JP3945509B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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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.
複数の気筒を備え、スロットル弁から吸気弁までの吸気管内にスロットル弁を介し空気がスロットル弁通過空気量だけ流入し、吸気行程が行われると吸気管からそれぞれの吸気弁を介し空気が筒内充填空気量だけ流出して各気筒内に充填される内燃機関において、吸気管についての質量保存則と、吸気管内の空気についての状態方程式とから得られる数式を用いて各気筒の筒内充填空気量を算出するようにした内燃機関が公知である(特許文献1参照)。 With multiple cylinders, air flows into the intake pipe from the throttle valve to the intake valve through the throttle valve by the amount of air passing through the throttle valve, and when the intake stroke is performed, the air passes through each intake valve from the intake pipe In an internal combustion engine that flows out by the amount of charge air and is filled in each cylinder, the cylinder charge air in each cylinder is calculated using a formula obtained from the mass conservation law for the intake pipe and the state equation for the air in the intake pipe. An internal combustion engine in which the amount is calculated is known (see Patent Document 1).
この数式を用いて筒内充填空気量を算出するためには、例えば吸気管内の空気の温度及び吸気管の容積を求めなければならない。しかしながら、空気温度を求めるためには例えば温度センサが必要になるばかりか、応答遅れのことを考えると温度センサを用いても空気温度を正確に求めるのは困難である。また、吸気管には製造誤差があるので、吸気管の容積を例えば設計値に等しいものと考えることはできない。吸気管の容積を一つずつ測定するのはとても現実的でない。 In order to calculate the in-cylinder charged air amount using this mathematical formula, for example, the temperature of the air in the intake pipe and the volume of the intake pipe must be obtained. However, in order to obtain the air temperature, for example, a temperature sensor is required, and considering the response delay, it is difficult to obtain the air temperature accurately even if the temperature sensor is used. Further, since there is a manufacturing error in the intake pipe, the volume of the intake pipe cannot be considered to be equal to, for example, a design value. It is not practical to measure the volume of the intake pipe one by one.
そこで本発明は、筒内充填空気量を簡単にかつ正確に算出することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can easily and accurately calculate the in-cylinder charged air amount.
前記課題を解決するために1番目の発明によれば、複数の気筒を備え、スロットル弁から吸気弁までの吸気通路部分内にスロットル弁を介し空気がスロットル弁通過空気量だけ流入し、吸気行程が行われると該吸気通路部分からそれぞれの吸気弁を介し空気が筒内充填空気量だけ流出して各気筒内に充填される内燃機関において、筒内充填空気量を第1空気量と第2空気量とに分割し、該第1空気量は、吸気行程が行われることにより生ずるスロットル弁通過空気量に対する筒内充填空気量の超過分であり、吸気行程が行われることにより生ずる吸気圧の低下量である吸気圧低下量を気筒毎に検出する吸気圧低下量検出手段と、それぞれの吸気圧低下量に基づいて各気筒の第1空気量を算出する第1空気量算出手段と、スロットル弁通過空気量を検出するスロットル弁通過空気量検出手段と、スロットル弁通過空気量に基づいて各気筒の第2空気量を算出する第2空気量算出手段と、それぞれの第1空気量と第2空気量とを合計することにより各気筒の筒内充填空気量を算出する筒内充填空気量算出手段と、各気筒の筒内充填空気量に基づいて機関制御を行う制御手段と、を具備し、該第1空気量算出手段は、筒内充填空気量を算出すべき少なくとも二つの気筒の吸気行程が含まれるように設定クランク角範囲を設定し、該設定クランク角範囲内で吸気行程が行われた気筒の吸気圧低下量の合計値を算出し、それぞれの吸気圧低下量と該吸気圧低下量合計値とに基づいて第1空気量を算出する、制御装置が提供される。 In order to solve the above-described problem, according to the first invention, a plurality of cylinders are provided, and air flows into the intake passage portion from the throttle valve to the intake valve through the throttle valve by the amount of air passing through the throttle valve, and the intake stroke In the internal combustion engine in which air flows out from the intake passage portion through the respective intake valves by the amount of in-cylinder charged air and is filled in each cylinder, the in-cylinder charged air amount is changed to the first air amount and the second air amount. The first air amount is an excess of the in-cylinder charged air amount with respect to the throttle valve passing air amount generated by the intake stroke, and the intake air pressure generated by the intake stroke is calculated. An intake pressure decrease amount detecting means for detecting an intake pressure decrease amount which is a decrease amount for each cylinder, a first air amount calculating means for calculating a first air amount of each cylinder based on each intake pressure decrease amount, and a throttle Valve passing air Throttle valve passing air amount detecting means for detecting the second air amount calculating means for calculating the second air amount of each cylinder based on the throttle valve passing air amount, and the first air amount and the second air amount, respectively. In-cylinder charged air amount calculating means for calculating the in-cylinder charged air amount of each cylinder by summing, and a control means for performing engine control based on the in-cylinder charged air amount of each cylinder. The one air amount calculating means sets a set crank angle range so that the intake strokes of at least two cylinders for which the in-cylinder charged air amount is to be calculated, and the cylinder in which the intake stroke is performed within the set crank angle range A control device is provided that calculates a total value of intake air pressure decrease amounts, and calculates a first air amount based on each intake pressure decrease amount and the total intake pressure decrease amount.
