JP2009085227A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は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.
車両の運転者の要求を表すアクセル踏込み量等に対応して吸気量(すなわち、目標吸気量)を設定し、この目標吸気量に基づいてスロットル弁の目標開度(すなわち、目標スロットル開度)を求め、スロットル弁の開度をこの目標スロットル開度になるように制御して吸気量を制御する内燃機関の制御装置が公知である(例えば、特許文献1参照)。 An intake air amount (that is, a target intake air amount) is set corresponding to an accelerator depression amount that represents a request of the driver of the vehicle, and a target opening of the throttle valve (that is, a target throttle opening) is set based on the target intake air amount. And a control device for an internal combustion engine that controls the intake amount by controlling the opening of the throttle valve to be the target throttle opening is known (for example, see Patent Document 1).
上記のような内燃機関の制御装置においては、目標吸気量に基づいた目標スロットル開度の設定とそれに続くスロットル弁の開度制御において制御異常が発生していないかどうかを判別することが好ましい。そしてこのような制御異常の有無を判別する方法としては、上記アクセル踏込み量と機関回転数とから決定され得る要求スロットル開度と、スロットル開度センサにより計測された実際のスロットル開度とを比較して行う方法が考えられるのであるが、実際にはこれら二つのスロットル開度は一致しない場合があり、この方法では制御異常の有無を正確に判別できない場合がある。 In the control apparatus for an internal combustion engine as described above, it is preferable to determine whether or not a control abnormality has occurred in the setting of the target throttle opening based on the target intake air amount and the subsequent throttle valve opening control. As a method for determining the presence or absence of such control abnormality, the required throttle opening that can be determined from the accelerator depression amount and the engine speed is compared with the actual throttle opening measured by the throttle opening sensor. However, there are cases where the two throttle openings do not coincide with each other, and this method may not accurately determine whether or not there is a control abnormality.
すなわち、例えば、電子制御式トランスミッションが搭載されている場合や横滑り等を防止して車両を安定させるために機関の出力を制御するシステムが搭載されている場合には、上記目標吸気量が運転者の要求を表すアクセル踏込み量及び機関回転数の他、車両や機関の運転状態にも基づいて決定されるため、上記要求スロットル開度と上記目標スロットル開度とが必ずしも一致せず、その結果として制御が正常であっても上記要求スロットル開度と実際のスロットル開度とが一致しない場合がある。また、スロットル開度と吸気弁の開弁特性(例えば、リフト量等)とを制御して吸気量を制御するものにおいては、吸気弁の開弁特性によって同じ目標吸気量を実現するスロットル開度が異なることになるため、上記要求スロットル開度と上記目標スロットル開度とが一致しない場合が生じ、上記要求スロットル開度と実際のスロットル開度とが一致しない場合が生じるのである。 That is, for example, when an electronically controlled transmission is installed, or when a system that controls the engine output to stabilize the vehicle by preventing skidding or the like is installed, the target intake air amount is determined by the driver. Therefore, the required throttle opening and the target throttle opening do not always match, and as a result, the determined throttle opening and the engine speed are determined based on the operating state of the vehicle and the engine. Even if the control is normal, the required throttle opening may not match the actual throttle opening. Further, in the case of controlling the intake air amount by controlling the throttle opening and the valve opening characteristics (for example, lift amount) of the intake valve, the throttle opening that achieves the same target intake air amount by the valve opening characteristics of the intake valve Therefore, there is a case where the required throttle opening and the target throttle opening do not coincide with each other, and there is a case where the requested throttle opening and the actual throttle opening do not coincide with each other.
本発明は、上記のような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、目標吸気量に基づいて目標スロットル開度を決定する内燃機関の制御装置であって、制御異常を簡易に且つより確実に検出することのできる内燃機関の制御装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is a control device for an internal combustion engine that determines a target throttle opening based on a target intake air amount. It is an object to provide a control device for an internal combustion engine that can be detected more reliably.
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された内燃機関の制御装置を提供する。 The present invention provides a control device for an internal combustion engine described in each claim as a means for solving the above-mentioned problems.
1番目の発明は、目標吸気量に基づいて目標スロットル開度を決定する内燃機関の制御装置において、上記目標吸気量とエアフローメータで計測した吸気量とを比較して制御異常を検出する、内燃機関の制御装置を提供する。 In a control apparatus for an internal combustion engine that determines a target throttle opening based on a target intake air amount, an internal combustion engine that detects a control abnormality by comparing the target intake air amount with an intake air amount measured by an air flow meter. An engine control device is provided.
1番目の発明では、上記目標吸気量とエアフローメータで計測した吸気量とを比較して制御異常を検出するようになっている。このようにすることによって、上記目標スロットル開度の決定やスロットル弁の制御の過程における制御異常を簡易に且つより確実に検出することが可能となる。 In the first aspect of the invention, a control abnormality is detected by comparing the target intake air amount with the intake air amount measured by the air flow meter. By doing so, it becomes possible to easily and more reliably detect the control abnormality in the process of determining the target throttle opening and controlling the throttle valve.
2番目の発明は、目標吸気量に基づいて目標スロットル開度を決定する内燃機関の制御装置において、スロットル弁下流側の吸気管内圧力に基づいて吸気量を求める吸気量算出式を備えていて、上記目標吸気量と、吸気管内圧力センサによって計測された上記吸気管内圧力を用いて上記吸気量算出式から求めた吸気量とを比較して制御異常を検出する、内燃機関の制御装置を提供する。 A second aspect of the invention relates to a control device for an internal combustion engine that determines a target throttle opening based on a target intake air amount, and includes an intake air amount calculation formula that calculates an intake air amount based on an intake pipe pressure downstream of a throttle valve, Provided is a control device for an internal combustion engine that detects a control abnormality by comparing the target intake air amount with an intake air amount obtained from the intake air amount calculation formula using the intake pipe internal pressure measured by an intake pipe internal pressure sensor. .
2番目の発明では、上記目標吸気量と、吸気管内圧力センサによって計測された上記吸気管内圧力を用いて求めた吸気量とを比較して制御異常を検出するようになっている。このようにすることによっても、上記目標スロットル開度の決定やスロットル弁の制御の過程における制御異常を簡易に且つより確実に検出することが可能となる。 In the second aspect of the invention, a control abnormality is detected by comparing the target intake air amount with the intake air amount obtained using the intake pipe internal pressure measured by the intake pipe internal pressure sensor. This also makes it possible to easily and more reliably detect a control abnormality in the process of determining the target throttle opening and controlling the throttle valve.
また、3番目の発明では1番目または2番目の発明において、上記目標吸気量と上記目標スロットル開度の少なくとも一方は、運転者の要求の他、車両と内燃機関の少なくとも一方の運転状態に基づいて決定されるようになっている。
なお、ここで言う内燃機関の運転状態には、その時の吸気弁または排気弁の開弁特性も含むものとする。
In the third invention, in the first or second invention, at least one of the target intake air amount and the target throttle opening is based on a driving condition of at least one of the vehicle and the internal combustion engine in addition to a driver's request. To be determined.
The operating state of the internal combustion engine referred to here includes the opening characteristics of the intake valve or exhaust valve at that time.
各請求項に記載の発明は、目標吸気量に基づいて目標スロットル開度を決定する内燃機関の制御装置において、簡易に且つより確実に制御異常を検出できるという共通の効果を奏する。 The invention described in each claim has a common effect that the control abnormality of the internal combustion engine that determines the target throttle opening degree based on the target intake air amount can detect the control abnormality easily and more reliably.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、同一または類似の構成要素には共通の参照番号を付す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or similar components are denoted by common reference numerals.
