JP4665788B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
この発明は、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.
従来、例えば特許文献1には、内燃機関の失火検出装置が開示されている。この従来の失火検出装置は、気筒間の発生トルクの差および気筒間のフリクショントルクの差を学習する手段を備え、それらの学習値に応じて、クランク軸の角速度(クランク角回転速度)の計測値を補正するというものである。 Conventionally, for example, Patent Document 1 discloses a misfire detection device for an internal combustion engine. This conventional misfire detection device has means for learning the difference in generated torque between cylinders and the difference in friction torque between cylinders, and measures the crankshaft angular speed (crank angle rotational speed) according to the learned values. The value is corrected.
内燃機関を高精度に制御するためには、燃焼状態を正確に推定する手段が必要とされる。そして、燃焼状態を正確に推定するうえで、フリクションがもたらす影響は大きなものである。上記従来の装置によれば、気筒間のフリクションの差は学習されるが、環境変化や経年変化に起因して生ずるフリクションのずれが考慮されていない。このため、上記従来の装置は、燃焼状態を正確に推定する制御ロジックを構築するうえで、未だ改善の余地を有するものであった。 In order to control the internal combustion engine with high accuracy, means for accurately estimating the combustion state is required. And, when the combustion state is accurately estimated, the effect of friction is large. According to the above-described conventional apparatus, the difference in friction between the cylinders is learned, but the deviation of friction caused by environmental change and secular change is not taken into consideration. For this reason, the above-mentioned conventional apparatus still has room for improvement in constructing a control logic for accurately estimating the combustion state.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、経年変化等に依らずに正確なフリクション情報を得ることができ、その結果として、高精度なエンジン制御を実現し得る内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can obtain accurate friction information without depending on secular change or the like, and as a result, an internal combustion engine capable of realizing highly accurate engine control. An object of the present invention is to provide an engine control device.
第1の発明は、エンジン回転数とエンジン冷却水温度、または前記エンジン回転数とエンジン潤滑油の動粘度に基づいて、内燃機関のフリクションを推定するフリクション推定手段と、
クランク角度とクランク軸に入力する入力トルクとの関係を規定する所定の関係式に従って、前記エンジン回転数およびまたは前記クランク角度の実測値または推定値に基づいて前記入力トルクを算出する入力トルク算出手段と、
前記入力トルク算出手段により算出される前記入力トルクと、前記フリクション推定手段により算出されるフリクショントルクと、前記内燃機関の負荷トルクとに基づいて、前記内燃機関の発生トルクを算出する発生トルク算出手段と、
前記発生トルク算出手段により算出される前記発生トルクと筒内圧力との関係を規定する所定の関係式に従って、前記発生トルクに基づいて前記筒内圧力を算出する筒内圧力算出手段と、
前記筒内圧力算出手段により算出される前記筒内圧力に基づいて、前記内燃機関の各気筒の燃焼状態を表す燃焼状態指標を算出する燃焼状態指標算出手段と、
当該各気筒の前記燃焼状態指標に対して、所定サイクル数に対する燃焼状態指標平均値をそれぞれ算出する燃焼状態指標平均値算出手段と、
全気筒の前記燃焼状態指標平均値が所定の範囲内にあるか否かを判定する判定手段とを備え、
全気筒の前記燃焼状態指標平均値が前記所定の範囲内にないと判定された場合に、前記フリクション推定手段による前記フリクションの推定にずれがあると判断することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a friction estimation means for estimating the friction of an internal combustion engine based on the engine speed and the engine coolant temperature or the engine speed and the kinematic viscosity of the engine lubricating oil .
Input torque calculating means for calculating the input torque based on the engine speed and / or the measured or estimated value of the crank angle in accordance with a predetermined relational expression that defines the relationship between the crank angle and the input torque input to the crankshaft. When,
Generated torque calculation means for calculating the generated torque of the internal combustion engine based on the input torque calculated by the input torque calculation means, the friction torque calculated by the friction estimation means, and the load torque of the internal combustion engine When,
In-cylinder pressure calculating means for calculating the in-cylinder pressure based on the generated torque according to a predetermined relational expression that defines the relationship between the generated torque and the in-cylinder pressure calculated by the generated torque calculating means;
Combustion state index calculating means for calculating a combustion state index representing the combustion state of each cylinder of the internal combustion engine based on the in-cylinder pressure calculated by the in-cylinder pressure calculating means;
Combustion state index average value calculating means for calculating a combustion state index average value for a predetermined number of cycles for the combustion state index of each cylinder;
Determining means for determining whether the combustion state index average value of all cylinders is within a predetermined range;
When it is determined that the combustion state index average value of all the cylinders is not within the predetermined range, it is determined that there is a deviation in the estimation of the friction by the friction estimation unit.
また、第2の発明は、第1の発明において、前記フリクション推定手段による前記フリクションの推定にずれがあると判断された場合に、エンジン回転数に応じて前記フリクションを学習することを特徴とする。 The second invention is characterized in that, in the first invention, when it is determined that there is a deviation in the estimation of the friction by the friction estimation means, the friction is learned according to the engine speed. .
また、第3の発明は、第1または第2の発明において、クランク軸の回転位置を検出するクランク角センサと、
前記筒内圧力算出手段により算出される前記筒内圧力とクランク軸周りの運動方程式とに基づいて、エンジン回転数およびまたはクランク角度の推定値を算出する演算部と、
前記演算部により算出される前記推定値を前記クランク角センサにより検出される実測値に一致させるためのフィードバック補正量を算出し、当該フィードバック補正量を前記演算部の入力値に反映させるフィードバック手段と、
を更に備えることを特徴とする。
A third invention is the crank angle sensor for detecting the rotational position of the crankshaft in the first or second invention, and
Based on the equation of motion of the in-cylinder pressure and crankshaft periphery calculated by the in-cylinder pressure calculation means, the calculation section for calculating an estimated value of the engine rotational speed and or the crank angle,
Feedback means for calculating a feedback correction amount for matching the estimated value calculated by the calculation unit with an actual measurement value detected by the crank angle sensor, and reflecting the feedback correction amount in an input value of the calculation unit; ,
Is further provided .
また、第4の発明は、第1乃至第3の発明の何れかにおいて、前記燃焼状態指標は、筒内圧力の最大圧力値であることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the combustion state index is a maximum pressure value of the in-cylinder pressure.
また、第5の発明は、第1乃至第3の発明の何れかにおいて、前記燃焼状態指標算出手段は、Weibe関数による燃焼圧力推定手段を含み、
前記燃焼状態指標は、当該Weibe関数の同定により算出されるWeibe関数のパラメータであることを特徴とする。
In a fifth aspect based on any one of the first to third aspects, the combustion state index calculating means includes combustion pressure estimating means based on a Weibe function,
The combustion state index is a parameter of a Weibe function calculated by identifying the Weibe function.