また、2番目の発明によれば1番目の発明において、吸気行程末期に筒内から吸気通路部分への空気の逆流が生ずるときには前記第2空気量算出手段による第2空気量の算出作用を禁止している。 Further, according to the second invention, in the first invention, when the backflow of air from the cylinder to the intake passage portion occurs at the end of the intake stroke, the second air amount calculating action is prohibited by the second air amount calculating means. is doing.
筒内充填空気量を簡単にかつ正確に算出することができる。 The in-cylinder charged air amount can be calculated easily and accurately.
図1は本発明を4ストローク火花点火式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら、本発明を圧縮着火式内燃機関に適用することもできる。 FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a four-stroke spark ignition type internal combustion engine. However, the present invention can also be applied to a compression ignition type internal combustion engine.
図1を参照すると、1は例えば8つの気筒を備えた機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6は吸気弁、7は吸気ポート、8は排気弁、9は排気ポート、10は点火栓をそれぞれ示す。吸気ポート7は対応する吸気枝管11を介してサージタンク12に連結され、サージタンク12は吸気ダクト13を介してエアクリーナ14に連結される。各吸気枝管11内には燃料噴射弁15が配置され、吸気ダクト14内にはステップモータ16により駆動されるスロットル弁17が配置される。なお、本明細書では、スロットル弁17下流の吸気ダクト14、サージタンク13、吸気枝管12、及び吸気ポート7からなる吸気通路部分を吸気管IMと称している。
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body having, for example, 8 cylinders, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an intake valve, 7 is an intake port, and 8 is an exhaust. A valve, 9 is an exhaust port, and 10 is a spark plug. The intake port 7 is connected to a
一方、排気ポート11は排気マニホルド18及び排気管19を介して触媒コンバータ20に連結され、この触媒コンバータ20は図示しないマフラを介して大気に連通される。なお、図1に示される内燃機関の吸気行程順序は#1−#8−#4−#3−#6−#5−#7−#2である。
On the other hand, the
各気筒の吸気弁6は吸気弁駆動装置21により開閉弁駆動される。この吸気弁駆動装置21はカムシャフトと、クランク角に対するカムシャフトの回転角を進角側と遅角側との間で選択的に切り換えるための切換機構とを具備する。カムシャフトの回転角が進角側にされると図2にADで示されるように吸気弁6の開弁時期VO及び閉弁時期VCが進角され、従って開弁時期が進角される。これに対し、カムシャフトの回転角が遅角側にされると図2にRTで示されるように吸気弁6の開弁時期VO及び閉弁時期VCが遅角され、従って開弁時期が遅角される。この場合、吸気弁6のリフト量及び作用角(開弁期間)が維持されつつ開弁時期(位相)が変更される。図1に示される内燃機関ではカムシャフトの回転角は機関運転状態に応じて進角側又は遅角側に切り換えられる。なお、吸気弁6の開弁時期が連続的に変更される場合や、リフト量又は作用角が変更される場合にも、本発明を適用できる。
The intake valve 6 of each cylinder is driven to open and close by an intake
電子制御ユニット30はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス31によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)34、入力ポート35及び出力ポート36を具備する。スロットル弁17上流の吸気ダクト13には機関吸気通路内を流通する吸入空気流量を検出するためのエアフローメータ39が取り付けられる。また、サージタンク12には吸気管IM内の圧力である吸気圧Pm(kPa)を例えば10msec間隔で逐次検出するための圧力センサ40とが取り付けられる。更に、アクセルペダル42にはアクセルペダル42の踏み込み量ACCを検出するための負荷センサ43が接続される。これらセンサ39,40,43の出力信号はそれぞれ対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。更に入力ポート35にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ44が接続される。CPU34ではクランク角センサ44の出力パルスに基づいて機関回転数NEが算出される。一方、出力ポート36は対応する駆動回路38を介して点火栓10、燃料噴射弁15、ステップモータ16、及び吸気弁駆動装置21にそれぞれ接続され、これらは電子制御ユニット30からの出力信号に基づいて制御される。
The
i番気筒(i=1,2,…,8)の燃料噴射時間TAUiは例えば次式(1)に基づいて算出される。 The fuel injection time TAUi of the i-th cylinder (i = 1, 2,..., 8) is calculated based on the following equation (1), for example.
TAUi=TAUb・kDi・kk (1)
ここでTAUbは基本燃料噴射時間、kDiはi番気筒の空気量バラツキ補正係数、kkはその他の補正係数をそれぞれ表している。
TAUi = TAUb · kDi · kk (1)
Here, TAUb represents a basic fuel injection time, kDi represents an air amount variation correction coefficient of the i-th cylinder, and kk represents another correction coefficient.