図1は本発明を筒内噴射型火花点火式内燃機関に適用した場合の一例を示す概略図である。なお、本発明は別の火花点火式内燃機関や圧縮自着火式内燃機関に適用してもよい。 FIG. 1 is a schematic view showing an example in which the present invention is applied to a direct injection spark ignition type internal combustion engine. The present invention may be applied to other spark ignition internal combustion engines and compression ignition internal combustion engines.
図1において、1は内燃機関本体、2は吸気弁、3は吸気ポート、4は排気弁、5は排気ポート、6はシリンダ(気筒)7内に形成された燃焼室をそれぞれ示す。各気筒の吸気ポート3は下流側の吸気管8を介してサージタンク9に連結され、サージタンク9は上流側の吸気管10を介してエアクリーナ11へ連結される。上記吸気管10内にはスロットル弁12が配置される。一方、各気筒の排気ポート5は排気管13に連結される。
In FIG. 1,
また、14はバルブリフト量を変更するためのバルブリフト量変更装置を示している。つまり、本実施形態ではバルブリフト量変更装置14を作動させることにより、吸気弁2のバルブリフト量を制御することができる。
バルブリフト量変更装置14を作動させることによって吸気弁2のバルブリフト量が変更されると、それに伴って吸気弁2の開口面積が変更されることになる。本実施形態の吸気弁2では、バルブリフト量が増加されるに従って吸気弁2の開口面積が増加する。また後述するように本実施形態ではバルブリフト量変更装置14によって吸気弁2のバルブリフト量が変更されると、それに伴って吸気弁2の作用角も変更される。
When the valve lift amount of the
一方、15は吸気弁2のバルブリフト量及び作用角を変更することなく開閉タイミングをシフトさせるための開閉タイミングシフト装置を示している。つまり、開閉タイミングシフト装置15を作動することにより、吸気弁2の開閉タイミングを進角側にシフトさせたり、遅角側にシフトさせたりすることができ、これによってバルブオーバーラップ量の調整等を行うことができる。
On the other hand,
16は燃料噴射弁、17は点火栓、18は吸気弁2のバルブリフト量及び作用角、並びに開閉タイミングシフト量を検出するための開弁特性センサ、19は機関回転数を検出するための機関回転数センサである。20は内燃機関の周囲の大気の圧力を計測するための大気圧センサ、21は内燃機関冷却水の温度を計測するための冷却水温センサ、22は内燃機関の周囲の大気の温度を計測するための大気温センサである。23はスロットル弁12の開度を計測するためのスロットル開度センサ、24はエアフローメータ、25はスロットル弁12よりも下流側の吸気管内の圧力を計測するための吸気管内圧力センサである。26はアクセルペダル27に接続された負荷センサであり、アクセルペダル27の踏込み量(すなわち、アクセル踏込み量)に比例した出力を発生する。28はECU(電子制御装置)であり、図1に示されているように上述の各センサの出力はここへ入力される。
16 is a fuel injection valve, 17 is a spark plug, 18 is a valve opening characteristic sensor for detecting the valve lift amount and operating angle of the
本実施形態において、燃料噴射弁16はECU28に接続されており、ECU28からの信号によって噴射される燃料量や噴射時期を制御することができる。同様に、点火栓17もECU28に接続されており、ECU28からの信号によって点火時期を制御することができる。また、スロットル弁12の開度はアクセル踏込み量とは無関係に変更することができ、スロットル開度を調整することでスロットル弁下流側の吸気管内の圧力を制御することができる。
In the present embodiment, the
図2は、バルブリフト量変更装置14が作動されるのに伴って吸気弁2のバルブリフト量が変化する様子を示した図である。図2に示すように、バルブリフト量変更装置14によって吸気弁2のバルブリフト量が連続的に変更せしめられる。また、上述したように本実施形態においては、バルブリフト量の変化に伴って、吸気弁2の開弁期間に対応する作用角についても変化する。詳細には、吸気弁2のバルブリフト量が増加せしめられるのに伴って、吸気弁2の作用角が増加せしめられる(実線→破線→一点鎖線)。
FIG. 2 is a diagram showing how the valve lift amount of the
また、本実施形態では、バルブリフト量変更装置14が作動されるのに伴って、吸気弁2のバルブリフト量がピークとなるタイミングも変更せしめられる。より詳細には、図2に示されているように、吸気弁2のバルブリフト量が増加せしめられるのに伴って、吸気弁2のバルブリフト量がピークとなるタイミングが遅角せしめられる。
Further, in the present embodiment, as the valve lift
図3は、開閉タイミングシフト装置15が作動されるのに伴って吸気弁2の開閉タイミングがシフトする様子を示した図である。図3に示すように、開閉タイミングシフト装置15によって吸気弁2の開閉タイミングが連続的に変更せしめられる。この時、吸気弁2の作用角は変更されない。
FIG. 3 is a diagram showing how the opening / closing timing of the
本実施形態では、各気筒の燃焼室6内に吸入される空気量を、吸気弁2の開弁特性(リフト量、作用角、バルブタイミング)とスロットル弁12の開度(より詳細には、スロットル弁下流側の吸気管内圧力)とを協調制御することによって制御することができる。つまり、内燃機関の吸気量を、吸気弁2の開弁特性とスロットル弁12の開度とを協調制御することによって制御することができる。また、他の実施形態では、これらに加え、アイドルスピードコントロールバルブ(図示なし)の開度を制御することによって吸気量を制御するようにしてもよい。
In the present embodiment, the amount of air sucked into the combustion chamber 6 of each cylinder is determined based on the valve opening characteristics (lift amount, operating angle, valve timing) of the
ところで、近年、内燃機関の吸気系を流体力学等に基づいてモデル化し、そのモデルを用いて算出した制御パラメータに基づいて内燃機関の制御を行うことが検討されている。すなわち、例えば、内燃機関の吸気系について、スロットルモデル、吸気管モデル、吸気弁モデル等を構築して吸気系を通過する空気について表したモデル式を求め、これら各モデル式を用いることにより各種の制御に必要なパラメータを算出して、これらに基づいて内燃機関の制御を行うようにする。 In recent years, it has been studied to model an intake system of an internal combustion engine based on fluid dynamics and the like and to control the internal combustion engine based on control parameters calculated using the model. That is, for example, for an intake system of an internal combustion engine, a throttle model, an intake pipe model, an intake valve model, etc. are constructed to obtain model expressions representing air passing through the intake system, and various models can be obtained by using these model expressions. Parameters necessary for control are calculated, and the internal combustion engine is controlled based on these parameters.
そして、本実施形態においても、図1に示したような構成において、その吸気系がスロットルモデル、吸気管モデル、吸気弁モデルの各モデルにモデル化され、以下で説明するような各モデル式が具備されている。以下、上記の各モデル及びそのモデル式について説明する。 Also in the present embodiment, in the configuration as shown in FIG. 1, the intake system is modeled as a throttle model, an intake pipe model, and an intake valve model. It is equipped. Hereinafter, each model and its model formula will be described.