また、第6の発明は、エンジン回転数とエンジン冷却水温度、または前記エンジン回転数とエンジン潤滑油の動粘度に基づいて、内燃機関のフリクションを推定するフリクション推定手段と、
筒内圧力と前記内燃機関の発生トルクとの関係を規定する所定の関係式に従って、前記筒内圧力に基づいて前記発生トルクを算出する発生トルク算出手段と、
前記発生トルク算出手段により算出される前記発生トルクと、前記フリクション推定手段により算出されるフリクショントルクと、前記内燃機関の負荷トルクとに基づいて、クランク軸に入力する入力トルクを算出する入力トルク算出手段と、
前記入力トルク算出手段により算出される前記入力トルクとクランク角度と前記エンジン回転数との関係を規定する所定の関係式に従って、前記エンジン回転数およびまたは前記クランク角度の推定値を算出するクランク推定値算出手段と、
クランク軸の回転位置を検出するクランク角センサと、
前記クランク推定値算出手段により算出される前記推定値を前記クランク角センサにより検出される前記エンジン回転数およびまたは前記クランク角度の実測値に一致させるためのフィードバック補正量を、前記内燃機関の各気筒の燃焼状態を表す燃焼状態指標として算出する燃焼状態指標算出手段と、
当該各気筒の前記燃焼状態指標に対して、所定サイクル数に対する燃焼状態指標平均値をそれぞれ算出する燃焼状態指標平均値算出手段と、
全気筒の前記燃焼状態指標平均値が所定の範囲内にあるか否かを判定する判定手段とを備え、
全気筒の前記燃焼状態指標平均値が前記所定の範囲内にないと判定された場合に、前記フリクション推定手段による前記フリクションの推定にずれがあると判断することを特徴とする。
また、第7の発明は、第6の発明において、前記フリクション推定手段による前記フリクションの推定にずれがあると判断された場合に、エンジン回転数に応じて前記フリクションを学習することを特徴とする。
また、第8の発明は、第6または第7の発明において、前記フィードバック補正量を前記筒内圧力に反映させるフィードバック手段を更に備えることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a friction estimating means for estimating the friction of the internal combustion engine based on the engine speed and the engine coolant temperature, or the engine speed and the kinematic viscosity of the engine lubricating oil,
Generated torque calculation means for calculating the generated torque based on the in-cylinder pressure according to a predetermined relational expression defining a relationship between the in-cylinder pressure and the generated torque of the internal combustion engine;
Based on the generated torque calculated by the generated torque calculating means, the friction torque calculated by the friction estimating means, and the load torque of the internal combustion engine, an input torque calculation for calculating an input torque input to the crankshaft Means,
Crank estimated value for calculating an estimated value of the engine speed and / or the crank angle in accordance with a predetermined relational expression that defines the relationship between the input torque calculated by the input torque calculating means, the crank angle, and the engine speed. A calculation means;
A crank angle sensor for detecting the rotational position of the crankshaft;
A feedback correction amount for making the estimated value calculated by the crank estimated value calculating means coincide with the engine speed detected by the crank angle sensor and / or the measured value of the crank angle is set to each cylinder of the internal combustion engine. Combustion state index calculating means for calculating as a combustion state index representing the combustion state of
Combustion state index average value calculating means for calculating a combustion state index average value for a predetermined number of cycles for the combustion state index of each cylinder;
Determining means for determining whether the combustion state index average value of all cylinders is within a predetermined range;
When it is determined that the combustion state index average value of all the cylinders is not within the predetermined range, it is determined that there is a deviation in the estimation of the friction by the friction estimation unit.
The seventh invention is characterized in that, in the sixth invention, when it is determined that there is a deviation in the estimation of the friction by the friction estimation means, the friction is learned according to the engine speed. .
The eighth invention is characterized in that, in the sixth or seventh invention, further comprises feedback means for reflecting the feedback correction amount in the in-cylinder pressure.
第1の発明によれば、燃焼状態指標算出手段によって、内燃機関の燃焼状態を正確に取得しているので、フリクション推定手段によるフリクションの推定にずれが生じているか否かを的確に判断することができる。 According to the first aspect, since the combustion state of the internal combustion engine is accurately acquired by the combustion state index calculation means, it is possible to accurately determine whether or not there is a deviation in the friction estimation by the friction estimation means. Can do.
第2の発明によれば、フリクションの推定にずれがあると認められる場合に、フリクションのずれが学習されるので、経年変化等によるフリクションのずれを補正することができる。このため、より正確なエンジン制御を行うことが可能となる。 According to the second aspect, since it is learned that there is a deviation in the estimation of the friction, the deviation of the friction due to secular change or the like can be corrected. For this reason, more accurate engine control can be performed.
第3の発明によれば、内燃機関の出力軸であるクランク軸周りの運動方程式に基づいて、軸トルク情報を用いてクランク軸に作用するフリクションを正確に見積もったうえで、そのフリクションのずれを検証することができる。このため、各気筒の燃焼状態のばらつきに占めるフリクションの影響をより明確にすることができる。 According to the third aspect of the present invention, the friction acting on the crankshaft is accurately estimated using the shaft torque information based on the equation of motion around the crankshaft that is the output shaft of the internal combustion engine, and the deviation of the friction is detected. Can be verified. For this reason, the influence of the friction which occupies for the dispersion | variation in the combustion state of each cylinder can be clarified more.
第4の発明によれば、筒内圧力の最大圧力値を燃焼状態指標として、燃焼状態を正確に取得することができる。 According to the fourth aspect of the invention, the combustion state can be accurately acquired using the maximum pressure value of the in-cylinder pressure as the combustion state index.
第5の発明によれば、Weibe関数のパラメータを燃焼状態指標として、燃焼状態を正確に取得することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the combustion state can be accurately acquired using the parameter of the Weibe function as the combustion state index.
第6の発明によれば、フィードバック補正量を燃焼状態指標として用いる燃焼状態指標算出手段によって、内燃機関の燃焼状態を正確に取得しているので、フリクション推定手段によるフリクションの推定にずれが生じているか否かを的確に判断することができる。
第7の発明によれば、フリクションの推定にずれがあると認められる場合に、フリクションのずれが学習されるので、経年変化等によるフリクションのずれを補正することができる。このため、より正確なエンジン制御を行うことが可能となる。
第8の発明によれば、軸トルク情報を用いてクランク軸に作用するフリクションを正確に見積もったうえで、そのフリクションのずれを検証することができる。このため、各気筒の燃焼状態のばらつきに占めるフリクションの影響をより明確にすることができる。
According to the sixth aspect of the present invention, since the combustion state of the internal combustion engine is accurately acquired by the combustion state index calculating means that uses the feedback correction amount as the combustion state index, there is a deviation in the friction estimation by the friction estimation means. It is possible to accurately determine whether or not.
According to the seventh aspect, since it is learned that there is a deviation in the estimation of the friction, the deviation of the friction due to secular change or the like can be corrected. For this reason, more accurate engine control can be performed.
According to the eighth aspect, the friction acting on the crankshaft can be accurately estimated using the shaft torque information, and the deviation of the friction can be verified. For this reason, the influence of the friction which occupies for the dispersion | variation in the combustion state of each cylinder can be clarified more.
実施の形態1.
[実施の形態1の装置の構成]
図1は、本発明の実施の形態1の内燃機関の停止位置制御装置が適用された内燃機関10の構成を説明するための図である。本実施形態のシステムは、内燃機関10を備えている。ここでは、内燃機関10は、直列4気筒型エンジンであるものとする。内燃機関10の筒内には、ピストン12が設けられている。ピストン12は、コンロッド14を介してクランク軸16と連結されている。また、内燃機関10の筒内には、ピストン12の頂部側に燃焼室18が形成されている。燃焼室18には、吸気通路20および排気通路22が連通している。
Embodiment 1 FIG.