基本燃料噴射時間TAUbは空燃比を目標空燃比に一致させるために必要な燃料噴射時間である。この基本燃料噴射時間TAUbは機関運転状態例えばアクセルペダル42の踏み込み量ACC及び機関回転数NEの関数として予め求められてマップの形でROM32内に記憶されている。また、補正係数kkは空燃比補正係数、加速増量補正係数などをひとまとめにして表したものであり、補正する必要がないときには1.0とされる。
The basic fuel injection time TAUb is a fuel injection time required to make the air-fuel ratio coincide with the target air-fuel ratio. The basic fuel injection time TAUb is obtained in advance as a function of the engine operating state, for example, the depression amount ACC of the
i番気筒において吸気行程完了時に筒内に充填されている空気の量を筒内充填空気量Mci(g)と称すると、空気量バラツキ補正係数kDiは筒内充填空気量Mciの気筒間バラツキを補償するためのものである。i番気筒の空気量バラツキ補正係数kDiは例えば次式(2)に基づいて算出される。 When the amount of air that is filled in the cylinder at the completion of the intake stroke in the i-th cylinder is referred to as in-cylinder charged air amount Mci (g), the air amount variation correction coefficient kDi indicates the variation in the cylinder filled air amount Mci between cylinders. It is for compensation. The air amount variation correction coefficient kDi of the i-th cylinder is calculated based on the following equation (2), for example.
kDi=Mci/Mciave (2)
ここで、Mciavは筒内充填空気量Mciの平均値(=ΣMci/8、ここで「8」は気筒数を表している)を表している。
kDi = Mci / Mciave (2)
Here, Mciav represents an average value of the cylinder air charge amount Mci (= ΣMci / 8, where “8” represents the number of cylinders).
例えば吸気管IMの内周面や吸気弁6の外周面上に主として炭素からなるデポジットが形成されると、デポジットの付着量は気筒毎に異なるので、筒内充填空気量Mciに気筒間バラツキが生じるおそれがある。筒内充填空気量Mciに気筒間バラツキが生ずると、出力トルクに気筒間バラツキが生ずることになる。 For example, if a deposit mainly made of carbon is formed on the inner peripheral surface of the intake pipe IM or the outer peripheral surface of the intake valve 6, the deposit adhesion amount varies from cylinder to cylinder, so that there is a variation between cylinders in the in-cylinder charged air amount Mci. May occur. If there is a cylinder-to-cylinder variation in the cylinder charge air amount Mci, the output torque will have a cylinder-to-cylinder variation.
そこで本発明による実施例では、空気量バラツキ補正係数kDiを導入し、筒内充填空気量の気筒間バラツキを補償するようにしている。 Therefore, in the embodiment according to the present invention, the air amount variation correction coefficient kDi is introduced to compensate for the variation between cylinders in the in-cylinder charged air amount.
或いは、i番気筒の燃料噴射時間TAUiを次式(3)に基づいて算出することもできる。 Alternatively, the fuel injection time TAUi of the i-th cylinder can be calculated based on the following equation (3).
TAUi=Mci・kAF・kk (3)
ここで、kAFは空燃比を目標空燃比に一致させるための補正係数である。
TAUi = Mci · kAF · kk (3)
Here, kAF is a correction coefficient for making the air-fuel ratio coincide with the target air-fuel ratio.
なお、燃料噴射が実際に行われるタイミングが燃料噴射時間TAUの算出タイミングよりも或る時間だけ先であることを考慮し、式(3)における筒内充填空気量Mciを、燃料噴射時間TAUの算出タイミングよりも或る時間だけ先の予測値とすることもできる。 Considering that the timing at which the fuel injection is actually performed is a certain time ahead of the calculation timing of the fuel injection time TAU, the in-cylinder charged air amount Mci in the equation (3) is set to the fuel injection time TAU. The predicted value may be a certain time ahead of the calculation timing.
燃料噴射時間TAUを式(1)に基づいて算出する場合も式(3)に基づいて算出する場合も、筒内充填空気量Mciを正確に求める必要がある。 Whether the fuel injection time TAU is calculated based on the formula (1) or based on the formula (3), it is necessary to accurately obtain the in-cylinder charged air amount Mci.
本発明による実施例では、i番気筒の吸気行程が行われることにより生ずる吸気圧Pmの低下量である吸気圧低下量ΔPmdiに基づいて筒内充填空気量Mciが算出される。次に、図3から図5を参照しながらまず吸気圧低下量ΔPmdiについて説明する。 In the embodiment according to the present invention, the in-cylinder charged air amount Mci is calculated based on the intake pressure decrease amount ΔPmdi, which is the decrease amount of the intake pressure Pm generated by the intake stroke of the i-th cylinder. Next, the intake pressure decrease amount ΔPmdi will be described first with reference to FIGS.
