燃比である場合を想定して最大トルクPiMAXを演算することが好ましい。例えば、実際の空燃比がリーン空燃比であったとしても、ストイキ空燃比(14.7前後の空燃比)や出力空燃比(高出力が得られる12.0〜13.0の空燃比)でのエンジン出力の推定値を最大トルクPiMAXとして演算することが考えられる。 Regarding the air-fuel ratio, it is preferable to calculate the maximum torque Pi MAX on the assumption that the air-fuel ratio is not the actual air-fuel ratio at that time but a predetermined air-fuel ratio set in advance. For example, even if the actual air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio, the estimated value of the engine output at the stoichiometric air-fuel ratio (an air-fuel ratio of around 14.7) or the output air-fuel ratio (the air-fuel ratio of 12.0 to 13.0 that provides a high output) Can be calculated as the maximum torque Pi MAX .
なお、点火時期と同様に、最大トルクPiMAXの演算時の前提となる空燃比が異なれば、演算される最大トルクPiMAXの値も異なるものとなる。一方、図5中に破線で示すように、複数の空燃比に対応するグラフを予め設定しておくことで、空燃比に応じた最大トルクPiMAXの演算が可能である。したがって、最大トルク演算部3Aが、実回転速度Ne及び空燃比に応じて最大トルクPiMAXを演算する構成としてもよい。
Similar to the ignition timing, if the air-fuel ratio which is a precondition for calculating the maximum torque Pi MAX is different, the value of the calculated maximum torque Pi MAX is also different. On the other hand, as shown by broken lines in FIG. 5, the maximum torque Pi MAX corresponding to the air-fuel ratio can be calculated by setting a graph corresponding to a plurality of air-fuel ratios in advance. Therefore, the
さらに、吸気弁14や排気弁15のバルブリフト量やバルブタイミングに関しても同様であり、最適なバルブタイミングや最適なバルブリフト量(すなわち、最も大きいトルクをエンジンに発生させるバルブリフト量やバルブタイミング)であるときの最大トルクPiMAXを演算してもよいし、あるいはその時点でのバルブリフト量,バルブタイミングにおいてエンジン10で発生する最大トルクPiMAXを演算してもよい。
Further, the same applies to the valve lift amount and valve timing of the
この場合も、図5中に破線で示すように、複数のバルブリフト量,バルブタイミングに対応するグラフを予め設定しておくことで、バルブリフト量やバルブタイミングに応じた最大トルクPiMAXの演算が可能である。したがって、最大トルク演算部3Aが、実回転速度Neとバルブリフト量,バルブタイミングとに応じて最大トルクPiMAXを演算する構成としてもよい。
Also in this case, as shown by a broken line in FIG. 5, a graph corresponding to a plurality of valve lift amounts and valve timings is set in advance to calculate the maximum torque Pi MAX corresponding to the valve lift amount and valve timing. Is possible. Therefore, the
目標トルク演算部3Bは、実回転速度Neとアクセル開度APSとに基づいて、目標トルクPiTGTを演算するものである。この目標トルクPiTGTは、エンジン10に要求されているトルクであって、トルクベース制御におけるエンジン10の出力トルクの目標値を図示平均有効圧に換算した値である。ここには、実回転速度Ne及びアクセル開度APSと目標トルクPiTGTとの対応マップや数式,関係式が予め設定されており、目標トルク演算部3Bはこのような関係に基づいて目標トルクPiTGTを演算する。ここで演算された目標トルクPiTGTの値は、圧力比相当値演算部3Cに伝達される。
Target
圧力比相当値演算部3C(圧力比相当値演算手段)は、最大トルク演算部3Aで演算された最大トルクPiMAXと目標トルク演算部3Bで演算された目標トルクPiTGTとに基づき、圧力比相当値Aを演算するものである。圧力比相当値Aは、以下の式3に示すように、最大トルクPiMAXに対する目標トルクPiTGTの比として与えられる。ここで演算された圧力比相当値Aは、体積効率係数演算部3Fに伝達される。