まずスロットルモデルについて説明する。スロットルモデルはスロットル弁をモデル化したものであり、これによるとスロットル弁通過空気流量mt(g/s)が下記(1)式によって表される。ここで、Pac(kPa)はスロットル弁12の上流側の吸気管内圧力(以下、「上流側吸気管内圧力」と称す)であり、少なくともエアクリーナ11の圧力損失を考慮して求められた値である。また、Ta(K)は大気温度、Pm(kPa)はスロットル弁12より下流側の吸気管内圧力(以下、「下流側吸気管内圧力」と称す)、Rは気体定数である。更に、μはスロットル弁12における流量係数で、スロットル開度θtの関数であり、図4に示したようなマップから定まる。また、At(m2)はスロットル弁の開口断面積(以下、「スロットル開口面積」と称す)を示し、スロットル開度θtの関数である。なお、これら流量係数μ及びスロットル開口面積Atをまとめたμ・Atをスロットル開度θtだけを変数とする関数F(θt)とすると、(1)式は(2)式のように書き換えることができる。そしてこの関数F(θt)の値を実験またはシミュレーション等によって求めてθtを引数とするマップを事前に作成しておけば、そのマップに基づいてスロットル開度θtからF(θt)の値を求めることができる。
First, the throttle model will be described. The throttle model is a model of a throttle valve. According to this, the throttle valve passing air flow rate mt (g / s) is expressed by the following equation (1). Here, Pac (kPa) is the intake pipe internal pressure upstream of the throttle valve 12 (hereinafter referred to as “upstream intake pipe internal pressure”), and is a value obtained in consideration of at least the pressure loss of the
Φ(Pm/Pac)は下記(3)式に示した関数であり、この(3)式におけるκは比熱比(κ=Cp(等圧比熱)/Cv(等容比熱)であり、一定値とする)である。この関数Φ(Pm/Pac)は図5に示したようなグラフに表すことができるので、このようなグラフをマップとしてECU28に保存し、実際には(3)式を用いて計算するのではなくマップからΦ(Pm/Pac)の値を求めるようにしてもよい。
Φ (Pm / Pac) is a function shown in the following equation (3), and κ in this equation (3) is a specific heat ratio (κ = Cp (isobaric specific heat) / Cv (isovolume specific heat), a constant value. ). Since this function Φ (Pm / Pac) can be expressed in a graph as shown in FIG. 5, such a graph is stored as a map in the
これらスロットルモデルのモデル式である(1)式から(3)式は、スロットル弁12上流の気体の圧力を上流側吸気管内圧力Pac、スロットル弁12上流の気体の温度を大気温度Ta、スロットル弁12を通過する気体の圧力を下流側吸気管内圧力Pmとして、図6に示したようなスロットル弁12のモデルに対して、質量保存則、エネルギ保存則及び運動量保存則を適用し、更に気体の状態方程式、比熱比の定義式、及びマイヤーの関係式を利用することによって得られる。
Equations (1) to (3), which are model equations of these throttle models, are: the gas pressure upstream of the
なお、ここでスロットル弁12上流の気体の圧力として大気圧Paではなく、上記上流側吸気管内圧力Pacを用いたのは、実際のスロットル弁12上流側の圧力は、機関吸気系におけるスロットル弁上流側の圧力損失があるために、通常、機関運転中においては大気圧Paより低い圧力となっているからである。そして特に図1に示した構成においては、機関吸気系の最上流部にエアクリーナ11が設けられているので、より正確にスロットル弁通過空気流量mtを算出するためには、少なくともエアクリーナ11の圧力損失を考慮して求めた上記上流側吸気管内圧力Pacを用いることがより好ましいと考えられる。
Here, the upstream side intake pipe pressure Pac, not the atmospheric pressure Pa, is used as the gas pressure upstream of the
ところで、上記上流側吸気管内圧力Pacは、スロットル弁12の直上流に圧力センサを設けて計測するようにしてもよいが、圧力センサを使用しないで算出することも可能である。すなわち、大気圧Paと上流側吸気管内圧力Pacとの差は、ベルヌーイの定理により、下記(4)式のように表すことができる。
Incidentally, the upstream side intake pipe pressure Pac may be measured by providing a pressure sensor immediately upstream of the
ここで、ρは大気密度であり、vはエアクリーナ11を通過する空気の流速であり、Gaはエアクリーナ11を通過する空気の流量であり、kはvとGaの比例係数である。標準大気密度ρ0と、標準大気密度ρ0を現在の大気密度ρへ変換するための圧力補正係数ekpa及び温度補正係数ekthaとを使用すれば、(4)式は下記(5)式のように書き換えることができる。更に、(5)式は、流量Gaだけを変数とする関数f(Ga)を使用して下記(6)式のように書き換えることができる。そして、この関数f(Ga)の値を実験またはシミュレーション等によって求めてGaを引数とするマップを事前に作成しておけば、そのマップに基づいて流量Gaからf(Ga)の値を求めることができる。
Here, ρ is the atmospheric density, v is the flow velocity of air passing through the
(6)式は、上記上流側吸気管内圧力Pacを表す下記(7)式のように変形することができる。(7)式において、流量Gaは、エアクリーナ11の下流側のエアフローメータ24により計測することができる。そして、その流量Gaを用いて上述したf(Ga)のマップからf(Ga)の値を求めることができる。また、圧力補正係数ekpaは、計測される大気圧Paにより設定可能であり、温度補正係数ekthaは、計測される大気温度Taにより設定可能である。
The expression (6) can be modified as the following expression (7) representing the upstream side intake pipe pressure Pac. In the equation (7), the flow rate Ga can be measured by the
また、(7)式において、エアクリーナ11を通過する空気の流量Gaは、スロットル弁通過空気流量mtと考えることができ、(7)式は下記(8)式のように変形することができる。
In the equation (7), the flow rate Ga of the air passing through the
更に、上記流量Gaは機関回転数NE及び後述する筒内空気充填率Klに比例することから、jを比例係数とすると上記(7)式は下記(9)式のように変形することもできる。 Further, since the flow rate Ga is proportional to the engine speed NE and an in-cylinder air filling rate Kl described later, the equation (7) can be modified as the following equation (9) when j is a proportional coefficient. .
次に吸気管モデルについて説明する。吸気管モデルは、スロットル弁12から吸気弁2までの吸気管8等の部分(以下、「吸気管部分」と称す)8´をモデル化したものであり、これによると下流側吸気管内圧力Pm(kPa)及び下流側吸気管内温度Tm(K)について下記(10)式及び(11)式のようなモデル式が得られる。ここで、mc(g/s)は筒内吸入空気流量であり、Vm(m3)は上記吸気管部分8´の容積に等しい定数である。
Next, the intake pipe model will be described. The intake pipe model is a model of a portion 8 ′ such as an intake pipe 8 (hereinafter referred to as “intake pipe portion”) from the
ここで、吸気管モデルについて図7を参照して説明する。吸気管部分8´の総気体量をMとすると、総気体量Mの時間的変化は、吸気管部分8´に流入する気体の流量、すなわちスロットル弁通過空気流量mtと、吸気管部分8´から流出する気体の流量、すなわち筒内吸入空気流量mcとの差に等しいため、質量保存則により下記(12)式が得られ、この(12)式及び気体の状態方程式(Pm・Vm=M・R・Tm)より、(10)式が得られる。 Here, the intake pipe model will be described with reference to FIG. When the total gas amount in the intake pipe portion 8 ′ is M, the temporal change in the total gas amount M is the flow rate of the gas flowing into the intake pipe portion 8 ′, that is, the air flow rate mt passing through the throttle valve, and the intake pipe portion 8 ′. Therefore, the following equation (12) is obtained from the law of conservation of mass, and this equation (12) and the equation of state of gas (Pm · Vm = M (10) is obtained from (R · Tm).
また、吸気管部分8´の気体のエネルギM・Cv・Tmの時間的変化量は、吸気管部分8´に流入する気体のエネルギと吸気管部分8´から流出する気体のエネルギとの差に等しい。このため、吸気管部分8´に流入する気体の温度を大気温度Ta、吸気管部分8´から流出する気体の温度を下流側吸気管内温度Tmとすると、エネルギ保存則により下記(13)式が得られ、この(13)式及び上記気体の状態方程式より、(11)式が得られる。 The temporal change amount of the gas energy M · Cv · Tm in the intake pipe portion 8 ′ is the difference between the energy of the gas flowing into the intake pipe portion 8 ′ and the energy of the gas flowing out of the intake pipe portion 8 ′. equal. Therefore, if the temperature of the gas flowing into the intake pipe portion 8 ′ is the atmospheric temperature Ta and the temperature of the gas flowing out of the intake pipe portion 8 ′ is the downstream intake pipe temperature Tm, the following equation (13) is obtained according to the energy conservation law. From this equation (13) and the gas equation of state, equation (11) is obtained.