[Configuration of Device of Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of an
吸気通路20には、スロットルバルブ24が設けられている。スロットルバルブ24は、アクセル開度と独立してスロットル開度を制御することのできる電子制御式スロットルバルブである。スロットルバルブ24の近傍には、スロットル開度TAを検出するスロットルポジションセンサ26が配置されている。スロットルバルブ24の下流には、内燃機関10の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁28が配置されている。また、内燃機関が備えるシリンダヘッドには、気筒毎に、燃焼室18の頂部から燃焼室18内に突出するように点火プラグ30がそれぞれ取り付けられている。吸気ポートおよび排気ポートには、それぞれ、燃焼室18と吸気通路20、或いは燃焼室18と排気通路22を導通状態または遮断状態とするための吸気弁32および排気弁34が設けられている。
A
吸気弁32および排気弁34は、それぞれ吸気可変動弁(VVT)機構36および排気可変動弁(VVT)機構38により駆動される。可変動弁機構36、38は、それぞれ、クランク軸の回転と同期して吸気弁32および排気弁34を開閉させると共に、それらの開弁特性(開弁時期、作用角、リフト量など)を変更することができる。
The intake valve 32 and the
内燃機関10は、クランク軸の近傍にクランク角センサ40を備えている。クランク角センサ40は、クランク軸が所定回転角だけ回転する毎に、Hi出力とLo出力を反転させるセンサである。クランク角センサ40の出力によれば、クランク軸の回転位置やその回転速度(エンジン回転数Ne)を検知することができる。また、内燃機関10は、吸気カム軸の近傍にカム角センサ42を備えている。カム角センサ42は、クランク角センサ40と同様の構成を有するセンサである。カム角センサ42の出力によれば、吸気カム軸の回転位置(進角量)などを検知することができる。
The
図1に示すシステムは、ECU(Electronic Control Unit)50を備えている。ECU50には、上述した各種センサに加え、排気通路22内の排気空燃比を検出するための空燃比センサ52や内燃機関10の冷却水温度を検出するための水温センサ54が接続されている。また、ECU50には、上述した各種アクチュエータが接続されている。ECU50は、それらのセンサ出力、およびECU50内に仮想的に構成されたエンジンモデル60を用いた演算結果に基づいて、内燃機関10の運転状態を制御することができる。
The system shown in FIG. 1 includes an ECU (Electronic Control Unit) 50. In addition to the various sensors described above, an
[エンジンモデルの概要]
図2は、図1に示すECU50が備えるエンジンモデル60の構成を示すブロック図である。図2に示すように、エンジンモデル60は、クランク軸周りの運動方程式演算部62と、フリクションモデル64と、吸気圧力推定モデル66と、筒内圧推定モデル68と、燃焼波形算出部70と、大気圧補正項算出部72と、大気温補正項算出部74とを含んでいる。以下、これらの各部の詳細な構成について説明を行う。
[Overview of engine model]
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the
(1)クランク軸周りの運動方程式演算部について
クランク軸周りの運動方程式演算部62は、クランク角度θおよびエンジン回転数Ne(クランク角回転速度dθ/dt)のそれぞれの推定値を求めるためのものである。クランク軸周りの運動方程式演算部62は、筒内圧推定モデル68または燃焼波形算出部70から内燃機関10の筒内圧力Pの入力を受け、演算開始時には、更に、初期クランク角度θ0および初期エンジン回転数Ne0の入力を受ける。
(1) About the equation of motion calculation unit around the crankshaft The equation of
クランク軸周りの運動方程式演算部62によって算出される推定クランク角度θおよび推定エンジン回転数Neは、図2に示すPIDコントローラ76によって、実クランク角度θおよび実エンジン回転数Neとの偏差が無くなるようにフィードバック制御される。また、クランク軸周りの運動方程式演算部62の演算結果には、フリクションモデル64によって、内燃機関10の内部のフリクションに関する影響が反映される。
The estimated crank angle θ and the estimated engine speed Ne calculated by the motion
次に、クランク軸周りの運動方程式演算部62の内部で実行される具体的な演算内容について説明する。
図3は、クランク軸周りの各要素に付す記号を示す図である。図3に示すように、ここでは、筒内圧力Pを受けるピストン12の頂部の表面積をAとする。コンロッド14の長さをL、クランクの回転半径をrとする。そして、コンロッド14のピストン取り付け点とクランク軸16の軸中心とを結ぶ仮想線(シリンダの軸線)と、コンロッド14の軸線とがなす角度をφ(以下、「コンロッド角度φ」と称する)とし、シリンダの軸線とクランクピン17の軸線とがなす角度をθとする。
Next, specific calculation contents executed inside the motion
FIG. 3 is a diagram showing symbols attached to each element around the crankshaft. As shown in FIG. 3, here, A is the surface area of the top of the
4つの気筒を有する内燃機関10では、気筒間のクランク角度の位相差は180°CAであるため、それらの気筒間のクランク角度の関係は、次の(1a)式のように定義することができる。また、各気筒のクランク角回転速度dθ/dtは、それぞれ各気筒のクランク角度θの時間微分となるため、それぞれ次の(1b)式のように表すことができる。
ただし、上記(1a)式および(1b)式において、クランク角度θおよびクランク角回転速度dθ/dtに付された符号1〜4は、内燃機関10の所定の爆発順序に従って燃焼が到来する気筒の順番に対応しており、また、後述する数式においては、それらの符号1〜4を「i」で代表させることがある。
However, in the above formulas (1a) and (1b), the reference numerals 1 to 4 given to the crank angle θ and the crank angle rotational speed dθ / dt are the cylinders in which combustion arrives according to the predetermined explosion order of the
また、図3に示すピストン・クランク機構においては、クランク角度θiとコンロッド角度φiとは、次の(2)式で表される関係を有することになる。
また、クランク軸周りの全運動エネルギTは、次の(3)式のように表すことができる。(3)式を展開すると、(3)式中の各項の諸々のパラメータを1/2(dθ/dt)2の係数としてまとめることができる。ここでは、そのようにまとめられた係数を、クランク角度θの関数f(θ)として表現している。
ただし、上記(3)式において、右辺第1項はクランク軸16の回転運動に関する運動エネルギに、右辺第2項はピストン12およびコンロッド14の直進運動に関する運動エネルギに、右辺第3項はコンロッド14の回転運動に関する運動エネルギに、それぞれ対応している。また、上記(3)式において、Ikはクランク軸16の軸周りの慣性モーメントであり、Iflはフライホイールの回転軸周りの慣性モーメントであり、Imiは内燃機関10と組み合わされる変速機以下の回転部(すなわち、変速機、駆動軸、タイヤ等)の回転軸周りの慣性モーメントであり、Icはコンロッドに関する慣性モーメントである。また、mpはピストン12の変位であり、mcはコンロッド14の変位である。
However, in the above equation (3), the first term on the right side is the kinetic energy related to the rotational motion of the
次に、ラグラジアンLを、系の全運動エネルギTと位置エネルギUとの偏差として、次の(4a)式のように定義する。そして、クランク軸16に作用する入力トルクをTRQとすると、ラグランジュの運動方程式を用いて、ラグラジアンLとクランク角度θと入力トルクTRQとの関係を、次の(4b)式のように表すことができる。
ここで、上記(4a)式において、位置エネルギUの影響は運動エネルギTの影響に比して小さく、その影響を無視することができる。従って、上記(4b)式の左辺第1項は、上記(3)式をクランク角回転速度(dθ/dt)で偏微分して得られた値を時間微分することで、クランク角度θの関数として、次の(4c)式のように表すことができる。また、上記(4b)式の左辺第2項は、上記(3)式をクランク角度θで偏微分することで、クランク角度θの関数として、次の(4d)式のように表すことができる。 Here, in the above equation (4a), the influence of the potential energy U is smaller than the influence of the kinetic energy T, and the influence can be ignored. Therefore, the first term on the left side of the equation (4b) is a function of the crank angle θ by differentiating the value obtained by partial differentiation of the equation (3) with respect to the crank angle rotation speed (dθ / dt). Can be expressed as the following equation (4c). Further, the second term on the left side of the above equation (4b) can be expressed as the following equation (4d) as a function of the crank angle θ by partially differentiating the above equation (3) with respect to the crank angle θ. .