圧力比相当値Aと実際のスロットルバルブ23部の圧力比Cとの関係をグラフ化して図6(a)に示す。このグラフは、実回転速度Ne及び空燃比を一定とし、吸気弁14のバルブリフト量を変化させた場合のそれぞれの圧力比相当値Aと圧力比Cとの関係をプロットしたものである。グラフの横軸,縦軸はそれぞれ圧力比相当値A,圧力比Cであり、点線状に配置された白丸は圧力比相当値Aと圧力比Cとが同一値となる点(C=Aの直線グラフ上の点)を示す。
The relationship between the pressure ratio equivalent value A and the actual pressure ratio C of the throttle valve 23 is graphed and shown in FIG. This graph plots the relationship between the pressure ratio equivalent value A and the pressure ratio C when the actual rotational speed Ne and the air-fuel ratio are constant and the valve lift amount of the
このグラフでは、吸気弁14のバルブリフト量をL1,L2,L3,L4の四段階で順に増大させたときの結果が細破線,細実線,太破線,太実線で表現されている。四つのグラフはそれぞれ、点線状の白丸にほぼ沿った形状をなしている。つまり、圧力比相当値Aと圧力比Cとの間には、バルブリフト量に依存しない相関が認められ、圧力比相当値Aを圧力比Cの代替パラメーターとして用いることが可能である。
In this graph, the results when the valve lift amount of the
なお、圧力比Cの代用値として圧力比相当値Aを使用するということは、圧力比Cと圧力比相当値Aとが常に等しいものとみなすことと同義である。一方、図6(a)中のグラフは、厳密にはC=Aの直線グラフに一致していない。そこで、圧力比相当値Aと圧力比Cとの相関がさらに強まるように圧力比相当値Aの演算に用いる値を補正してもよい。あるいは、圧力比Cとのずれを補正した圧力比相当値A′を演算し、圧力比Cの代用値としての信頼性を向上させてもよい。 The use of the pressure ratio equivalent value A as a substitute value for the pressure ratio C is synonymous with the assumption that the pressure ratio C and the pressure ratio equivalent value A are always equal. On the other hand, the graph in FIG. 6A does not exactly match the C = A line graph. Therefore, the value used for the calculation of the pressure ratio equivalent value A may be corrected so that the correlation between the pressure ratio equivalent value A and the pressure ratio C is further strengthened. Alternatively, the pressure ratio equivalent value A ′ corrected for the deviation from the pressure ratio C may be calculated to improve the reliability as a substitute value for the pressure ratio C.
第一補正部3Dは、前者の補正演算を行うものである。例えば、第一補正部3Dは空燃比,バルブタイミング,バルブリフト量等が最大トルクPiMAXに与える影響を記憶し、その時点でのエンジン10の運転状態や吸気弁14,排気弁15の制御状態に応じて補正最大トルクPiMAX′を演算して、これを最大トルク演算部3Aに伝達する。この場合、最大トルク演算部3Aは、第一補正部6Dから伝達された補正最大トルクPiMAX′を最大トルクPiMAXとして圧力比相当値演算部3Cに伝達する構成とする。
The
第二補正部3Eは、後者の補正演算を行うものである。例えば、第二補正部3Eは図6(a)に示すような圧力比Cと圧力比相当値Aとの対応関係を実回転速度Ne毎,バルブタイミング毎,バルブリフト量毎に記憶し、圧力比相当値演算部3Cで演算された圧力比相当値Aに対応する圧力比A′を演算して、これを再び圧力比相当値演算部3Cに伝達する。この場合、圧力比相当値演算部3Cは、圧力比相当値演算部3Cで演算された圧力比相当値Aを第二補正部3Eから伝達された圧力比A′で上書き更新して新たな圧力比相当値Aとし、第二演算部7に伝達する構成とする。
The
体積効率係数演算部3F(体積効率係数演算手段)は、エンジン10の実回転速度Neと圧力比相当値Aとに基づき、体積効率係数Kmapを演算するものである。ここでは、前述の実体積効率係数演算部2Bでの演算のうち、圧力比Cの代わりに圧力比相当値Aを用いた演算が実施される。例えば、図2に示すような対応マップを用いて体積効率係数Kmapを演算する。ここで演算された体積効率係数Kmapはトルク制御部4に伝達される。
The volumetric efficiency
[2−3.トルク制御部]