最後に吸気弁モデルについて説明する。吸気弁モデルは吸気弁をモデル化したものであり、これによると筒内吸入空気流量mcが下記(14)式のようなモデル式で表される。(14)式におけるA、Bは、少なくとも機関回転数NEに基づいて定められる適合パラメータであり、予めマップを作成しておき、必要に応じてマップを検索して求めるようにする。なお、本実施形態においては、上述したように吸気弁2に対してバルブリフト量変更装置14及び開閉タイミングシフト装置15が設けられており、吸気弁2のバルブリフト量及び開閉タイミング等の開弁特性を変更できるので、上記適合パラメータA、Bは、吸気弁2の開弁特性の設定状態にも基づいて定められる。
Finally, the intake valve model will be described. The intake valve model is a model of the intake valve, and according to this, the in-cylinder intake air flow rate mc is expressed by a model expression such as the following expression (14). A and B in the equation (14) are compatible parameters determined based on at least the engine speed NE. A map is created in advance, and the map is searched for and obtained as necessary. In the present embodiment, as described above, the valve lift
上述した吸気弁モデルについて図8を参照して説明する。一般に、吸気弁2が閉じた時に燃焼室6内に充填されている空気の量である筒内充填空気量Mcは、吸気弁2が閉弁する時(吸気弁閉弁時)に確定し、吸気弁閉弁時の燃焼室6内の圧力に比例する。また、吸気弁閉弁時の燃焼室6内の圧力は吸気弁上流の気体の圧力、すなわち下流側吸気管内圧力Pmと等しいとみなすことができる。したがって、筒内充填空気量Mcは、下流側吸気管内圧力Pmに比例すると近似することができる。
The above intake valve model will be described with reference to FIG. In general, the cylinder charge air amount Mc, which is the amount of air charged in the combustion chamber 6 when the
ここで、単位時間当たりに吸気管部分8´から流出する全空気の量を平均化したもの、または単位時間当たりに吸気管部分8´から全ての燃焼室6に吸入される空気の量を一つの気筒の吸気行程に亘って平均化したものを筒内吸入空気流量mc(以下で詳述する)とすると、筒内充填空気量Mcが下流側吸気管内圧力Pmに比例することから、筒内吸入空気流量mcも下流側吸気管内圧力Pmに比例すると考えられる。このことから、理論及び経験則に基づいて、上記(14)式が得られる。なお、上記(14)式における適合パラメータAは比例係数であり、適合パラメータBは排気弁閉弁時において燃焼室6内に残存している既燃ガス量に関連する値である。 Here, the average amount of all the air flowing out from the intake pipe portion 8 ′ per unit time, or the amount of air taken into all the combustion chambers 6 from the intake pipe portion 8 ′ per unit time is equalized. If the cylinder intake air flow rate mc (detailed below) is averaged over the intake stroke of one cylinder, the cylinder charge air amount Mc is proportional to the downstream intake pipe pressure Pm. The intake air flow rate mc is also considered to be proportional to the downstream side intake pipe pressure Pm. From this, the above equation (14) is obtained based on the theory and empirical rules. Note that the conforming parameter A in the equation (14) is a proportionality coefficient, and the conforming parameter B is a value related to the amount of burnt gas remaining in the combustion chamber 6 when the exhaust valve is closed.
なお、適合パラメータA、Bについて、機関回転数等が同じであっても下流側吸気管内圧力Pmが大きい場合と小さい場合とでそれぞれ異なる二つの値(例えば、A1、B1及びA2、B2)をとるようにすることによって、すなわち、筒内吸入空気流量mcを二つの上記(14)式のような式(つまり、下流側吸気管内圧力Pmの一次式)で示すようにすることによって、筒内吸入空気流量mcをより正確に求めることが可能な場合があることがわかっている。これは、特に吸気弁2と排気弁4とが共に開いている期間(すなわち、バルブオーバーラップ)がある場合等において既燃ガスが吸気ポート3に逆流することに関連するものと考えられる。すなわち、バルブオーバーラップがある場合において、下流側吸気管内圧力Pmが所定圧力以上である時には、下流側吸気管内圧力Pmが高いほど既燃ガスの逆流が顕著に減少するために、上記所定圧力以下である時に比較して、Aの値は大きくされると共にBの値は小さくされる。
Note that the conforming parameters A and B have two different values (for example, A1, B1, and A2, B2) that differ depending on whether the downstream side intake pipe pressure Pm is large or small even if the engine speed is the same. In other words, the in-cylinder intake air flow rate mc is expressed by the two expressions (14) (that is, the primary expression of the downstream intake pipe pressure Pm). It has been found that the intake air flow rate mc can sometimes be determined more accurately. This is considered to be related to the fact that the burned gas flows backward to the intake port 3 particularly when there is a period in which both the
ここで、筒内吸入空気流量mcについて、図9を参照して内燃機関が4気筒である場合について説明する。なお、図9は横軸がクランクシャフトの回転角度、縦軸が単位時間当たりに吸気管部分8´から燃焼室6に実際に流入する空気の量である。図9に示したように、4気筒の内燃機関では、吸気弁2が例えば1番気筒、3番気筒、4番気筒、2番気筒の順に開弁し、各気筒に対応する吸気弁2の開弁量に応じて吸気管部分8´から各気筒の燃焼室6内へ空気が流入する。吸気管部分8´から各気筒の燃焼室6内に流入する空気の流量の変位は図9に破線で示した通りであり、これらを総合した吸気管部分8´から全気筒の燃焼室6に流入する空気の流量は図9に実線で示した通りである。また、例えば1番気筒への筒内充填空気量Mcは図9に斜線で示した部分に相当する。
Here, the cylinder intake air flow rate mc will be described with reference to FIG. 9 when the internal combustion engine has four cylinders. In FIG. 9, the horizontal axis represents the rotation angle of the crankshaft, and the vertical axis represents the amount of air actually flowing into the combustion chamber 6 from the intake pipe portion 8 ′ per unit time. As shown in FIG. 9, in a four-cylinder internal combustion engine, the
これに対して、実線で示した吸気管部分8´から全ての気筒の燃焼室6に流入する空気の量を平均化したものが筒内吸入空気流量mcであり、図中に一点鎖線で示されている。そして、この一点鎖線で示した筒内吸入空気流量mcに、4気筒の場合にはクランクシャフトが180°(すなわち、4ストローク式内燃機関において1サイクル中にクランクシャフトが回転する角度720°を気筒数で割った角度)回転するのにかかる時間ΔT180°を乗算したものが筒内充填空気量Mcとなる。したがって、吸気弁モデルで算出された筒内吸入空気流量mcにΔT180°を乗算することで、筒内充填空気量Mcを算出することができる(Mc=mc・ΔT180°)。更に、この筒内充填空気量Mcを、1気圧、25℃の状態において一気筒当たりの排気量に相当する容積を占める空気の質量で除算することによって筒内空気充填率Klを算出することができる。このように筒内充填空気量Mc、筒内吸入空気流量mc、筒内空気充填率Klは互いに比例関係にあり、何れか一つの値を求めれば他の値を求めることができる。すなわち、これらの値は相互に換算することが可能である。 On the other hand, the in-cylinder intake air flow rate mc is obtained by averaging the amount of air flowing into the combustion chambers 6 of all the cylinders from the intake pipe portion 8 'indicated by the solid line, and is indicated by a one-dot chain line in the figure. Has been. In the cylinder intake air flow rate mc indicated by the one-dot chain line, in the case of four cylinders, the crankshaft is 180 ° (that is, the angle 720 ° at which the crankshaft rotates during one cycle in the four-stroke internal combustion engine) Multiplying the time ΔT 180 ° required for rotation by the angle divided by the number is the in-cylinder charged air amount Mc. Accordingly, the cylinder intake air amount Mc can be calculated by multiplying the cylinder intake air flow rate mc calculated by the intake valve model by ΔT 180 ° (Mc = mc · ΔT 180 ° ). Further, the in-cylinder air filling rate Kl can be calculated by dividing the in-cylinder charged air amount Mc by the mass of air that occupies a volume corresponding to the displacement per cylinder in the state of 1 atm and 25 ° C. it can. Thus, the cylinder charge air amount Mc, the cylinder intake air flow rate mc, and the cylinder air charge rate Kl are proportional to each other, and if any one value is obtained, another value can be obtained. That is, these values can be converted into each other.