従って、上記(4b)式は、次の(4e)式のようにして表すことができ、これにより、クランク角度θと入力トルクTRQとの関係を得ることができる。また、ここでは、その入力トルクTRQを、次の(5)式のように、3つのパラメータからなるものと定義する。
ただし、上記(5)式において、TRQeは、エンジン発生トルクであり、より具体的には、ガス圧力(筒内圧力P)を受けるピストン12からクランク軸16に作用するトルクである。TRQLは、負荷トルクであり、内燃機関10が搭載される車両の特性に応じて異なる既知の値として、ECU50に記憶されている。TRQfは、フリクショントルク、すなわち、ピストン12、クランク軸16等の摺動部分の摩擦損失に対応するトルクである。このフリクショントルクTRQfは、フリクションモデル64から得られる値である。
However, in the above equation (5), TRQ e is the engine generated torque, more specifically, the torque acting on the
次に、エンジン発生トルクTRQeは、次の(6a)式〜(6c)式に従って算出することができる。すなわち、先ず、筒内圧力Pに基づいてコンロッド14に作用する力Fcは、ピストン12の頂部に作用する力PAのコンロッド14の軸線方向成分として、(6a)式のように表すことができる。そして、図3に示すようにコンロッド14の軸線とクランクピン17の軌跡の接線とがなす角度αが{π/2−(φ+θ)}であるため、筒内圧力Pに基づいてクランクピン17の軌跡の接線方向に作用する力Fkは、コンロッド14に作用する力Fcを用いて、(6b)式のように表すことができる。従って、エンジン発生トルクTRQeは、クランクピン17の軌跡の接線方向に作用する力Fkとクランクの回転半径rとの積であるため、(6a)式および(6b)式を用いて、(6c)式のように表すことができる。
以上説明したクランク軸周りの運動方程式演算部62の構成によれば、筒内圧推定モデル68または燃焼波形算出部70によって筒内圧力Pを取得することにより、(6c)式および(5)式に従って入力トルクTRQを得ることができる。そして、(4e)式を解くことにより、クランク角度θやクランク角回転速度dθ/dtを得ることが可能となる。
According to the configuration of the motion
(2)フリクションモデルについて
図4は、図2に示すフリクションモデル64がフリクショントルクTRQfを取得するために備えているフリクションマップの一例を示している。図4に示すフリクションマップでは、フリクショントルクTRQfを、エンジン回転数Neとエンジン冷却水温度との関係で定めている。このようなフリクションマップの特性は、予め実験等により定められたものであり、フリクショントルクTRQfは、エンジン冷却水温度が低くなると大きくなる傾向を有している。
(2) About Friction Model FIG. 4 shows an example of a friction map provided for the
尚、ここでは、ECU50の計算負荷の低減のため、フリクションモデル64として、上記のようなフリクションマップを備えるようにしているが、フリクションモデルの構成は、これに限定されるものではなく、以下の(7)式のような関係式を用いるものであってもよい。この(7)式では、フリクショントルクTRQfが、エンジン回転数Neと内燃機関10の潤滑油の動粘度νとをパラメータとする関数となるように構成されている。
(3)吸気圧力推定モデルについて
吸気圧力推定モデル66は、吸気圧力を推定するための吸気圧マップ(図示省略)を備えている。この吸気圧マップは、吸気圧力を、スロットル開度TA、エンジン回転数Ne、および吸排気弁のバルブタイミングVVTとの関係で定めたものである。このような吸気圧力推定モデルの構成によれば、ECU50の計算負荷を低く抑えつつ、吸気圧力を取得することができる。尚、詳細に吸気圧力を計算する場合には、上記のような吸気圧マップを用いずに、スロットルバルブ24を通過する空気流量を推定するスロットルモデルと、吸気弁32の周囲を通過する空気流量(すなわち、筒内吸入空気流量)を推定するバルブモデルとを用いて、吸気圧力推定モデルを構成するようにしてもよい。
(3) Intake Pressure Estimation Model The intake
(4)筒内圧推定モデル
筒内圧推定モデル68は、燃焼が行われない状況下で、筒内圧力Pを算出するために用いられるモデルである。この筒内圧推定モデル68では、内燃機関10の各行程における筒内圧力Pを、次の(8a)式〜(8d)式を用いて算出するようにしている。すなわち、先ず、吸気行程の経過中の筒内圧力Pは、(8a)式で示すように、上述した吸気圧力推定モデル66が有する吸気圧マップから得られる筒内圧力のマップ値Pmapから得るようにしている。
次に、圧縮行程の経過中の筒内圧力Pは、気体の可逆断熱変化の式に基づいて、(8b)式のように表すことができる。
ただし、上記(8b)式において、VBDCはピストン12が吸気下死点にあるときの行程容積Vであり、κは比熱比である。
Next, the in-cylinder pressure P during the course of the compression stroke can be expressed as in equation (8b) based on the equation for reversible adiabatic change of gas.
However, in the above equation (8b), V BDC is the stroke volume V when the
また、膨張行程の経過中の筒内圧力Pについても、圧縮行程の場合と同様にして、(8c)式のように表すことができる。
ただし、上記(8c)式において、VTDCはピストン12が圧縮上死点にあるときの行程容積Vであり、Pcは圧縮行程の終了時における筒内圧力である。
Further, the in-cylinder pressure P during the expansion stroke can also be expressed as in the equation (8c) in the same manner as in the compression stroke.
However, in the above equation (8c), V TDC is the stroke volume V when the
また、排気行程の経過中の筒内圧力Pは、(8d)式で示すように、排気通路22内の圧力Pexであるものとしている。この圧力Pexは、ほぼ大気圧力Pairに等しいとみなすことができるものである。従って、ここでは、大気圧力Pairを、排気行程の経過中の筒内圧力Pに使用している。
Further, the in-cylinder pressure P during the exhaust stroke is assumed to be the pressure P ex in the
(5)燃焼波形算出部について
燃焼波形算出部70は、圧縮行程の途中から膨張行程の途中までの燃焼が行われている期間における筒内圧力(燃焼圧力)Pを算出するために用いられるモデルである。この燃焼波形算出部70では、Weibe関数を用いた関係式である(9a)式と、後述する(10)式とを用いて、燃焼圧力Pの推定値が算出される。
より具体的には、燃焼波形算出部70では、先ず、(9a)式を用いて、現在のクランク角度θに対応する熱発生率dQ/dθを算出することとしている。
ただし、上記(9a)式において、mは形状係数、kは燃焼効率、θbは着火遅れ期間、aは燃焼速度(ここでは固定値6.9)である。これらの各パラメータは、事前に適合された値が使用される。また、Qは発熱量である。
More specifically, the combustion
However, in the above equation (9a), m is the shape factor, k is the combustion efficiency, θ b is the ignition delay period, and a is the combustion rate (here, fixed value 6.9). For each of these parameters, pre-adapted values are used. Q is the calorific value.
上記(9a)式を用いて熱発生率dQ/dθを算出するには、発熱量Qを算出する必要がある。発熱量Qは、微分方程式である(9a)式を解くことにより算出することができる。そのために、先ず、(9b)式では、(9a)式におけるWeibe関数に相当する部分をg(θ)と置き換えている。そうすると、(9a)式を(9c)式のように表すことが可能となる。次いで、(9c)式の両辺をクランク角度θで積分した後に、当該(9c)式を展開することで、発熱量Qを(9d)式のように表すことができる。次いで、(9d)式に従って算出された発熱量Qを、再度(9a)式に代入することで、熱発生率dQ/dθが算出される。 In order to calculate the heat generation rate dQ / dθ using the above equation (9a), it is necessary to calculate the calorific value Q. The calorific value Q can be calculated by solving the equation (9a) which is a differential equation. Therefore, first, in the equation (9b), the part corresponding to the Weibe function in the equation (9a) is replaced with g (θ). If it does so, it will become possible to express (9a) Formula like (9c) Formula. Next, after integrating both sides of the formula (9c) with the crank angle θ, the calorific value Q can be expressed as the formula (9d) by developing the formula (9c). Next, the heat generation rate dQ / dθ is calculated by substituting the calorific value Q calculated according to the equation (9d) into the equation (9a) again.