トルク制御部4(トルク制御手段)は、第一演算部2で演算された実体積効率係数Kmaprと第二演算部3で演算された体積効率係数Kmapとに基づき、エンジン10の出力トルクを制御するものである。ここでは、大気圧センサー32及びインマニ圧センサー34の少なくとも何れか一方がフェールした時には体積効率係数Kmapが用いられ、何れのセンサー32,34もフェールしていない時には実体積効率係数Kmaprが用いられる。
[2-3. Torque control unit]
The torque control unit 4 (torque control means) outputs the output torque of the
本実施形態のトルク制御部4は、実体積効率係数Kmapr,体積効率係数Kmapを所定周期で繰り返し演算し、シリンダー19に実際に吸入された空気量に相当する実充填効率Ecの演算時にこれらを用いる。以下、今回の演算周期で得られた実体積効率係数Kmapr,体積効率係数Kmapのことをともに体積効率係数Kmap(n)と表記し、前回の演算周期での値をKmap(n-1)と表記する。ここでは、吸気流量Qと体積効率係数Kmap(n),Kmap(n-1)に基づいて実充填効率Ecの値が演算される。
The
トルク制御部4はまず、吸気流量Qに基づいて、エアフローセンサー35が設けられた位置での実充填効率Ecに相当する検出充填効率Ec(r)を演算する。検出充填効率Ec(r)は、一回の吸気行程でシリンダー19内に新たに導入される空気量に対応するパラメーターである。なお、実充填効率Ecの値は、ここで得られる検出充填効率Ec(r)よりもやや遅れて変動する。つまり、実充填効率Ecは実際にシリンダー19内に導入された空気量であって吸気応答遅れ後の空気量に対応するものであるのに対して、検出充填効率Ec(r)は吸気応答遅れ前の空気量に対応する。
First, the
また、トルク制御部4は、以下の式4,式5に基づいて実充填効率Ecを演算する。式4中のEc(n)は今回の演算周期での値であり、Ec(n-1)は前回の演算周期での値である。また、Xは吸気応答遅れに相当する変化を実充填効率Ecの値に与えるための時定数であり、Vsはサージタンク21の容積、Vcはシリンダー19の容積である。
上記の演算では、前回の演算周期で得られた実充填効率Ec(n-1)に乗じられる係数の一つとして、前回の演算周期での体積効率係数Kmap(n-1)に対する今回値Kmap(n)の比が用いられる。この比(Kmap(n)/Kmap(n-1))の値は、エンジン10の体積効率が変化しない場合には常に1となり、今回の実充填効率Ec(n)の演算に影響を与えない。一方、吸気弁14,排気弁15のバルブリフト量,バルブタイミングの変化によって検出充填効率Ec(r)が変動した場合には、体積効率が増加するほどこの比の値が増大し、反対に体積効率が減少するほどこの比の値が減少する。これにより、検出充填効率Ec(r)の変動に対する実充填効率Ec(n)の追従性が改善され、収束時間が短縮する。
In the above calculation, the current value for the volumetric efficiency coefficient K map (n-1) in the previous calculation cycle is used as one of the coefficients multiplied by the actual filling efficiency Ec (n-1) obtained in the previous calculation cycle. The ratio of K map (n) is used. The value of this ratio (K map (n) / K map (n-1) ) is always 1 when the volumetric efficiency of the
[3.作用,効果]
エンジン10の体積効率Evは、吸気系の圧力の影響を受けるだけでなく、吸排気弁14,15のバルブリフト量やバルブタイミング等に応じて決まる吸気抵抗の影響を受け、さらに既燃ガスの残留量の影響をも受けて変動する。したがって、体積効率Evの演算値が変化したとき、その変化が吸気系の圧力変化によるものなのか、それとも他の要因によるものなのかを識別することが容易ではない。
[3. Action, effect]
The volumetric efficiency Ev of the
(1)一方、上記のエンジンの制御装置1では、体積効率Evを吸気系圧力で標準化した値が用いられるため、吸気系の圧力変化によらない吸気の入りやすさが把握される。
すなわち、エンジン制御装置1では、第二演算部3の圧力比相当値演算部3Cにおいて、実際のスロットルバルブ23部の圧力比Cの代わりに圧力比相当値Aが演算される。また、体積効率係数演算部3Fでは、実回転速度Neと圧力比相当値Aとに基づいて体積効率係数Kmapが演算される。さらに、トルク制御部4では、大気圧センサー32,インマニ圧センサー34のフェール時に、この体積効率係数Kmapに基づいて実充填効率Ecが演算される。
(1) On the other hand, in the engine control apparatus 1 described above, since the value obtained by standardizing the volumetric efficiency Ev with the intake system pressure is used, it is possible to grasp the ease of intake without depending on the pressure change of the intake system.