なお、本明細書において、内燃機関の吸気量とは、内燃機関の(稼動中の)全気筒の燃焼室内に吸入される空気の量のことであり、これは上記の筒内充填空気量Mc、筒内吸入空気流量mc、筒内空気充填率Klの何れを用いても表現することができる。 In this specification, the intake air amount of the internal combustion engine is the amount of air taken into the combustion chambers of all the cylinders (in operation) of the internal combustion engine, and this is the above-mentioned in-cylinder charged air amount Mc. Any of the in-cylinder intake air flow rate mc and the in-cylinder air filling rate Kl can be used.
ところで、本実施形態においては、上述したように、バルブリフト量変更装置14や開閉タイミングシフト装置15によって吸気弁2の開弁特性(リフト量、作用角、バルブタイミング)を制御することができ、スロットル弁12によって下流側吸気管内圧力を制御することができる。そして、この開弁特性とスロットル弁12の開度(より詳細には、スロットル弁下流側の吸気管内圧力)とを協調制御することによって吸気量が制御される。すなわち、スロットル弁と、開弁特性制御手段であるバルブリフト量変更装置14及び開閉タイミングシフト装置15とが協働して吸気量を制御する。そして、本実施形態ではこのような吸気量制御の際に、上述した各モデル式を利用した制御がなされる。以下ではその具体的な方法について図10のフローチャートを参照しつつ説明する。
By the way, in this embodiment, as described above, the valve opening characteristics (lift amount, operating angle, valve timing) of the
図10は、本実施形態において実施されている吸気量制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはECU28により予め定めた時間、すなわち制御周期Ts毎の割込みによって実施される。
FIG. 10 is a flowchart showing a control routine of intake air amount control implemented in the present embodiment. This control routine is executed by an interruption every predetermined time by the
本制御ルーチンがスタートすると、まずステップ101において、制御周期Tsに相当する時間経過後に実現すべき目標吸気量mctaが求められる。なお、上述したように吸気量は、上記の筒内充填空気量Mc、筒内吸入空気流量mc、筒内空気充填率Klの何れを用いても表現することができるが、以下の説明では筒内吸入空気流量mcを用いて表現する。したがって、上記目標吸気量mctaは、より詳細には、制御周期Tsに相当する時間経過後に実現すべき筒内吸入空気流量mcのことである。
When the present control routine is started, first, at
この目標吸気量mctaは、運転者の要求を表すアクセル踏込み量L及び機関回転数NEに要求トルクTQrを対応させたマップと、要求トルクTQrに目標吸気量mctaを対応させたマップとを事前に作成しておき、これらのマップに基づいて求めるようにしてもよいが、本実施形態においては以下のようにして求められる。 For this target intake air amount mcta, a map in which the required torque TQr is associated with the accelerator depression amount L and the engine speed NE representing the driver's request, and a map in which the target intake air amount mcta is associated with the required torque TQr in advance. Although it may be prepared and obtained based on these maps, in the present embodiment, it is obtained as follows.
すなわち、本実施形態においては、アクセル踏込み量Lと機関回転数NEとから、開弁特性が予め定めた基準状態に設定されているとした場合のスロットル開度、すなわち、開弁特性が予め定めた基準状態に設定されているとした場合にアクセルを踏込むことによって車両の運転者が要求しているスロットル開度(要求スロットル開度)θtbを求めるマップが事前に作成され、ECU28に記憶されている。ここで上記基準状態は、例えば、バルブリフト量変更装置14や開閉タイミングシフト装置15を有していない通常エンジンにおける標準的なバルブリフト量及び作用角、並びに開閉タイミングとされ得る。
That is, in the present embodiment, the throttle opening, that is, the valve opening characteristic when the valve opening characteristic is set to a predetermined reference state from the accelerator depression amount L and the engine speed NE is determined in advance. If the vehicle is set to the reference state, a map for obtaining the throttle opening (requested throttle opening) θtb requested by the vehicle driver by depressing the accelerator is created in advance and stored in the
そして、まず上記要求スロットル開度θtbを求めるマップに基づいて、アクセル踏込み量Lと機関回転数NEとから要求スロットル開度θtbが求められる。そして、この要求スロットル開度θtbにより、上述したスロットルモデルのモデル式((2)式)が定められる(下記(15)式)。 First, based on the map for obtaining the required throttle opening degree θtb, the required throttle opening degree θtb is obtained from the accelerator depression amount L and the engine speed NE. Based on the required throttle opening θtb, the model equation (Equation (2)) of the throttle model described above is determined (Equation (15) below).
一方、開弁特性が予め定めた基準状態に設定されているとすると、機関回転数NE等から上述した吸気弁モデルのモデル式((14)式)の適合パラメータA、Bが定められ、そのモデル式が定められる。適合パラメータA、BがAb、Bbに定められたとすると下記(16)式のようになる。 On the other hand, if the valve opening characteristic is set to a predetermined reference state, the conforming parameters A and B of the above-described intake valve model model equation (Equation (14)) are determined from the engine speed NE and the like. A model formula is defined. If the conforming parameters A and B are determined as Ab and Bb, the following equation (16) is obtained.
そして吸気量が目標吸気量になる状態は、すなわち収束状態であり、その時スロットル弁通過空気流量mtと筒内吸入空気流量mcは等しくなる。したがって、上記のように定められたスロットルモデルのモデル式((15)式)から得られるスロットル弁通過空気流量mtbと、上記のように定められた吸気弁モデルのモデル式((16)式)から得られる筒内吸入空気流量mcbとが、同一の下流側吸気管内圧力Pmに対して等しくなる時の上記筒内吸入空気流量mcbを求めれば、それが目標吸気量mctaということになる。 The state where the intake air amount becomes the target intake air amount is a convergence state, and at that time, the throttle valve passing air flow rate mt and the cylinder intake air flow rate mc are equal. Therefore, the throttle valve passing air flow rate mtb obtained from the throttle model model equation (Equation (15)) determined as described above, and the intake valve model model equation (Equation (16)) determined as described above. If the in-cylinder intake air flow rate mcb obtained when the in-cylinder intake air flow rate mcb is equal to the same downstream intake pipe pressure Pm is obtained, it is the target intake air amount mcta.