熱発生率dQ/dθと筒内圧力(燃焼圧力)Pとは、エネルギ保存則に基づく関係式を用いて(10)式のように表すことができる。従って、(9a)式に従って算出された熱発生率dQ/dθを代入して当該(10)式を解くことにより、燃焼圧力Pを算出することができる。
以上説明した筒内圧推定モデル68および燃焼波形算出部70によれば、筒内圧推定モデル68を用いて燃焼が行われていない状況下での筒内圧力Pを算出するととともに、燃焼波形算出部70を用いて燃焼が行われている期間中の筒内圧力Pを算出することにより、燃焼実行の有無に関係なく、内燃機関10の筒内圧力Pの履歴を取得することができる。
According to the in-cylinder
尚、内燃機関10の筒内圧力Pの履歴を取得する手法は、上記の手法に限定されるものではなく、例えば、以下の図5を参照して示すような手法であってもよい。
図5は、そのような変形例の手法を説明するための図である。この手法では、上記(9a)式および(10)式を用いて、所定のクランク角度θ毎に燃焼圧力Pを計算することを行うのではなく、事前に、上記(9a)式および(10)式を用いて、図5(A)に示すような燃焼パターン、すなわち、燃焼に付されることで変化する筒内圧力Pの波形の変化分(燃焼による圧力増加分)のみを算出しておく。
In addition, the method of acquiring the history of the in-cylinder pressure P of the
FIG. 5 is a diagram for explaining a method of such a modification. In this method, the combustion pressure P is not calculated for each predetermined crank angle θ using the above equations (9a) and (10), but the above equations (9a) and (10) are calculated in advance. Using the equation, only the combustion pattern as shown in FIG. 5A, that is, the change in the waveform of the in-cylinder pressure P that changes as a result of being applied to combustion (the pressure increase due to combustion) is calculated in advance. .
より具体的には、そのような燃焼パターンを決定する3つのパラメータである着火遅れ期間、燃焼期間、およびΔPmax(燃焼時の最大圧力Pmaxと燃焼無し時の最大圧力Pmax0との偏差)を、エンジン回転数Ne、空気充填率KL、吸排気弁のバルブタイミングVVT、および点火時期のそれぞれとの関係で定めたマップを記憶しておく。そして、燃焼による圧力増加分に対応する波形を、2次関数などの簡易な関数を組み合わせて近似させた波形として算出するために、当該近似波形の各係数を上記のエンジン回転数Neとの関係でマップ化しておく。そして、図5(B)に示すように、そのようなマップを参照して得られた燃焼による圧力増加分の波形を、筒内圧推定モデル68で算出される筒内圧力Pの値と足し合わせることで、燃焼圧力Pを取得するようにする。
More specifically, there are three parameters that determine such a combustion pattern: ignition delay period, combustion period, and ΔP max (deviation between maximum pressure P max during combustion and maximum pressure P max0 without combustion). Are stored in relation to the engine speed Ne, the air filling rate KL, the valve timing VVT of the intake and exhaust valves, and the ignition timing. Then, in order to calculate the waveform corresponding to the pressure increase due to combustion as a waveform approximated by combining simple functions such as a quadratic function, each coefficient of the approximate waveform is related to the engine speed Ne. Map it with. Then, as shown in FIG. 5B, the waveform of the pressure increase due to combustion obtained by referring to such a map is added to the value of the in-cylinder pressure P calculated by the in-cylinder
(6)大気圧補正項算出部について
大気圧補正項算出部72は、筒内に吸入される筒内充填空気量Mcを推定するモデル(ここでは「エアモデル」と称する)を含んでいる。このエアモデルでは、筒内充填空気量Mcを次の(11)式に従って算出することとしている。
ただし、上記(11)式において、a、bは、それぞれ運転条件(エンジン回転数NeやバルブタイミングVVTなど)に応じて適合される係数である。尚、Pmは、吸気圧力であり、例えば、上述した吸気圧力推定モデル66によって算出される値を使用することができる。
However, in the above equation (11), a and b are coefficients adapted according to operating conditions (engine speed Ne, valve timing VVT, etc.), respectively. Note that P m is the intake pressure, and for example, a value calculated by the intake
また、大気圧補正項算出部72は、筒内に吸入される燃料量fcを推定するモデル(ここでは「燃料モデル」と称する)を含んでいる。燃料噴射弁28から噴射された後の燃料の挙動を考慮すると、すなわち、噴射された燃料の一部の吸気ポートの内壁等への付着やその付着燃料の気化という現象を考慮すると、第kサイクルにおける燃料噴射の開始時における壁面付着燃料量がfw(k)であり、第kサイクルにおける実燃料噴射量がfi(k)である場合、第kサイクルの終了後に発生している壁面付着燃料量fw(k+1)、および第kサイクルにおいて筒内に吸入される燃料量fcは、次の(12a)式および(12b)式のように表すことができる。
ただし、上記(12)式において、Pは、付着率、より具体的には、噴射燃料量fiのうちの吸気ポートの内壁等に付着する燃料量の割合である。Rは、残留率、より具体的には、吸気行程の実行後に付着燃料量fwが壁面等に付着したままの状態で残る割合である。
上記(12)式によれば、付着率Pおよび残留率Rをパラメータとして、個々のサイクル毎に上記燃料量fcを算出することができる。
However, in the above (12), P is, deposition rate, and more specifically, the ratio of the amount of fuel adhering to the inner wall of the intake port of the fuel injection amount f i. R is the residual percentage, more specifically, adherent fuel amount f w after execution of the intake stroke is the fraction that remains in a state adhered to the wall surface or the like.
According to the above (12), the adhesion rate P and the residual rate R as a parameter, it is possible to calculate the fuel quantity f c for each individual cycle.
従って、上記のエアモデルおよび燃料モデルの算出結果を用いて、空燃比A/Fの推定値を算出することができる。大気圧補正項算出部72では、次いで、この推定空燃比A/Fと、噴射された燃料が燃焼に付された後に空燃比センサ52に到達するまでの輸送遅れを考慮したタイミングで検出する空燃比A/Fの実測値との定常偏差を算出する。そして、この定常偏差が筒内充填空気量Mcの誤差であるため、当該定常偏差が大きい場合には、大気圧がずれているものとして、大気圧補正係数kairpを算出する。具体的には、上記エアモデルより吸気圧力Pmを逆算し、その吸気圧力Pmに基づいて標準大気圧Pa0に対する補正率として大気圧補正係数kairpを算出する。この大気圧補正係数kairpは、上述した吸気圧力推定モデル66および筒内圧推定モデル68において、吸気圧力Pmapと排気圧力(大気圧Pair)の補正に用いられる。
Therefore, the estimated value of the air-fuel ratio A / F can be calculated using the calculation results of the air model and the fuel model. Next, the atmospheric pressure correction
(7)大気温補正項算出部について
大気温補正項算出部74では、排気行程中の行程容積V、残留ガス質量(排気上死点でのすきま容積Vcに基づいて算出)m、残留ガス(既燃ガス)のガス定数R、および大気温度Tairの実測値を理想気体の状態方程式に代入することで、筒内圧力Pthを算出する。当該筒内圧力Pthと、筒内圧推定モデル68で算出される筒内圧力Pとの偏差を算出する。そして、その偏差が大きい場合には、上記偏差に基づいて補正係数を算出する。この補正係数は、上述した吸気圧力推定モデル66において、吸気圧力Pmapの補正に用いられる。
(7) About the atmospheric temperature correction term calculation unit In the atmospheric temperature correction term calculation unit 74, the stroke volume V during the exhaust stroke, the residual gas mass (calculated based on the clearance volume V c at the exhaust top dead center) m, the residual gas The in-cylinder pressure P th is calculated by substituting the measured values of the gas constant R of (burnt gas) and the atmospheric temperature T air into the ideal gas equation of state. A deviation between the in-cylinder pressure P th and the in-cylinder pressure P calculated by the in-cylinder
[フリクションモデルの学習]
内燃機関10において、高精度な空燃比制御と良好なドライバビリティの確保を実現するためには、燃焼状態を正確に推定する手段が必要とされる。上述したエンジンモデル60によれば、燃焼状態を表す指標として、筒内圧力Pの最大圧力値Pmaxを算出することができる。燃焼状態を正確に推定するうえで、フリクションがもたらす影響は大きなものである。
[Friction model learning]
In the
そのようなフリクションの影響を明確にするためには、環境変化や経年変化に起因して生ずるフリクションのずれが考慮されているのが望ましい。そこで、本実施形態のシステムでは、経年変化等に依らずに正確なフリクション情報を得られるようにすべく、ECU50に以下の図6に示すルーチンを実行させることとした。