図3は、圧力センサ40により例えば一定時間間隔で720°クランク角にわたって検出された吸気圧Pmを示している。図3において、OPi(i=1,2,…,8)はi番気筒の吸気弁開弁期間を表しており、0°クランク角は1番気筒#1の吸気上死点を表している。図3からわかるように、ある気筒の吸気行程が開始されると、上昇していた吸気圧Pmが低下し始め、斯くして吸気圧Pmに上向きのピークが生ずる。吸気圧Pmは更に低下した後に再び上昇し、斯くして吸気圧Pmに下向きのピークが生ずる。このように、吸気圧Pmには上向きのピークと下向きのピークとが交互に生ずることになる。図3には、i番気筒の吸気行程が行われることにより吸気圧Pmに生ずる上向きのピークがUPiでもって、下向きのピークがDNiでもって、それぞれ示されている。
FIG. 3 shows the intake pressure Pm detected by the
図4に示されるように、上向きのピークUPiにおける吸気圧Pmを最大値PmMi、下向きのピークDNiにおける吸気圧Pmを最小値Pmmiと称すると、i番気筒の吸気行程が行われることにより吸気圧Pmが最大値PmMiから最小値Pmmiまで低下する。従って、この場合の吸気圧低下量ΔPmdiは次式(4)で表される。 As shown in FIG. 4, when the intake pressure Pm at the upward peak UPi is referred to as a maximum value PmMi and the intake pressure Pm at the downward peak DNi is referred to as a minimum value Pmmi, the intake pressure of the i-th cylinder is performed, whereby the intake pressure is increased. Pm decreases from the maximum value PmMi to the minimum value Pmmi. Therefore, the intake pressure decrease amount ΔPmdi in this case is expressed by the following equation (4).
ΔPmdi=PmMi−Pmmi (4)
一方、図4に示されるように、吸気弁6が開弁すると、吸気管IMから流出して筒内CYLに吸入される空気の流量である筒内吸入空気流量mci(g/sec、図5参照)が増大し始める。次いで、筒内吸入空気流量mciが、スロットル弁17を通過して吸気管IM内に流入する空気の流量であるスロットル弁通過空気流量mt(g/sec、図5参照)よりも大きくなると、吸気圧Pmが低下し始める。次いで、筒内吸入空気流量mciが低下してスロットル弁通過空気流量mtよりも小さくなると、吸気圧Pmが増大し始める。
ΔPmdi = PMMi-Pmmi (4)
On the other hand, as shown in FIG. 4, when the intake valve 6 opens, the in-cylinder intake air flow rate mci (g / sec, FIG. 5), which is the flow rate of the air that flows out of the intake pipe IM and is sucked into the in-cylinder CYL. See) begins to increase. Next, when the in-cylinder intake air flow rate mci becomes larger than the throttle valve passage air flow rate mt (g / sec, see FIG. 5), which is the flow rate of air passing through the
即ち、吸気管IM内にスロットル弁17を介し空気がスロットル弁通過空気流量mtだけ流入し、吸気行程が行われると吸気管IMから各吸気弁6を介し空気が筒内吸入空気流量mciだけ流出することを考えると、流出分である筒内吸入空気流量mciが流入分であるスロットル弁通過空気流量mtを一時的に超過し、このため吸気管IM内の圧力である吸気圧Pmが吸気圧低下量ΔPmdiだけ低下する。
That is, air flows into the intake pipe IM through the
さて、筒内充填空気量Mciは筒内吸入空気流量mciを時間積分したものである。従って、筒内充填空気量Mci又は空気量バラツキ補正係数kDiに対する吸気弁開弁期間OPi(図3参照)の重複の影響を無視できるとすると、筒内充填空気量Mciは次式(5)のように表すことができる。 The in-cylinder charged air amount Mci is obtained by integrating the in-cylinder intake air flow rate mci with time. Therefore, assuming that the influence of the overlap of the intake valve opening period OPi (see FIG. 3) on the in-cylinder charged air amount Mci or the air amount variation correction coefficient kDi can be ignored, the in-cylinder charged air amount Mci is expressed by the following equation (5). Can be expressed as:
ここで、tMiは吸気圧Pmに上向きのピークが発生する時刻である上向きピーク発生時刻を、tmiは吸気圧Pmに下向きのピークが発生する時刻である下向きピーク発生時刻を、Δtdiは上向きピーク発生時刻tMiから下向きピーク発生時刻tmiまでの時間間隔(sec)を、Δtopは吸気弁開弁時間(sec)を、それぞれ表している(図4参照)。 Here, tMi is an upward peak generation time that is a time when an upward peak occurs in the intake pressure Pm, tmi is a downward peak generation time that is a time when a downward peak occurs in the intake pressure Pm, and Δtdi is an upward peak generation. The time interval (sec) from the time tMi to the downward peak occurrence time tmi, Δtop represents the intake valve opening time (sec), respectively (see FIG. 4).