そして、以上のようにして上記目標吸気量mctaを求めることは、図11に例示したように、上記のように定められたスロットルモデルのモデル式((15)式)によって表される曲線mtbと上記のように定められた吸気弁モデルのモデル式((16)式)によって表される直線mcbとの交点EPbを求め、その縦軸の座標を求めることと同義である。ここで、上記交点EPbを求める場合、曲線mtbを表す式((15)式)をそのまま用いて上記交点EPbを求めようとすると計算が非常に複雑になる。そこで、計算を簡単にするために、上記曲線mtbを表す式((15)式)を複数の下流側吸気管内圧力Pmの一次式で近似するようにしてもよい。すなわち、上記曲線mtbを複数の直線で近似するようにする。具体的には、例えば下流側吸気管内圧力Pmの一定間隔毎に上記曲線mtbを表す式((15)式)に基づいてスロットル弁通過空気流量mtbを算出して下流側吸気管内圧力Pmの一定間隔毎の上記曲線mtb上の点を求め、これらの隣り合う2点を結ぶ各直線を上記曲線mtbの近似直線として求めるようにする。そして、これらの各近似直線を表す一次式が上記曲線mtbを表す式((15)式)の近似一次式となる。 Then, the target intake air amount mcta is obtained as described above, as illustrated in FIG. 11, with the curve mtb represented by the model equation (the equation (15)) of the throttle model defined as described above. This is synonymous with obtaining the intersection point EPb with the straight line mcb represented by the model equation (equation (16)) of the intake valve model determined as described above, and obtaining the coordinate of the vertical axis. Here, when obtaining the intersection point EPb, if the equation ((15)) representing the curve mtb is used as it is to obtain the intersection point EPb, the calculation becomes very complicated. Therefore, in order to simplify the calculation, the expression (the expression (15)) representing the curve mtb may be approximated by a linear expression of a plurality of downstream side intake pipe pressures Pm. That is, the curve mtb is approximated by a plurality of straight lines. Specifically, for example, the throttle valve passing air flow rate mtb is calculated based on the equation (Equation (15)) representing the curve mtb at regular intervals of the downstream side intake pipe pressure Pm, and the downstream side intake pipe pressure Pm is constant. A point on the curve mtb for each interval is obtained, and each straight line connecting these two adjacent points is obtained as an approximate straight line of the curve mtb. A linear expression representing each of these approximate straight lines is an approximate primary expression of an expression (formula (15)) representing the curve mtb.
ところで、上記曲線mtbを表す式の一次式への近似は、上記交点EPbを容易に求めるためであるので、ここで必要となるのは上記交点EPbの近傍における近似一次式である。したがって、この近似一次式のみを求めるようにしてもよい。この場合、下流側吸気管内圧力Pmの一定間隔毎に上記直線mcbを表す式((16)式)に基づいて筒内吸入空気流量mcbも求めておき、スロットル弁通過空気流量mtbと筒内吸入空気流量mcbとの大きさが逆転するところを求めることで上記交点EPbの位置が特定できる。 By the way, the approximation of the equation representing the curve mtb to the linear equation is for easily obtaining the intersection point EPb, and therefore, an approximation linear equation in the vicinity of the intersection point EPb is required. Therefore, only this approximate linear expression may be obtained. In this case, the in-cylinder intake air flow rate mcb is also obtained based on the equation (Equation (16)) representing the straight line mcb at regular intervals of the downstream side intake pipe pressure Pm, and the throttle valve passing air flow rate mtb and the in-cylinder intake are determined. By obtaining a place where the magnitude of the air flow rate mcb is reversed, the position of the intersection point EPb can be specified.
すなわち、上記交点EPb近傍(すなわち、スロットル弁通過空気流量mtbと筒内吸入空気流量mcbとの大きさが逆転する部分)における近似一次式は、例えば曲線mtb上の2点であってスロットル弁通過空気流量mtbと筒内吸入空気流量mcbとの大きさが逆転する前後の2点を結んだ直線を表す一次式とされる。 That is, the approximate linear expression in the vicinity of the intersection point EPb (that is, the portion where the magnitude of the throttle valve passage air flow rate mtb and the in-cylinder intake air flow rate mcb is reversed) is, for example, two points on the curve mtb and passes through the throttle valve. It is a linear expression representing a straight line connecting two points before and after the magnitude of the air flow rate mtb and the in-cylinder intake air flow rate mcb are reversed.
なお、以上の説明から理解されると思われるが、上記基準状態をバルブリフト量変更装置14や開閉タイミングシフト装置15を有していない通常エンジンにおける標準的なバルブリフト量及び作用角、開閉タイミングとして上記の方法により目標吸気量mctaを求めると、通常エンジンの場合において運転者があるアクセル踏込み量Lc及び機関回転数NEcで意図するもしくは要求する吸気量と同じ吸気量を、本実施形態における同じアクセル踏込み量Lc及び機関回転数NEcに対する目標吸気量mctaとして求めることができる。
As can be understood from the above description, the standard state is the standard valve lift amount and operating angle, and opening / closing timing in a normal engine that does not have the valve lift
ステップ101で目標吸気量mctaが求められると、続くステップ103において、吸気弁2の目標開弁特性Cvta、すなわち、目標リフト量Ltta及び目標作用角Sata、並びに目標開閉タイミングシフト量(すなわち、基準となる開閉タイミングからの遅角または進角量であって開閉タイミングシフト装置による変位角)Vttaが決定される。なお、上述の説明から明らかなように、本実施形態においてはリフト量Ltと作用角Saには一定の関係があり、作用角Saが決まればリフト量Ltも決まるので、目標リフト量Ltta及び目標作用角Sataを決定する場合、実際には目標作用角Sataがマップを用いて決定される。
When the target intake air amount mcta is obtained in
より詳細には、ステップ103においては、上記目標作用角Sata及び目標開閉タイミングシフト量Vttaが、機関回転数NE、目標吸気量mcta等に対して、燃費、エミッション、トルク変動等の条件が複合的に最適となる作用角Sa及び開閉タイミングシフト量Vtが得られるように作成されたマップに基づいて決定される。このようなマップは事前に実験等によって求められ、ECU28に記憶させておく。
More specifically, in
ステップ103において目標開弁特性Cvtaが決定されると、続くステップ105において、目標吸気管内圧力Pmtaが求められる。この目標吸気管内圧力Pmtaは吸気弁2の開弁特性Cvが上記目標開弁特性Cvtaに設定されている場合に上記目標吸気量mctaを実現するスロットル弁下流側の吸気管内圧力Pmである。
When the target valve opening characteristic Cvta is determined in
そして、本実施形態において、この目標吸気管内圧力Pmtaは、上述した吸気弁モデルのモデル式((14)式)を用いて以下のように求められる。すなわち、まず開弁特性Cvが上記目標開弁特性Cvtaに設定されているとして、機関回転数NE等から上述した吸気弁モデルのモデル式((14)式)の適合パラメータA、Bを定め、そのモデル式を定める。つまり、適合パラメータA、BがAf、Bfに定められたとすると下記(17)式のようになる。 In the present embodiment, the target intake pipe pressure Pmta is obtained as follows using the model equation (equation (14)) of the intake valve model described above. That is, first, assuming that the valve opening characteristic Cv is set to the target valve opening characteristic Cvta, the adaptation parameters A and B of the model equation (equation (14)) of the intake valve model described above are determined from the engine speed NE and the like. The model formula is determined. That is, assuming that the adaptation parameters A and B are set to Af and Bf, the following equation (17) is obtained.
そして、上記目標吸気管内圧力Pmtaは、この(17)式において目標吸気量mctaを実現する下流側吸気管内圧力Pmであるので、(17)式に基づいて下記(18)式のように表すことができる。 Since the target intake pipe pressure Pmta is the downstream intake pipe pressure Pm that realizes the target intake air amount mcta in the equation (17), it is expressed as the following equation (18) based on the equation (17). Can do.
上記開弁特性Cvが上記目標開弁特性Cvtaに設定されている場合の吸気弁モデルのモデル式((17)式)で表される直線mcfと上記目標吸気管内圧力Pmtaとを図示すると、例えば図12のようになる。 When the straight line mcf represented by the model equation (equation (17)) of the intake valve model and the target intake pipe pressure Pmta when the valve opening characteristic Cv is set to the target valve opening characteristic Cvta, for example, As shown in FIG.