In order to clarify the influence of such friction, it is desirable to take into account the deviation of friction caused by environmental changes and secular changes. Therefore, in the system of the present embodiment, the
図6は、上記の目的を実現するために、本実施の形態1においてECU50が実行するルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、エンジンモデル60が高い演算精度を発揮する状態で処理が行われるように、フリクションが適合されている状態で実行されるものとする。ここでいう、フリクションが適合されている状態とは、エンジンモデル60が算出する推定クランク角度θおよび推定エンジン回転数Neと、実クランク角度θおよび実エンジン回転数Neとの偏差が十分に小さい状態をいう。
FIG. 6 is a flowchart of a routine executed by the
図6に示すルーチンでは、先ず、実エンジン回転数Neおよび実クランク角度θが、30°CA毎に検出される(ステップ100)。次いで、内燃機関10の現在の運転状態が定常状態にあるか否かが判別される(ステップ102)。
In the routine shown in FIG. 6, first, the actual engine speed Ne and the actual crank angle θ are detected every 30 ° CA (step 100). Next, it is determined whether or not the current operating state of the
上記ステップ102において、内燃機関10が定常状態にあると判定された場合には、エンジンモデル60を用いて、燃焼圧力Pが算出される(ステップ104)。より具体的には、本ステップ104では、先ず、上記ステップ100において検出された実エンジン回転数Neおよび実クランク角度θが初期値としてエンジンモデル60に入力される。次いで、エンジンモデル60により演算されるエンジン回転数Neおよびクランク角度θの推定値を上記(4e)式に代入することで、入力トルクTRQが算出される。また、フリクショントルクTRQfはフリクションモデル64より得ることができ、負荷トルクTRQLはECU50に記憶されている。従って、上記(5)式を用いて、エンジン発生トルクTRQeを算出することができる。その結果、上記(6c)式に従って、燃焼圧力Pを算出することができる。より詳細には、ここでは、燃焼圧力Pは、クランク角度θに対する圧力履歴として算出される。
If it is determined in
次に、気筒毎に、所定のサイクル数に対する最大圧力値Pmaxの平均値が算出される(ステップ106)。より具体的には、本ステップ106では、上記ステップ104において算出された燃焼圧力Pの履歴から、クランク角度θの情報に基づいて、各気筒の最大圧力値Pmaxがそれぞれ特定されたうえで、気筒毎に、所定のサイクル数に対する最大圧力値Pmaxの平均値が算出される。
Next, for each cylinder, an average value of the maximum pressure value Pmax with respect to a predetermined number of cycles is calculated (step 106). More specifically, in this
次に、上記ステップ106において算出された最大圧力値Pmaxの平均値が所定の範囲内にあるか否かが、気筒毎に判別される(ステップ108)。その結果、上記平均値が所定の範囲内にあると判定された場合には、燃焼状態が悪くなっている気筒はないものと判断され、今回のルーチンの処理が速やかに終了される。
Next, it is determined for each cylinder whether or not the average value of the maximum pressure value P max calculated in
一方、上記ステップ108において、上記平均値が所定の範囲から外れている気筒があると判定された場合には、該当する気筒において燃焼状態が悪くなっていると判断され、その該当気筒に対して点火時期の補正が実行される(ステップ110)。
On the other hand, if it is determined in
次に、全気筒において、上記平均値が所定の範囲を外れているか否かが判別される(ステップ112)。その結果、全気筒において、上記平均値が所定の範囲を外れていると判定された場合には、フリクションのずれが発生しているものと判断される。そこで、本ルーチンでは、次いで、エンジンモデル60を用いて、エンジン回転数Neに応じて、フリクションの学習が実行される(ステップ114)。
Next, it is determined whether or not the average value is out of a predetermined range in all cylinders (step 112). As a result, if it is determined that the average value is out of the predetermined range in all the cylinders, it is determined that a frictional deviation has occurred. In this routine, therefore, friction learning is executed using the
図7は、本ステップ114におけるフリクション学習の手法を説明するための図である。本ステップ114では、上記ステップ100において算出される実エンジン回転数Neとエンジンモデル60により算出される推定エンジン回転数Neとの偏差に所定のフィードバックゲインを乗じた値として、PIDコントローラ76によって算出されるPID補正量を、フリクションモデル64が備えるフリクションマップ(図4参照)のマップ値に反映させるようにしている。
FIG. 7 is a diagram for explaining the friction learning method in
図7は、そのようなフリクションマップの補正の仕方を表している。尚、図7において、破線で示す波形は本ステップ104の学習がなされる前のマップ値に、実線で示す波形は当該学習のなされた後のマップ値に、それぞれ対応しており、また、図7中の波形上の丸印および三角印は、それぞれ、学習前後の各マップ値に対応している。
FIG. 7 shows how to correct such a friction map. In FIG. 7, the waveform indicated by the broken line corresponds to the map value before learning in
図7に示すように、上記のPID補正量は、ノイズ的な挙動を除去すべく、各マップ点に対する所定の領域を考慮して、当該領域の中で算出された補正量の平均値や時間的な積分値として算出されたものである。このようなPID補正量が各マップ値(丸印の値)に反映されることで、フリクションの値が新たなマップ値(三角印の値)に学習更新される。 As shown in FIG. 7, the PID correction amount is calculated by taking into account a predetermined region for each map point in order to eliminate noise-like behavior, and the average value and time of the correction amount calculated in the region. It is calculated as an integral value. By reflecting such a PID correction amount on each map value (circled value), the friction value is learned and updated to a new map value (triangled value).
以上説明した図6に示すルーチンによれば、エンジンモデル60を用いて、内燃機関10の燃焼状態を正確に取得しているので、フリクションモデル64にずれが生じているか否かを的確に判断することができる。そして、そのような的確な判断に基づいて、フリクションモデル64のずれを学習し、フリクションモデル64の出力を更新することができる。このため、経年変化や環境変化に起因して生ずるフリクションモデル64のずれを補正することができる。その結果として、フリクションモデル64の正確な出力値が反映されたエンジンモデル60に基づいて、より正確なエンジン制御を行うことが可能となる。
According to the routine shown in FIG. 6 described above, since the combustion state of the
ところで、従来から、筒内圧力を検出する筒内圧センサの出力値に基づいて燃焼状態を推定する手法が知られている。この筒内圧センサを用いる手法によれば、内燃機関10の図示トルクを得ることはできるが、当該手法からは、出力軸であるクランク軸16の軸トルクを得ることはできない。フリクションモデル64が出力するフリクション情報が正確であるか否かは、図示トルクではなく軸トルクに依らなければ的確に判断することはできない。
By the way, a method for estimating a combustion state based on an output value of an in-cylinder pressure sensor that detects an in-cylinder pressure is conventionally known. According to the technique using the in-cylinder pressure sensor, the indicated torque of the
上記の筒内圧センサを用いる手法に対し、本実施形態のエンジンモデル60を用いる手法によれば、上記図6に示すルーチンで説明したように、実機のエンジン回転数Neおよびクランク角度θから燃焼圧力Pが逆算されることになる。このような手法によれば、フリクションの影響が反映されたクランク軸16の入力トルクTRQ、すなわち、軸トルクに基づいて、燃焼圧力Pを算出することができる。
In contrast to the above-described method using the in-cylinder pressure sensor, according to the method using the
つまり、本実施形態の手法によれば、内燃機関10の出力軸であるクランク軸16の周りで運動方程式を立てているので、クランク軸16に作用するフリクショントルクTRQfを正確に見積もったうえで、そのフリクションのばらつきが検証される。このため、上記の筒内圧センサを用いる手法に比して、フリクションの影響を明確にすることができる。このように、本実施形態の手法によれば、高価なセンサを必要とせず、より正確なエンジン制御を行うことが可能となる。
That is, according to the method of this embodiment, since making a motion equation around the
尚、上述した実施の形態1においては、ECU50が、上記ステップ104の処理を実行することにより前記第1の発明における「燃焼状態指標算出手段」が、上記ステップ106の処理を実行することにより前記第1の発明における「燃焼状態指標平均値算出手段」が、上記ステップ112の処理を実行することにより前記第1の発明における「判定手段」が、それぞれ実現されている。また、フリクションモデル64が前記第1の発明における「フリクション推定手段」に相当している。
また、上述した実施の形態1においては、クランク軸周りの運動方程式演算部62が前記第3の発明における「演算部」に、PID補正量が前記第3の発明における「フィードバック補正量」に、PIDコントローラ76が前記第3の発明における「フィードバック手段」に、それぞれ相当している。
In the first embodiment described above, the
In the first embodiment described above, the motion
実施の形態2.