式(5)において、右辺第1項は図4にT1で示される部分、即ち筒内吸入空気流量mciとスロットル弁通過空気流量mtとで囲まれた部分の面積を表したものであり、右辺第2項は図4にT2で示される部分、即ち筒内吸入空気流量mciとスロットル弁通過空気流量mtと直線mci=0とで囲まれた部分の面積を台形で近似して表したものである。 In the equation (5), the first term on the right side represents the area of the portion indicated by T1 in FIG. 4, that is, the portion surrounded by the cylinder intake air flow rate mci and the throttle valve passing air flow rate mt. The second term represents the area of the portion indicated by T2 in FIG. 4, that is, the portion surrounded by the cylinder intake air flow rate mci, the throttle valve passing air flow rate mt, and the straight line mci = 0 in a trapezoidal form. is there.
上述したように、吸気行程が行われることにより筒内吸入空気流量mciがスロットル弁通過空気流量mtを一時的に超過する。従って、筒内吸入空気流量mciを時間積分して得られる筒内充填空気量Mciがスロットル弁通過空気流量mtの時間積分値を超過する。部分T1はこのように、吸気行程が行われることにより生ずるスロットル弁通過空気流量mtの積分値に対する筒内充填空気量Mciの超過分を表している。 As described above, the in-cylinder intake air flow rate mci temporarily exceeds the throttle valve passing air flow rate mt by performing the intake stroke. Accordingly, the in-cylinder charged air amount Mci obtained by time-integrating the in-cylinder intake air flow rate mci exceeds the time integrated value of the throttle valve passage air flow rate mt. The portion T1 thus represents an excess of the in-cylinder charged air amount Mci with respect to the integral value of the throttle valve passage air flow rate mt generated by the intake stroke.
従って、一般化して言うと、筒内充填空気量を部分T1の面積で表される第1空気量と部分T2の面積で表される第2空気量とに分割し、第1空気量は、吸気行程が行われることにより生ずるスロットル弁通過空気量に対する筒内充填空気量の超過分であり、それぞれの第1空気量と第2空気量とを合計することにより各気筒の筒内充填空気量を算出しているということになる。 Therefore, in general terms, the in-cylinder charged air amount is divided into a first air amount represented by the area of the portion T1 and a second air amount represented by the area of the portion T2, and the first air amount is This is an excess of the in-cylinder charged air amount with respect to the throttle valve passing air amount generated by the intake stroke, and the in-cylinder charged air amount of each cylinder is obtained by summing the first air amount and the second air amount. Is calculated.
一方、吸気管IMについての質量保存則は、吸気管IM内の空気についての状態方程式を用いて次式(6)により表される。 On the other hand, the law of conservation of mass for the intake pipe IM is expressed by the following equation (6) using the equation of state for the air in the intake pipe IM.
ここで、Vmは吸気管IMの容積(m3)を、Raは空気1モル当たりの気体定数を、Tmは吸気管IM内の空気の温度(K)を、それぞれ表している(図5参照)。 Here, Vm represents the volume (m 3 ) of the intake pipe IM, Ra represents the gas constant per mole of air, and Tm represents the temperature (K) of the air in the intake pipe IM (see FIG. 5). ).
時刻tMiから時刻tmiまでの間に吸気圧Pmが吸気圧低下量ΔPmdiだけ低下する。従って、Vm/(Ra・Tm)をパラメータKmでひとまとめにして表し、スロットル弁通過空気流量mtをその平均値mtaveで表すと、式(5)は式(6)を用いて次式(7)のように書き直すことができる。 Between time tMi and time tmi, the intake pressure Pm decreases by the intake pressure decrease amount ΔPmdi. Therefore, when Vm / (Ra · Tm) is expressed collectively by the parameter Km, and the throttle valve passing air flow rate mt is expressed by the average value mtave, the expression (5) is expressed by the following expression (7) using the expression (6). Can be rewritten as
そうすると、吸気圧Pmを圧力センサ39により検出して吸気圧低下量ΔPmdiを算出し、上述したパラメータKmを求め、スロットル弁通過空気流量mtをエアフローメータ39により検出してその平均値mtaveを算出し、時刻tMi,tmiを吸気圧Pm及びスロットル弁通過空気流量平均値mtaveから検出して時間間隔Δtdi(=tmi−tMi)を算出すれば、式(7)を用いて筒内充填空気量Mciを算出できることになる。なお、吸気弁開弁時間Δtopは予めROM32内に記憶されている。
Then, the intake pressure Pm is detected by the
しかしながら、冒頭で述べたように吸気管容積Vm及び吸気管温度Tmを正確に求めるのは困難である。そこで本発明による実施例では、吸気管容積Vm及び吸気管温度Tmを求めることなくパラメータKmを求めるようにしている。次に、図6を参照しながら本発明による実施例のパラメータKmの算出方法を説明する。 However, as described at the beginning, it is difficult to accurately obtain the intake pipe volume Vm and the intake pipe temperature Tm. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the parameter Km is obtained without obtaining the intake pipe volume Vm and the intake pipe temperature Tm. Next, a method for calculating the parameter Km according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本発明による実施例では、筒内充填空気量Mciを算出すべき少なくとも二つの気筒の吸気行程が含まれるように設定された設定クランク角範囲内において吸気管IM内に流入する空気量と吸気管IMから流出する空気量とに注目している。 In the embodiment according to the present invention, the amount of air flowing into the intake pipe IM and the intake pipe within the set crank angle range set so as to include the intake strokes of at least two cylinders for calculating the cylinder charge air amount Mci. We focus on the amount of air flowing out of IM.