ステップ105において目標吸気管内圧力Pmtaが求められると、続くステップ107において、目標スロットル開度θttaが求められる。この目標スロットル開度θttaは下流側吸気管内圧力Pmを上記目標吸気管内圧力Pmtaとするスロットル開度θtである。本実施形態において、この目標スロットル開度θttaは、上述したスロットルモデルのモデル式((2)式)を用いて以下のようにして求められる。
When the target intake pipe pressure Pmta is obtained in
すなわち、スロットル開度θtを目標スロットル開度θttaとした場合には、下流側吸気管内圧力Pmが上記目標吸気管内圧力Pmtaに収束すると共に、スロットル弁通過空気流量mtが目標吸気量mctaに収束するはずであるので、下記(19)式が成立する。 That is, when the throttle opening θt is set to the target throttle opening θtta, the downstream intake pipe pressure Pm converges to the target intake pipe pressure Pmta, and the throttle valve passing air flow rate mt converges to the target intake air amount mcta. Therefore, the following equation (19) is established.
そして、(19)式は、下記(20)式のように変形することができる。 The equation (19) can be transformed as the following equation (20).
そしてここで、(20)式の左辺はスロットル開度θtのみの関数であるので、(20)式の右辺の値を計算することで、(20)式に基づいて目標スロットル開度θttaを求めることができる。すなわち、例えば、上述したスロットル開度θtからF(θt)の値を求めるマップを逆に用いることで、算出された(20)式の右辺の値を用いて目標スロットル開度θttaを求めることができる。 Since the left side of the equation (20) is a function of only the throttle opening θt, the target throttle opening θtta is obtained based on the equation (20) by calculating the value on the right side of the equation (20). be able to. That is, for example, by using the map for obtaining the value of F (θt) from the throttle opening θt described above, the target throttle opening θtta is obtained using the value on the right side of the calculated equation (20). it can.
なお、上記(20)式は、上記(8)式及び(18)式を用いると、下記(21)式のように書き換えることができる。 The above equation (20) can be rewritten as the following equation (21) using the above equations (8) and (18).
また、上記のようにして求められた目標スロットル開度θttaを上記(2)式に代入すると下記(22)式が得られる。そしてこの(22)式で表されるスロットル通過空気流量mtfの曲線を図示すると図13のように点EPf(Pmta,mcta)を通る曲線となる。 Further, the following equation (22) is obtained by substituting the target throttle opening θtta obtained as described above into the above equation (2). Then, when the curve of the throttle passage air flow rate mtf represented by the equation (22) is illustrated, the curve passes through the point EPf (Pmta, mcta) as shown in FIG.
ステップ107において目標スロットル開度θttaが求められると、続くステップ109において、吸気弁2の開弁特性Cvが上記目標開弁特性Cvtaになるようにバルブリフト量変更装置14及び開閉タイミングシフト装置15が制御されると共に、スロットル開度θtが上記目標スロットル開度θttaになるようにスロットル弁12が制御される。これによって、吸気量が目標吸気量mctaになるように制御される。そしてステップ109を終了するとステップ101に戻り同様の制御が繰り返される。
When the target throttle opening degree θtta is obtained in
以上の説明から、本実施形態では、目標吸気量mctaに基づいて最終的に目標スロットル開度θttaが決定され、スロットル弁開度θtがその目標スロットル開度θttaになるようにスロットル弁12が制御されて吸気量が制御されるようになっていると言える。そしてこのような場合においては、上記目標スロットル開度θttaの決定やスロットル弁の制御の過程における制御異常を検出することが好ましい。
From the above description, in the present embodiment, the target throttle opening degree θtta is finally determined based on the target intake air amount mcta, and the
そしてこのような制御異常を検出する方法としては、一般には運転者の要求を表すアクセル踏込み量と機関回転数とから決定され得る要求スロットル開度と、スロットル開度センサにより計測された実際のスロットル開度とを比較して行う方法が考えられるのであるが、実際にはこれら二つのスロットル開度は制御が正常であっても一致しない場合があり、この方法では制御異常の有無を判別できない、すなわち制御異常が正確に検出できない場合がある。 As a method for detecting such a control abnormality, generally, a required throttle opening that can be determined from an accelerator depression amount and an engine speed representing a driver's request, and an actual throttle measured by a throttle opening sensor. Although it is conceivable to compare the opening with the opening, in reality, these two throttle openings may not match even if the control is normal. With this method, it is not possible to determine whether there is a control abnormality. That is, there is a case where a control abnormality cannot be accurately detected.
すなわち、本実施形態のようにスロットル開度と吸気弁の開弁特性とを制御して吸気量を制御する場合には、吸気弁の開弁特性によって同じ目標吸気量を実現するスロットル開度が異なることになるため、上述したように上記要求スロットル開度θtbと上記目標スロットル開度θttaとは一致しない場合があり、制御が正常であっても上記要求スロットル開度θtbと実際のスロットル開度とが一致しない場合が生じ得るため、上記の方法では、制御異常を正確に検出することができないのである。 That is, when the intake air amount is controlled by controlling the throttle opening and the valve opening characteristic of the intake valve as in the present embodiment, the throttle opening that achieves the same target intake air amount by the valve opening characteristic of the intake valve is Therefore, as described above, the required throttle opening θtb and the target throttle opening θtta may not coincide with each other. Even if the control is normal, the required throttle opening θtb and the actual throttle opening Therefore, the above method cannot accurately detect a control abnormality.
また、その他の場合としては、例えば、電子制御式トランスミッションが搭載されている場合や横滑り等を防止して車両を安定させるために機関の出力を制御するシステムが搭載されている場合等が考えられる。すなわち、これらの場合には、上記目標吸気量が運転者の要求を表すアクセル踏込み量及び機関回転数の他、車両や機関の運転状態にも基づいて決定されるため、上記要求スロットル開度と上記目標スロットル開度とが必ずしも一致せず、その結果として制御が正常であっても上記要求スロットル開度と実際のスロットル開度とが一致しない場合がある。 In other cases, for example, an electronically controlled transmission is installed, or a system that controls the engine output to stabilize the vehicle by preventing skidding or the like is considered. . That is, in these cases, since the target intake air amount is determined based on the accelerator depression amount and the engine speed representing the driver's request as well as the operating state of the vehicle and the engine, The target throttle opening does not necessarily match, and as a result, the requested throttle opening and the actual throttle opening may not match even if the control is normal.
本実施形態では、以上のような点に鑑み、以下で説明するような方法で上記制御異常を検出するようにしている。すなわち、本実施形態では、上記制御異常を検出するために、図14の制御ルーチンで示される制御が、図10を参照しつつ先に説明した吸気量制御と並行して実施されている。 In the present embodiment, in view of the above points, the control abnormality is detected by the method described below. That is, in the present embodiment, in order to detect the control abnormality, the control shown in the control routine of FIG. 14 is performed in parallel with the intake air amount control described above with reference to FIG.