次に、図8を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
本実施形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成および図2に示すエンジンモデル60の構成を用いて、ECU50に図6に示すルーチンに代えて後述する図8に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The system of the present embodiment uses the hardware configuration shown in FIG. 1 and the configuration of the
上述した実施の形態1では、燃焼状態を表す指標として、最大圧力値Pmaxを使用している。これに対し、本実施形態では、燃焼状態を表す指標として、上述したWeibe関数のパラメータ(上記(9a)式参照)を使用する点に特徴を有している。 In the first embodiment described above, the maximum pressure value P max is used as an index representing the combustion state. On the other hand, the present embodiment is characterized in that the parameter of the Weibe function described above (see the above equation (9a)) is used as an index representing the combustion state.
[実施の形態2における具体的処理]
図8は、各気筒の燃焼状態に基づきフリクション学習を行うために、本実施の形態2においてECU50が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図8において、実施の形態1における図6に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。また、本ルーチンについても、フリクションが適合されている状態で実行されるものとする。
[Specific Processing in Second Embodiment]
FIG. 8 is a flowchart of a routine executed by the
図8に示すルーチンでは、エンジンモデル60を用いて燃焼圧力Pが逆算された後(ステップ104)、次いで、燃焼波形算出部(燃焼モデル)70を利用して、気筒毎にWeibe関数のパラメータの平均値が算出される(ステップ200)。 In the routine shown in FIG. 8, after the combustion pressure P is calculated backward using the engine model 60 (step 104), the combustion waveform calculation unit (combustion model) 70 is then used to determine the parameter of the Weibe function for each cylinder. An average value is calculated (step 200).
より具体的には、本ステップ200では、上記(9a)式および(10)式を用いて燃焼波形算出部70によって算出される燃焼圧力Pを、上記ステップ104の処理により逆算された燃焼圧力Pと一致させるためのWeibe関数のパラメータ(上述した形状係数m、燃焼効率kなど)が、最小二乗法を用いたWeibe関数の同定によって算出される。本ステップ200では、そのようなWeibe関数のパラメータの同定が、気筒毎に所定のサイクル数に渡って実行される。そして、所定のサイクル数に対して、気筒毎に同定されたパラメータの平均値が算出される。
More specifically, in
次に、上記ステップ200において算出されたWiebe関数のパラメータの平均値が所定の範囲内にあるか否かが、気筒毎に判別される(ステップ202)。その結果、上記平均値が所定の範囲内にあると判定された場合には、燃焼状態が悪くなっている気筒はないものと判断され、今回のルーチンの処理が速やかに終了される。
Next, it is determined for each cylinder whether or not the average value of the parameter of the Wiebe function calculated in
一方、上記ステップ202において、上記平均値が所定の範囲から外れている気筒があると判定された場合には、該当する気筒において燃焼状態が悪くなっていると判断され、その該当する気筒に対して点火時期の補正が実行される(ステップ110)。
On the other hand, when it is determined in
次に、全気筒において、上記平均値が所定の範囲を外れているか否かが判別される(ステップ204)。その結果、全気筒において、上記平均値が所定の範囲を外れていると判定された場合には、フリクションのずれが発生しているものと判断される。そこで、本ルーチンでは、次いで、エンジンモデル60を用いて、エンジン回転数Neに応じて、フリクションの学習が実行される(ステップ114)。
Next, it is determined whether or not the average value is out of a predetermined range in all cylinders (step 204). As a result, when it is determined that the average value is out of the predetermined range in all the cylinders, it is determined that a frictional deviation has occurred. In this routine, therefore, friction learning is executed using the
図8に示すルーチンを参照して説明したように、燃焼状態を表す指標としてWeibe関数のパラメータを利用する手法によっても、エンジンモデル60を用いた軸トルク情報に基づいて内燃機関10の燃焼状態を正確に取得しているので、フリクションモデル64にずれが生じているか否かを的確に判断することができる。
As described with reference to the routine shown in FIG. 8, the combustion state of the
尚、上述した実施の形態2においては、燃焼波形算出部70が前記第4の発明における「燃焼圧力推定手段」に相当している。
In the second embodiment described above, the combustion
実施の形態3.
次に、図9を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。
本実施形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成および図2に示すエンジンモデル60の構成を用いて、ECU50に図6に示すルーチンに代えて後述する図9に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
Embodiment 3 FIG.
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The system of this embodiment uses the hardware configuration shown in FIG. 1 and the configuration of the
上述した実施の形態1では、燃焼状態を表す指標として、最大圧力値Pmaxを使用している。これに対し、本実施形態では、燃焼状態を表す指標として、PIDコントローラ76によって算出されるPID補正量を使用する点に特徴を有している。
In the first embodiment described above, as an index representing the combustion state, using a maximum pressure value P max. In contrast, the present embodiment is characterized in that the PID correction amount calculated by the
[実施の形態3における具体的処理]
図9は、各気筒の燃焼状態に基づきフリクション学習を行うために、本実施の形態3においてECU50が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図9において、実施の形態1における図6に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。また、本ルーチンについても、フリクションが適合されている状態で実行されるものとする。
[Specific Processing in Embodiment 3]
FIG. 9 is a flowchart of a routine executed by the
図9に示すルーチンでは、内燃機関10の現在の運転状態が定常状態にあると判定された場合には(ステップ102)、上記ステップ100において算出された実エンジン回転数Neと、エンジンモデル60により算出される推定エンジン回転数Neとの偏差に所定の係数を乗じた値として、PID補正量がPIDコントローラ76によって算出される(ステップ300)。尚、ここで算出されるPID補正量は、上記のエンジン回転数Neの偏差を筒内圧力Pにフィードバックするための補正量である。
In the routine shown in FIG. 9, when it is determined that the current operating state of the
次に、上記ステップ300において算出されたPID補正量が、気筒毎に所定のサイクル間で積分され、気筒毎にPID補正量の平均値が算出される(ステップ302)。
Next, the PID correction amount calculated in
次に、上記ステップ302において算出されたPID補正量の平均値が所定の範囲内にあるか否かが、気筒毎に判別される(ステップ304)。その結果、上記平均値が所定の範囲内にあると判定された場合には、燃焼状態が悪くなっている気筒はないものと判断され、今回のルーチンの処理が速やかに終了される。
Next, it is determined for each cylinder whether or not the average value of the PID correction amount calculated in
一方、上記ステップ304において、上記平均値が所定の範囲から外れている気筒があると判定された場合には、該当する気筒において燃焼状態が悪くなっていると判断され、その該当気筒に対して点火時期の補正が実行される(ステップ110)。
On the other hand, if it is determined in
次に、全気筒において、上記平均値が所定の範囲を外れているか否かが判別される(ステップ306)。その結果、全気筒において、上記平均値が所定の範囲を外れていると判定された場合には、フリクションのずれが発生しているものと判断される。そこで、本ルーチンでは、次いで、エンジンモデル60を用いて、エンジン回転数Neに応じて、フリクションの学習が実行される(ステップ114)。
Next, it is determined whether or not the average value is out of a predetermined range in all cylinders (step 306). As a result, when it is determined that the average value is out of the predetermined range in all the cylinders, it is determined that a frictional deviation has occurred. In this routine, therefore, friction learning is executed using the
図9に示すルーチンを参照して説明したように、燃焼状態を表す指標として、クランク軸周りの運動方程式演算部62の出力に基づくPID補正量を利用する手法によっても、エンジンモデル60を用いた軸トルク情報に基づいて、内燃機関10の燃焼状態を正確に取得しているので、フリクションモデル64にずれが生じているか否かを的確に判断することができる。
As described with reference to the routine shown in FIG. 9, the
10 内燃機関
12 ピストン
14 コンロッド
16 クランク軸
24 スロットルバルブ
26 スロットルポジションセンサ
40 クランク角センサ
42 カム角センサ
50 ECU(Electronic Control Unit)
52 空燃比センサ
54 水温センサ
60 エンジンモデル
62 クランク軸周りの運動方程式演算部
64 フリクションモデル
66 吸気圧力推定モデル
68 筒内圧推定モデル
70 燃焼波形算出部
72 大気圧補正項算出部
74 大気温補正項算出部
76 PIDコントローラ
dQ/dθ 熱発生率
dθ/dt クランク角回転速度
DESCRIPTION OF
52 Air-fuel ratio sensor 54
dQ / dθ Heat release rate
dθ / dt Crank angle rotation speed
Claims (8)
クランク角度とクランク軸に入力する入力トルクとの関係を規定する所定の関係式に従って、前記エンジン回転数およびまたは前記クランク角度の実測値または推定値に基づいて前記入力トルクを算出する入力トルク算出手段と、
前記入力トルク算出手段により算出される前記入力トルクと、前記フリクション推定手段により算出されるフリクショントルクと、前記内燃機関の負荷トルクとに基づいて、前記内燃機関の発生トルクを算出する発生トルク算出手段と、