That is, in the engine control device 1, the pressure ratio equivalent
このように、体積効率Evを吸気系圧力で『標準化した値』を用いて実充填効率Ecを演算することで、インマニ圧PIMの変化によらない吸入空気の入り込みやすさを把握することができ、実充填効率Ecの演算精度を高めることができる。つまり、吸気系の圧力変化に左右されないエンジン10の吸気性能を評価することができる。
また、図6(a)に示すように、圧力比相当値Aにはスロットルバルブ23部の圧力比Cとの相関が認められるため、実充填効率Ecを精度よく演算することができ、適切な燃料噴射量や点火時期を設定することができる。さらに、圧力比相当値Aと圧力比Cとの相関を利用することで、エンジン10のさまざまな運転状態に対応した複雑なマップやテーブルが不要となり、トルクベース制御に係るデータを記憶するROM容量を削減することができる。
In this way, by calculating the actual charging efficiency Ec using the "normalized values" volumetric efficiency Ev in the intake system pressure, to grasp the enter ease of intake air without depending on the change of the intake manifold pressure P IM It is possible to improve the calculation accuracy of the actual filling efficiency Ec. That is, it is possible to evaluate the intake performance of the
Further, as shown in FIG. 6 (a), since the pressure ratio equivalent value A is correlated with the pressure ratio C of the throttle valve 23, the actual charging efficiency Ec can be calculated with high accuracy, and an appropriate value can be obtained. The fuel injection amount and ignition timing can be set. Furthermore, by utilizing the correlation between the pressure ratio equivalent value A and the pressure ratio C, a complicated map or table corresponding to various operating states of the
(2)また、上記のような『標準化した値』を圧力比相当値Aに基づいて演算することで、吸気系圧力を実測することなく『吸気系の圧力変化によらない吸気の入りやすさ』を把握することができ、エンジン10の体積効率が変動したときの出力トルクを正確に演算することができる。例えば、大気圧センサー32,インマニ圧センサー34の検出精度が低下した場合や故障した場合であっても、正確な実充填効率Ecの値を演算することができる。したがって、トルクベース制御での燃料噴射量の演算や点火時期の設定精度を向上させることができ、ひいてはエンジントルクの制御性を向上させることができる。
(2) In addition, by calculating the “standardized value” as described above based on the pressure ratio equivalent value A, it is possible to calculate “the ease of entering the intake air regardless of the intake system pressure change without actually measuring the intake system pressure. And the output torque when the volumetric efficiency of the
なお、大気圧センサー32,インマニ圧センサー34のフェール状態に応じて、実充填効率Ecの演算に用いられるパラメーターが体積効率係数Kmap及び実体積効率係数Kmaprの何れか一方に切り換えられるため、フェールが発生した前後でエンジン10の出力トルクが大幅に変化するようなことがない。つまり、フェール時であっても非フェール時と変わらないトルク制御を継続することができる。これにより、例えば故障したセンサーを交換するまでの走行時におけるトルクの演算精度を確保することができる。
In addition, since the parameter used for the calculation of the actual filling efficiency Ec is switched to either the volume efficiency coefficient K map or the actual volume efficiency coefficient K mapr according to the failure state of the
(3)さらに、上記のエンジン制御装置1では、第一演算部2において、実測したスロットルバルブ23部の圧力比Cが演算され、この圧力比Cと実回転速度Neとに基づいて実体積効率係数Kmaprが演算される。また、トルク制御部4では、大気圧センサー32及びインマニ圧センサー34の非フェール時に、実体積効率係数Kmaprに基づいて実充填効率Ecが演算される。
これにより、各センサー32,34の検出精度が確保されている場合には、実測値に基づく適切な実充填効率Ecの値を演算することができる。したがって、トルクベース制御での燃料噴射量の演算や点火時期の設定精度を向上させることができ、ひいてはエンジントルクの制御性を向上させることができる。
(3) Further, in the engine control apparatus 1 described above, the
Thereby, when the detection accuracy of each
(4)また、上記のエンジン制御装置1には第二演算部3に第二補正部3Eが設けられており、空燃比やバルブリフト量,バルブタイミングに応じて最大トルクPiMAXの演算値が補正される。これにより、リーン運転やストイキ運転といった燃焼形態や吸気弁14,排気弁15の制御状態に関わらず、エンジン10の吸気性能を評価することができる。
(4) Further, the engine control device 1 is provided with the