図6は、すべての気筒の吸気行程が含まれる例えば1番気筒の吸気上死点から次の1番気筒の吸気上死点までの720°クランク角範囲が設定クランク角範囲に設定された場合を示している。 FIG. 6 shows a case in which the 720 ° crank angle range from the intake top dead center of the first cylinder to the intake top dead center of the next first cylinder is set as the set crank angle range, including the intake stroke of all cylinders. Is shown.
この720°クランク角範囲内に吸気管IM内に流入した空気の総量は図6(A)にハッチングで示される部分の面積であって、この720°クランク角範囲におけるスロットル弁通過空気流量平均値mtaveと、クランクシャフトが720°クランク角だけ回転するのに要した所要時間t720との積で表される(mtave・t720)。一方、この720°クランク角範囲内に吸気管IMから流出して気筒内に充填された空気の総量は図6(B)にハッチングで示される部分の面積であって、筒内充填空気量Mciの合計ΣMciで表される。 The total amount of air flowing into the intake pipe IM within this 720 ° crank angle range is the area of the portion indicated by hatching in FIG. 6A, and the average value of the air flow rate through the throttle valve in this 720 ° crank angle range. and mtave, crankshaft is represented by a product of the required time t 720 taken to rotate by 720 ° crank angle (mtave · t 720). On the other hand, the total amount of air that flows out of the intake pipe IM and fills the cylinder within the 720 ° crank angle range is the area of the portion indicated by hatching in FIG. It is represented by ΣMci.
720°クランク角範囲の始点と終点とで吸気圧Pmがほとんど変化していなければ、この720°クランク角の間に吸気管IM内に流入した空気の総量と、吸気管IMから流出して各気筒内に充填された空気の総量とは、互いにほぼ等しいはずである。従って、この場合には次式(8)が成立する。 If the intake pressure Pm hardly changes between the start point and the end point of the 720 ° crank angle range, the total amount of air that flows into the intake pipe IM during this 720 ° crank angle, The total amount of air charged in the cylinder should be approximately equal to each other. Therefore, in this case, the following equation (8) is established.
式(8)の右辺に式(7)を代入して整理すると、パラメータKmは次式(9)のように表すことができる。 When formula (7) is substituted into the right side of formula (8) and rearranged, the parameter Km can be expressed as the following formula (9).
即ち、エアフローメータ39により検出されたスロットル弁通過空気流量mtからスロットル弁通過空気流量平均値mtaveを算出し、クランク角センサ44の出力から所要時間t720を算出し、時間間隔Δtdi(図4参照)の合計値ΣΔtdi又は時間間隔Δtdiと吸気弁開弁時間Δtop(図4参照)との和の合計値Σ(Δtdi+Δtop)を算出し、吸気圧低下量ΔPmdiの合計値ΣΔPmdiを算出すれば、パラメータKmを算出することができる。このようにすると、吸気管容積Vm及び吸気管温度Tmを求めることなくパラメータKmを簡単に求めることができ、従って筒内充填空気量Mciを簡単にかつ正確に求めることができる。
That is, to calculate the throttle valve passage air flow rate average mtave from the throttle valve passage air flow rate mt that has been detected by the
図7に示されるように、例えば4つの気筒の吸気行程が含まれる360°クランク角範囲を設定クランク角範囲に設定することもできる。図7に示される例では、1番気筒の吸気上死点から6番気筒の吸気上死点までの第1の360°クランク角範囲と、6番気筒の吸気上死点から次の1番気筒の吸気上死点までの第2の360°クランク角範囲とが設定される。 As shown in FIG. 7, for example, a 360 ° crank angle range including the intake strokes of four cylinders can be set as the set crank angle range. In the example shown in FIG. 7, the first 360 ° crank angle range from the intake top dead center of the first cylinder to the intake top dead center of the sixth cylinder, and the next No. 1 from the intake top dead center of the sixth cylinder. A second 360 ° crank angle range up to the intake top dead center of the cylinder is set.