前記発生トルク算出手段により算出される前記発生トルクと筒内圧力との関係を規定する所定の関係式に従って、前記発生トルクに基づいて前記筒内圧力を算出する筒内圧力算出手段と、
前記筒内圧力算出手段により算出される前記筒内圧力に基づいて、前記内燃機関の各気筒の燃焼状態を表す燃焼状態指標を算出する燃焼状態指標算出手段と、
当該各気筒の前記燃焼状態指標に対して、所定サイクル数に対する燃焼状態指標平均値をそれぞれ算出する燃焼状態指標平均値算出手段と、
全気筒の前記燃焼状態指標平均値が所定の範囲内にあるか否かを判定する判定手段とを備え、
全気筒の前記燃焼状態指標平均値が前記所定の範囲内にないと判定された場合に、前記フリクション推定手段による前記フリクションの推定にずれがあると判断することを特徴とする内燃機関の制御装置。 Friction estimation means for estimating the friction of the internal combustion engine based on the engine speed and the engine coolant temperature or the kinematic viscosity of the engine speed and the engine lubricating oil ;
Input torque calculating means for calculating the input torque based on the engine speed and / or the measured or estimated value of the crank angle in accordance with a predetermined relational expression that defines the relationship between the crank angle and the input torque input to the crankshaft. When,
Generated torque calculation means for calculating the generated torque of the internal combustion engine based on the input torque calculated by the input torque calculation means, the friction torque calculated by the friction estimation means, and the load torque of the internal combustion engine When,
In-cylinder pressure calculating means for calculating the in-cylinder pressure based on the generated torque according to a predetermined relational expression that defines the relationship between the generated torque and the in-cylinder pressure calculated by the generated torque calculating means;
Combustion state index calculating means for calculating a combustion state index representing the combustion state of each cylinder of the internal combustion engine based on the in-cylinder pressure calculated by the in-cylinder pressure calculating means;
Combustion state index average value calculating means for calculating a combustion state index average value for a predetermined number of cycles for the combustion state index of each cylinder;
Determining means for determining whether the combustion state index average value of all cylinders is within a predetermined range;
A control device for an internal combustion engine, wherein when it is determined that the combustion state index average value of all cylinders is not within the predetermined range, it is determined that there is a deviation in the estimation of the friction by the friction estimation means .
前記筒内圧力算出手段により算出される前記筒内圧力とクランク軸周りの運動方程式とに基づいて、エンジン回転数およびまたはクランク角度の推定値を算出する演算部と、
前記演算部により算出される前記推定値を前記クランク角センサにより検出される実測値に一致させるためのフィードバック補正量を算出し、当該フィードバック補正量を前記演算部の入力値に反映させるフィードバック手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の制御装置。 A crank angle sensor for detecting a rotational position of the crankshaft,
Based on the equation of motion of the in-cylinder pressure and crankshaft periphery calculated by the in-cylinder pressure calculation means, the calculation section for calculating an estimated value of the engine rotational speed and or the crank angle,
Feedback means for calculating a feedback correction amount for matching the estimated value calculated by the calculation unit with an actual measurement value detected by the crank angle sensor, and reflecting the feedback correction amount in an input value of the calculation unit; ,
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising:
前記燃焼状態指標は、当該Weibe関数の同定により算出されるWeibe関数のパラメータであることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載の内燃機関の制御装置。 The combustion state index calculation means includes combustion pressure estimation means by a Weibe function,
4. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the combustion state index is a parameter of a Weibe function calculated by identifying the Weibe function.
筒内圧力と前記内燃機関の発生トルクとの関係を規定する所定の関係式に従って、前記筒内圧力に基づいて前記発生トルクを算出する発生トルク算出手段と、Generated torque calculation means for calculating the generated torque based on the in-cylinder pressure according to a predetermined relational expression defining a relationship between the in-cylinder pressure and the generated torque of the internal combustion engine;
前記発生トルク算出手段により算出される前記発生トルクと、前記フリクション推定手段により算出されるフリクショントルクと、前記内燃機関の負荷トルクとに基づいて、クランク軸に入力する入力トルクを算出する入力トルク算出手段と、Based on the generated torque calculated by the generated torque calculating means, the friction torque calculated by the friction estimating means, and the load torque of the internal combustion engine, an input torque calculation for calculating an input torque input to the crankshaft Means,
前記入力トルク算出手段により算出される前記入力トルクとクランク角度と前記エンジン回転数との関係を規定する所定の関係式に従って、前記エンジン回転数およびまたは前記クランク角度の推定値を算出するクランク推定値算出手段と、Crank estimated value for calculating an estimated value of the engine speed and / or the crank angle in accordance with a predetermined relational expression that defines the relationship between the input torque calculated by the input torque calculating means, the crank angle, and the engine speed. A calculation means;
クランク軸の回転位置を検出するクランク角センサと、A crank angle sensor for detecting the rotational position of the crankshaft;
前記クランク推定値算出手段により算出される前記推定値を前記クランク角センサにより検出される前記エンジン回転数およびまたは前記クランク角度の実測値に一致させるためのフィードバック補正量を、前記内燃機関の各気筒の燃焼状態を表す燃焼状態指標として算出する燃焼状態指標算出手段と、A feedback correction amount for making the estimated value calculated by the crank estimated value calculating means coincide with the engine speed detected by the crank angle sensor and / or the measured value of the crank angle is set to each cylinder of the internal combustion engine. Combustion state index calculating means for calculating as a combustion state index representing the combustion state of
当該各気筒の前記燃焼状態指標に対して、所定サイクル数に対する燃焼状態指標平均値をそれぞれ算出する燃焼状態指標平均値算出手段と、Combustion state index average value calculating means for calculating a combustion state index average value for a predetermined number of cycles for the combustion state index of each cylinder;
全気筒の前記燃焼状態指標平均値が所定の範囲内にあるか否かを判定する判定手段とを備え、Determining means for determining whether the combustion state index average value of all cylinders is within a predetermined range;
全気筒の前記燃焼状態指標平均値が前記所定の範囲内にないと判定された場合に、前記フリクション推定手段による前記フリクションの推定にずれがあると判断することを特徴とする内燃機関の制御装置。A control apparatus for an internal combustion engine, wherein when it is determined that the combustion state index average value of all cylinders is not within the predetermined range, it is determined that there is a deviation in the estimation of the friction by the friction estimation means .
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