(5)また、圧力比相当値Aの演算手法に関して、上記のエンジン制御装置1ではその時点での最大トルクPiMAXと目標トルクPiTGTとを用いて圧力比相当値Aを演算している。これらの最大トルクPiMAX,目標トルクPiTGTは、例えばEGR制御や吸入空気量制御といった、燃料噴射量制御,点火時期制御以外のトルクベース制御でも使用されうるパラメーターであるため、演算値の転用や他の制御への再利用が容易であり、制御プログラムやアルゴリズムの簡素化が容易であるという利点がある。 (5) Regarding the calculation method of the pressure ratio equivalent value A, the engine control apparatus 1 calculates the pressure ratio equivalent value A using the maximum torque Pi MAX and the target torque Pi TGT at that time. These maximum torque Pi MAX and target torque Pi TGT are parameters that can be used in torque base control other than fuel injection amount control and ignition timing control, such as EGR control and intake air amount control, for example. There is an advantage that reuse for other control is easy, and simplification of the control program and algorithm is easy.
(6)また、最大トルクPiMAXの演算に関して、最大トルク演算部6aでは、点火時期を最適点火時期としたときにエンジン10で発生するトルクが最大トルクPiMAXとして演算されている。つまり、たとえ実際の点火時期が最適点火時期でない場合であっても、その時点のエンジン10が発生させうる最大のトルクが最大トルクPiMAXとして演算される。これにより、圧力比相当値Aと実際の圧力比Cとの相関を高めることができる。
(6) Further, regarding the calculation of the maximum torque Pi MAX , the maximum torque calculation unit 6a calculates the torque generated in the
(7)さらに、例えばストイキ空燃比や出力空燃比といった一定の所定空燃比という条件下で最大トルクPiMAXを演算した場合には、空燃比に由来するトルクの相違の影響を取り除くことができ、圧力比相当値Aと実際の圧力比Aとの相関をさらに高めることができる。 (7) Furthermore, when the maximum torque Pi MAX is calculated under the condition of a constant predetermined air-fuel ratio such as stoichiometric air-fuel ratio or output air-fuel ratio, the influence of the difference in torque derived from the air-fuel ratio can be removed, The correlation between the pressure ratio equivalent value A and the actual pressure ratio A can be further increased.
[4.変形例]
[4−1.充填効率を用いた圧力比相当値の演算]
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。また、上述のエンジン制御装置1では、エンジン10の最大トルクPiMAX及び目標トルクPiTGTを用いて圧力比相当値Aを演算しているが、トルクの代わりにシリンダー19内に導入される空気量を用いることで同様の演算を行うことも可能である。
[4. Modified example]
[4-1. Calculation of pressure ratio equivalent value using filling efficiency]
Regardless of the embodiment described above, various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. Each structure of this embodiment can be selected as needed, or may be combined appropriately. In the engine control apparatus 1 described above, the pressure ratio equivalent value A is calculated using the maximum torque Pi MAX and the target torque Pi TGT of the
例えば、上述の実施形態の最大トルクPiMAX及び目標トルクPiTGTの代わりに、最大充填効率EcMAX及び目標充填効率EcTGTを用いて第二圧力比相当値Bを演算し、この第二圧力比相当値Bに基づいて体積効率係数Kmapを演算する構成とすることが考えられる。最大充填効率EcMAXとは、上述の実施形態における最大トルクPiMAXに対応する充填効率Ecであり、エンジン10で最大トルクPiMAXを発生させるのに要求される空気量に基づいて算出される充填効率Ec(スロットル開度を全開にした時の充填効率Ec)である。また、目標充填効率EcTGTは目標トルクPiTGTに対応する充填効率Ecであり、エンジン10で目標トルクPiTGTを発生させるのに要求される空気量に基づいて算出される充填効率Ecである。これらのパラメーターを用いて、以下の式6に示すように、最大充填効率EcMAXに対する目標充填効率EcTGTの比を第二圧力比相当値B(B=EcTGT/EcMAX)とすることができる。
ここで、本発明者らによる試験を通して確認された第二圧力比相当値Bと実際のスロットルバルブ23部の圧力比Cとの関係を、図6(b)に例示する。このグラフは、図6(a)と同様に、エンジン10の実回転速度Ne及び空燃比を一定とし、吸気弁14のバルブリフト量を変化させた場合のそれぞれの第二圧力比相当値Bと圧力比Cとの関係をプロットしたものである。
Here, FIG. 6B illustrates the relationship between the second pressure ratio equivalent value B confirmed through the tests by the present inventors and the actual pressure ratio C of the throttle valve 23 part. Similar to FIG. 6A, this graph shows the respective second pressure ratio equivalent values B when the actual rotational speed Ne and the air-fuel ratio of the
バルブリフトが異なる四つのグラフは、何れも点線状の白丸に沿った形状をなしており、第二圧力比相当値Bと圧力比Cとの間にはバルブリフト量に依存しない相関が認められる。したがって、圧力比Cの代わりに第二圧力比相当値Bを用いてスロットル開度θTHを算出することが可能である。 Each of the four graphs with different valve lifts has a shape along a dotted white circle, and a correlation independent of the valve lift amount is recognized between the second pressure ratio equivalent value B and the pressure ratio C. . Therefore, the throttle opening degree θ TH can be calculated using the second pressure ratio equivalent value B instead of the pressure ratio C.