第1の360°クランク角範囲については、第1の360°クランク角範囲におけるスロットル弁通過空気流量平均値mtaveと、クランクシャフトが第1の360°クランク角範囲だけ回転するのに要した所要時間t360と、第1の360°クランク角範囲内で吸気行程が行われる気筒の筒内充填空気量Mcjの合計ΣMcj(j=1,2,3,4)とから、次式(10)が成立する。ここで、jは吸気行程順序を表している。同様に、第2の360°クランク角範囲については、第2の360°クランク角範囲におけるスロットル弁通過空気流量平均値mtave’と、クランクシャフトが第2の360°クランク角範囲だけ回転するのに要した所要時間t’360と、第2の360°クランク角範囲内で吸気行程が行われる気筒の筒内充填空気量Mcjの合計ΣMcj(j=5,6,7,8)とから、次式(11)が成立する。 For the first 360 ° crank angle range, the average value of the air flow rate through the throttle valve mtave in the first 360 ° crank angle range and the time required for the crankshaft to rotate by the first 360 ° crank angle range. From t 360 and the sum ΣMcj (j = 1, 2, 3, 4) of the in-cylinder charged air amount Mcj of the cylinder in which the intake stroke is performed within the first 360 ° crank angle range, the following equation (10) is obtained. To establish. Here, j represents the intake stroke order. Similarly, for the second 360 ° crank angle range, the throttle valve passing air flow rate average value mave ′ in the second 360 ° crank angle range and the crankshaft rotate by the second 360 ° crank angle range. From the required time t ′ 360 and the total ΣMcj (j = 5, 6, 7, 8) of the cylinder charge air amount Mcj of the cylinder in which the intake stroke is performed within the second 360 ° crank angle range, Formula (11) is materialized.
従って、第1のクランク角範囲についてのパラメータKmは次式(12)のように表すことができ、第2のクランク角範囲についてのパラメータKmは次式(13)のように表すことができる。 Therefore, the parameter Km for the first crank angle range can be expressed as the following equation (12), and the parameter Km for the second crank angle range can be expressed as the following equation (13).
この場合、第1のクランク角範囲内で吸気行程が行われる気筒の筒内充填空気量Mcj(j=1,2,3,4)は次式(12)により算出されたパラメータKmを用いて式(7)により算出され、第2のクランク角範囲内で吸気行程が行われる気筒の筒内充填空気量Mcj(j=5,6,7,8)は次式(13)により算出されたパラメータKmを用いて式(7)により算出される。 In this case, the in-cylinder charged air amount Mcj (j = 1, 2, 3, 4) of the cylinder in which the intake stroke is performed within the first crank angle range is calculated using the parameter Km calculated by the following equation (12). The in-cylinder charged air amount Mcj (j = 5, 6, 7, 8) of the cylinder in which the intake stroke is performed within the second crank angle range is calculated by the following equation (13). It is calculated by the equation (7) using the parameter Km.
従って、一般化して言うと、筒内充填空気量を算出すべき少なくとも二つの気筒の吸気行程が含まれるように設定クランク角範囲を設定し、この設定クランク角範囲内で吸気行程が行われた気筒の吸気圧低下量ΔPmdiの合計値ΣΔPmdiを算出し、それぞれの吸気圧低下量ΔPmdiと吸気圧低下量合計値ΣΔPmdiとに基づいて上述の第1空気量を算出しているということになる。或いは、それぞれの吸気圧低下量ΔPmdi、吸気圧低下量合計値ΣΔPmdi、スロットル弁通過空気流量mtもしくはその平均値mtave、クランクシャフトが設定クランク角範囲だけ回転するのに要する所要時間、吸気圧Pmに上向きピークUPi(図4参照)が発生してから下向きピークDNiが発生するまでの時間間隔Δtdiもしくはその合計値ΣΔtdi、又は吸気弁開弁時間Δtopもしくはその合計値ΣΔtopに基づいて第1空気量を算出しているという見方もできる。 Therefore, in general terms, the set crank angle range is set so as to include the intake strokes of at least two cylinders for which the cylinder air charge amount should be calculated, and the intake stroke is performed within this set crank angle range. The total value ΣΔPmdi of the intake pressure decrease amount ΔPmdi of the cylinder is calculated, and the above-described first air amount is calculated based on the respective intake pressure decrease amount ΔPmdi and the intake pressure decrease amount total value ΣΔPmdi. Alternatively, the intake pressure decrease amount ΔPmdi, the intake pressure decrease amount total value ΣΔPmdi, the throttle valve passing air flow rate mt or its average value mtave, the time required for the crankshaft to rotate within the set crank angle range, and the intake pressure Pm The first air amount is determined based on the time interval Δtdi from the occurrence of the upward peak UPi (see FIG. 4) to the occurrence of the downward peak DNi or its total value ΣΔtdi, or the intake valve opening time Δtop or the total value ΣΔtop. You can also see that it is calculated.