図14の制御ルーチンは、図10を参照しつつ説明した吸気量制御のステップ101において目標吸気量mctaが求められるとスタートし、最初のステップであるステップ201においては、その目標吸気量mctaの取込みが行われる。そして、ステップ201において目標吸気量mctaが取り込まれると、続くステップ203において、スロットル弁12の開度θtの制御が実施されたか否かが判定される。
The control routine of FIG. 14 starts when the target intake air amount mcta is obtained in
この判定は、すなわち、図10を参照しつつ説明した吸気量制御のステップ109における制御が実施されたか否かを判定するものであり、例えば、今回の開度制御のための信号が発信されたか否か、もしくは同信号が発信されてから予め定めた時間が経過したか否か等によって判定される。
This determination is to determine whether or not the control in
ステップ203において、スロットル弁12の開度θtの制御が実施されたと判定された場合にはステップ205に進み、スロットル弁12の開度θtの制御がまだ実施されていないと判定された場合には、再度ステップ203の制御が実施される。すなわち、ここでは、スロットル弁12の開度制御が実施されてからステップ205に進むようになっている。
If it is determined in
続くステップ205においては、エアフローメータ24によって吸気量(すなわち、計測吸気量)mcfmが計測される。そして、ステップ205において計測吸気量mcfmが求められると、ステップ207に進み、上記目標吸気量mctaと上記計測吸気量mcfmとが比較される。より具体的には、本実施形態においてはステップ207において、上記目標吸気量mctaと上記計測吸気量mcfmとの差の大きさ(|mcta−mcfm|)が予め定めた許容差α以下であるか否かが判定される(つまり、ここでは上記目標吸気量mctaと上記計測吸気量mcfmとが比較され、これらの一致の度合が判定されていると言える)。
In the
そして、ステップ207において、上記吸気量差の大きさ(|mcta−mcfm|)が上記許容差α以下であると判定された場合には、ステップ209に進んで正常判定がなされ、今回の制御が終了する。一方、上記吸気量差の大きさ(|mcta−mcfm|)が上記許容差αより大きいと判定された場合には、ステップ211に進んで異常判定がなされ、今回の制御が終了することになる。
If it is determined in
以上のように、本実施形態では、上記目標吸気量mctaとエアフローメータ24で計測した吸気量mcfmとを比較して制御異常を検出するようになっている。そして、このようにすることによって、上記目標スロットル開度θttaの決定やスロットル弁の制御の過程における制御異常を簡易な方法でより確実に検出することが可能となる。
As described above, in the present embodiment, a control abnormality is detected by comparing the target intake air amount mcta with the intake air amount mcfm measured by the
次に本発明の他の実施形態について説明する。この実施形態は、図1に示した構成で実施され得るものであって上述の実施形態と共通する部分を多く有しており、これら共通する部分については原則として説明を省略する。 Next, another embodiment of the present invention will be described. This embodiment can be implemented with the configuration shown in FIG. 1 and has many parts in common with the above-described embodiment. In principle, description of these common parts is omitted.
本実施形態では、上記制御異常を検出するために、図15の制御ルーチンで示される制御が、図10を参照しつつ説明した吸気量制御と並行して実施されている。図15の制御ルーチンは、図14の制御ルーチンと同様、図10を参照しつつ説明した吸気量制御のステップ101において目標吸気量mctaが求められるとスタートする。この制御ルーチンの最初のステップであるステップ301及びそれに続くステップ303における制御は、図14の制御ルーチンのステップ201及びステップ203における制御とそれぞれ同様であるので、ここでは説明を省略する。
In the present embodiment, in order to detect the control abnormality, the control shown in the control routine of FIG. 15 is performed in parallel with the intake air amount control described with reference to FIG. The control routine of FIG. 15 starts when the target intake air amount mcta is obtained in
制御がステップ305に進むと、そこでは吸気管内圧力センサ24によってスロットル弁下流側の吸気管内圧力(すなわち、計測吸気管内圧力)Pmthが計測される。そして、ステップ305において計測吸気管内圧力Pmthが求められると、ステップ306に進み、上記計測吸気管内圧力Pmthを用いて上述した吸気弁モデルのモデル式に基づいて吸気量(すなわち、算出吸気量)mcthが算出される。
When the control proceeds to step 305, the intake
この場合、吸気弁2の開弁特性Cvは上記目標開弁特性Cvtaに設定されていると考えられるので、上記適合パラメータA、Bとしては、上述したAf、Bf(上記(17)式において使用)とされる。つまり、ここで上記算出吸気量mcthは、下記(23)式により算出される。
In this case, since it is considered that the valve opening characteristic Cv of the
そして、ステップ306において算出吸気量mcthが求められると、ステップ307に進み、上記目標吸気量mctaと上記算出吸気量mcthとが比較される。より具体的には、本実施形態においてはステップ307において、上記目標吸気量mctaと上記算出吸気量mcthとの差の大きさ(|mcta−mcth|)が予め定めた許容差β以下であるか否かが判定される(つまり、ここでは上記目標吸気量mctaと上記算出吸気量mcthとが比較され、これらの一致の度合が判定されていると言える)。
When the calculated intake air amount mcth is obtained in
そして、ステップ307において、上記吸気量差の大きさ(|mcta−mcth|)が上記許容差β以下であると判定された場合には、ステップ309に進んで正常判定がなされ、今回の制御が終了する。一方、上記吸気量差の大きさ(|mcta−mcth|)が上記許容差βより大きいと判定された場合には、ステップ311に進んで異常判定がなされ、今回の制御が終了することになる。
In
以上のように、本実施形態では、上記目標吸気量mctaと、吸気管内圧力センサ25によって計測された上記吸気管内圧力Pmthを用いて算出した吸気量mcthとを比較して制御異常を検出するようになっている。そしてこのようにすることによっても、上記目標スロットル開度θttaの決定やスロットル弁の制御の過程における制御異常を簡易に且つより確実に検出することが可能となる。 As described above, in the present embodiment, a control abnormality is detected by comparing the target intake air amount mcta with the intake air amount mcth calculated using the intake pipe internal pressure Pmth measured by the intake pipe internal pressure sensor 25. It has become. Also in this way, it becomes possible to easily and more reliably detect a control abnormality in the process of determining the target throttle opening degree θtta and controlling the throttle valve.
なお、以上では、バルブリフト量変更装置14及び開閉タイミングシフト装置15によって吸気弁2の開弁特性のみが変更され、排気弁4の開弁特性は変更されない場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、排気弁用のバルブリフト量変更装置及び開閉タイミングシフト装置を設けることによって排気弁4の開弁特性を変更できるようにされた場合に適用しても、上述の実施形態の場合と同様にして制御異常を検出することができる。
In the above description, the case where only the valve opening characteristic of the
また、以上では、スロットル弁12と、バルブリフト量変更装置14及び開閉タイミングシフト装置15という可変動弁機構との協調制御によって吸気量を制御する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち本発明は、スロットル弁と、可変動弁機構以外の吸気量可変手段、例えば気筒数可変機構や排気量可変機構等とが協働して吸気量を制御する場合にも適用可能であり、このような場合においても上述の実施形態の場合と同様にして制御異常を検出することができる。
In the above, the case where the intake air amount is controlled by cooperative control of the
更に、これまでの説明から明らかであるように、目標吸気量に基づいて目標スロットル開度を決定する制御が実施される場合であって、上述した電子制御式トランスミッションが搭載されている場合や横滑り等を防止して車両を安定させるために機関の出力を制御するシステムが搭載されている場合に本発明を適用すれば、上述の実施形態の場合と同様、上記目標スロットル開度θttaの決定やスロットル弁の制御の過程における制御異常を簡易に且つより確実に検出することができる。 Further, as is clear from the above description, the control for determining the target throttle opening based on the target intake air amount is performed, and the electronically controlled transmission described above is mounted or the skid If the present invention is applied to a case where a system for controlling the output of the engine is installed to prevent the vehicle from becoming unstable, the target throttle opening θtta can be determined as in the case of the above-described embodiment. It is possible to easily and more reliably detect a control abnormality in the process of controlling the throttle valve.
1 内燃機関本体
2 吸気弁
3 吸気ポート
4 排気弁
5 排気ポート
6 燃焼室
7 シリンダ(気筒)
9 サージタンク
11 エアクリーナ
12 スロットル弁
14 バルブリフト量変更装置
15 開閉タイミングシフト装置
18 開弁特性センサ
24 エアフローメータ
25 吸気管内圧力センサ
28 ECU(電子制御装置)
1 Internal
DESCRIPTION OF
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---|---|---|---|---|
JP2011007109A (en) * | 2009-06-25 | 2011-01-13 | Toyota Motor Corp | Control device for internal combustion engine |
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-
2009
- 2009-01-26 JP JP2009014690A patent/JP2009085227A/en active Pending
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