[4−2.その他]
上記の実施形態では、体積効率係数Kmapに基づいて実充填効率Ecを求める手法を例示したが、体積効率係数をどのような演算に用いるかはこれに限定されない。例えば、体積効率係数Kmapと吸入空気の温度や密度に関する情報とを用いて、吸気流量Qの値を用いることなく実充填効率Ecを演算することも考えられる。この場合、エアフローセンサー35を省略することができ、装置構成を簡素化することができる。したがって、燃料噴射量制御におけるマスフロー方式,スピード・デンシティ方式の双方に適用することが可能である。
[4-2. Others]
In the above embodiment, the method for obtaining the actual filling efficiency Ec based on the volumetric efficiency coefficient K map has been exemplified, but the calculation for using the volumetric efficiency coefficient is not limited to this. For example, it is conceivable to calculate the actual charging efficiency Ec without using the value of the intake flow rate Q by using the volumetric efficiency coefficient K map and information on the temperature and density of the intake air. In this case, the
また、上述の実施形態では、図示平均有効圧Piで表現された最大トルクPiMAX及び目標トルクPiTGTを用いて圧力比相当値Aを演算するものを例示したが、具体的な圧力比相当値Aの演算手法はこれに限定されない。例えば、図示平均有効圧Piの代わりに正味平均有効圧Peやクランクシャフト17に生じるトルク値を用いて圧力比相当値Aを演算してもよい。また、上述の変形例における充填効率Ecの代わりに空気量(空気の体積や質量)を用いて第二圧力比相当値Bを演算してもよい。
Further, in the above-described embodiment, the example in which the pressure ratio equivalent value A is calculated using the maximum torque Pi MAX and the target torque Pi TGT expressed by the indicated mean effective pressure Pi is illustrated, but a specific pressure ratio equivalent value is illustrated. The calculation method of A is not limited to this. For example, the pressure ratio equivalent value A may be calculated using the net average effective pressure Pe or the torque value generated in the
また、上述の実施形態では、エンジン10に要求されるトルクの大きさを基準としたいわゆるトルクベース制御を前提としたものを例示したが、トルクベース制御は必須の要素ではない。少なくとも、エンジン10の出力トルクを制御するトルク制御手段として機能するエンジン制御装置であれば、上述の実施形態と同様の制御を実施することが可能である。なお、上述の実施形態の制御は、ガソリンエンジンだけでなくディーゼルエンジンにも適用することができる。
Moreover, although the above-mentioned embodiment illustrated what presupposes what is called torque base control on the basis of the magnitude | size of the torque requested | required of the
1 エンジン制御装置
2 第一演算部
2A 圧力比演算部(圧力比演算手段)
2B 実体積効率係数演算部(実体積効率係数演算手段)
3 第二演算部
3A 最大トルク演算部
3B 目標トルク演算部
3C 圧力比相当値演算部(圧力比相当値演算手段)
3F 体積効率係数演算部(体積効率係数演算手段)
4 トルク制御部(トルク制御手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
2B Actual volume efficiency coefficient calculation unit (actual volume efficiency coefficient calculation means)
3
3F volumetric efficiency coefficient calculation unit (volumetric efficiency coefficient calculation means)
4 Torque control unit (torque control means)
Claims (7)
前記圧力比相当値と前記エンジンの回転速度とに基づき、前記エンジンの体積効率を吸気系圧力で標準化した値に相当する体積効率係数を演算する体積効率係数演算手段と、
前記体積効率係数に基づき前記エンジンの出力トルクを制御するトルク制御手段と
を備えたことを特徴とする、エンジンの制御装置。 The ratio of the target torque equivalent value of the engine set based on the output request to the engine with respect to the maximum torque equivalent value generated in the engine at the maximum amount of air introduced into the engine according to the rotational speed of the engine Pressure ratio equivalent value calculating means for calculating the pressure ratio equivalent value;
Volumetric efficiency coefficient calculating means for calculating a volumetric efficiency coefficient corresponding to a value obtained by standardizing the volumetric efficiency of the engine with the intake system pressure based on the pressure ratio equivalent value and the rotational speed of the engine;