ところで、例えば吸気弁開弁期間が遅角側RT(図2参照)に設定されると、吸気弁閉弁時期VCが吸気下死点以降になる。この場合、ピストンが上昇を開始しても吸気弁6が開弁状態に保持されているので、筒内に吸入された空気が吸気管IM内に逆流するおそれがある。このような逆流が生ずると、図8にXでもって示されるように筒内吸入空気流量mciが一時的に負値になり、部分T2を台形で近似することはもはやできない。即ち、吸気行程末期に筒内から吸気管IMへの空気の逆流が生ずるときには、筒内充填空気量Mciを式(7)から正確に算出することはできない。 By the way, for example, when the intake valve opening period is set to the retarded side RT (see FIG. 2), the intake valve closing timing VC is after the intake bottom dead center. In this case, since the intake valve 6 is held in the open state even when the piston starts to rise, the air sucked into the cylinder may flow back into the intake pipe IM. When such a backflow occurs, the in-cylinder intake air flow rate mci temporarily becomes a negative value as indicated by X in FIG. 8, and the portion T2 can no longer be approximated by a trapezoid. That is, when the backflow of air from the cylinder to the intake pipe IM occurs at the end of the intake stroke, the cylinder charge air amount Mci cannot be accurately calculated from the equation (7).
そこで本発明による実施例では、吸気弁開弁期間が遅角側RTに設定されたときには、式(7)による筒内充填空気量Mciの算出作用を禁止している。この場合、筒内充填空気量Mciの更新が行われず、空気量バラツキ補正係数kDiは先の計算サイクルで算出された筒内充填空気量Mciから算出される。 Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the intake valve opening period is set to the retarded side RT, the operation of calculating the in-cylinder charged air amount Mci according to the equation (7) is prohibited. In this case, the in-cylinder charged air amount Mci is not updated, and the air amount variation correction coefficient kDi is calculated from the in-cylinder charged air amount Mci calculated in the previous calculation cycle.
図9は本発明による実施例のi番気筒の燃料噴射時間TAUiの算出ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定クランク角毎の割り込みによって実行される。 FIG. 9 shows a routine for calculating the fuel injection time TAUi of the i-th cylinder according to the embodiment of the present invention. This routine is executed by interruption every predetermined crank angle.
図9を参照すると、ステップ100では基本燃料噴射時間TAUbが算出される。続くステップ101では筒内充填空気量Mciの算出ルーチンが実行される。このルーチンは図10に示されている。続くステップ102では式(2)を用いてi番気筒の空気量バラツキ補正係数kDiが算出される(i=1,2,…,8)。続くステップ103では補正係数kkが算出される。続くステップ104では式(1)を用いて燃料噴射時間TAUiが算出される。i番気筒の燃料噴射弁15では燃料噴射時間TAUiだけ燃料が噴射される。
Referring to FIG. 9, in
図10は本発明による実施例のi番気筒の筒内充填空気量Mciの算出ルーチンを示している。 FIG. 10 shows a routine for calculating the in-cylinder charged air amount Mci of the i-th cylinder according to the embodiment of the present invention.
図10を参照すると、ステップ110では吸気弁6の開弁時期が進角側AD(図2参照)に設定されているか否かが判別される。吸気弁6の開弁時期が進角側ADに設定されているときには次いでステップ111に進み、スロットル弁通過空気流量平均値mtaveが算出される。続くステップ112では所要時間t720が算出される。続くステップ113ではi番気筒についての上向きピーク発生時刻tMi及び下向きピーク発生時刻tmiが検出される(i=1,2,…,8)。続くステップ114ではi番気筒の時間間隔Δtdiが算出される(Δtdi=tmi−tMi)。続くステップ115ではΣ(Δtdi+Δtop)が算出される。続くステップ116ではi番気筒についての最大値PmMi及び最小値Pmmiが検出される。続くステップ117では式(4)を用いてi番気筒の吸気圧低下量ΔPmdiが算出される。続くステップ118では吸気圧低下量合計値ΣΔPmdiが算出される。続くステップ119では式(9)を用いてパラメータKmが算出される。続くステップ120では式(7)を用いてi番気筒の筒内充填空気量Mciが算出される。これに対し、ステップ110において吸気弁6の開弁時期が遅角側RTに設定されているときには処理サイクルを終了する。従って、筒内充填空気量Mciの算出が禁止される。
Referring to FIG. 10, in
これまで述べてきた実施例では、図4に示される部分T2を、上辺及び下辺がそれぞれΔtdi及びΔtopである台形に近似している。しかしながら、部分T2を一辺が例えばΔtdiの長方形に近似することもできる。この場合、上述した式(7)及び(9)はそれぞれ次式(14)及び(15)のようになる。 In the embodiment described so far, the portion T2 shown in FIG. 4 is approximated to a trapezoid whose upper and lower sides are Δtdi and Δtop, respectively. However, the portion T2 can be approximated to a rectangle with one side of, for example, Δtdi. In this case, the above-described equations (7) and (9) are respectively expressed by the following equations (14) and (15).
1 機関本体
6 吸気弁
17 スロットル弁
40 圧力センサ
IM 吸気管
1 Engine Body 6
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