An engine control apparatus comprising: torque control means for controlling output torque of the engine based on the volumetric efficiency coefficient.
前記吸気圧力センサーで検出された前記吸気系圧力に基づき、前記吸気系のスロットルバルブ部の上流圧に対する下流圧の比を実圧力比として演算する圧力比演算手段と、
前記実圧力比及び前記エンジンの回転速度に基づき、前記エンジンの体積効率を前記吸気系圧力で標準化した値の実測値である実体積効率係数を演算する実体積効率係数演算手段とを備え、
前記トルク制御手段が、前記体積効率係数及び前記実体積効率係数に基づき前記エンジンの出力トルクを制御する
ことを特徴とする、請求項1記載のエンジンの制御装置。 An intake pressure sensor provided in the intake system of the engine for detecting the intake system pressure;
Pressure ratio calculation means for calculating a ratio of the downstream pressure to the upstream pressure of the throttle valve portion of the intake system as an actual pressure ratio based on the intake system pressure detected by the intake pressure sensor;
An actual volume efficiency coefficient calculating means for calculating an actual volume efficiency coefficient that is an actual measurement value of a value obtained by standardizing the volume efficiency of the engine with the intake system pressure based on the actual pressure ratio and the rotational speed of the engine;
The engine control apparatus according to claim 1, wherein the torque control means controls the output torque of the engine based on the volumetric efficiency coefficient and the actual volumetric efficiency coefficient.
前記吸気圧力センサーのフェール時に、前記体積効率係数に基づき前記エンジンの出力トルクを制御するとともに、
前記吸気圧力センサーの非フェール時に、前記実体積効率係数に基づき前記エンジンの出力トルクを制御する
ことを特徴とする、請求項2記載のエンジンの制御装置。 The torque control means is
When the intake pressure sensor fails, the engine output torque is controlled based on the volumetric efficiency coefficient,
The engine control device according to claim 2, wherein the engine output torque is controlled based on the actual volumetric efficiency coefficient when the intake pressure sensor is not failing.
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。 The engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the pressure ratio equivalent value calculating means calculates the maximum torque equivalent value in accordance with a valve lift amount or valve timing of an intake / exhaust valve. Control device.
ことを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。 The pressure ratio equivalent value calculating means, the torque generated by the engine when the optimal ignition timing and the ignition timing, characterized in that calculated as the maximum torque value corresponding to any one of claims 1-4 the engine control apparatus according to.
ことを特徴とする、請求項1〜5の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。 The pressure ratio equivalent value calculating means, characterized by calculating the maximum torque generated by the engine during combustion at a predetermined air-fuel ratio set in advance as the maximum torque equivalent value, one of claims 1 to 5 or control device for an engine according to (1).
ことを特徴とする、請求項1〜6の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。 The pressure ratio equivalent value calculating means uses the maximum charging efficiency of the engine as the maximum torque equivalent value, and uses the target charging efficiency calculated based on the amount of air introduced into the engine as the target torque equivalent value. Te, characterized by calculating the pressure ratio equivalent value, the engine control apparatus according to any one of claims 1-6.
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