JP2008144641A - Atmospheric pressure estimation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、大気圧推定装置に関する。 The present invention relates to an atmospheric pressure estimation device.
一般に、内燃機関の制御は各運転条件毎にその運転条件において最適となるように行われる。具体的には、機関負荷や機関回転数等の運転パラメータを検出又は推定すると共に、これら運転パラメータの値に基づいて予め作成されたマップや数式等を用いて燃料噴射量や点火時期等が設定される。 In general, the internal combustion engine is controlled so as to be optimal under each operating condition for each operating condition. Specifically, operating parameters such as engine load and engine speed are detected or estimated, and the fuel injection amount, ignition timing, etc. are set using maps and mathematical formulas created in advance based on the values of these operating parameters. Is done.
このような運転パラメータの一つとして大気圧があり、内燃機関によっては大気圧を検出するための大気圧センサを有すると共に最適な制御を行うべく大気圧センサによって検出された大気圧に基づいて内燃機関の制御を行っている。 One such operating parameter is atmospheric pressure, and some internal combustion engines have an atmospheric pressure sensor for detecting atmospheric pressure, and internal combustion based on the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor for optimal control. The engine is controlled.
ところが、大気圧を検出するために大気圧センサを用いると、内燃機関の製造コストの増大を招くことになる。そこで、特許文献1では、多くの内燃機関がスロットル弁下流の吸気管内圧力(特に、サージタンク内の吸気圧力)を検出する吸気管内圧力センサを有することから、大気圧センサを用いる代わりに機関始動時に吸気管内圧力センサによって検出された吸気管内圧力を大気圧と近似し、この近似された大気圧に基づいて内燃機関の制御を行うこととしている。
However, if an atmospheric pressure sensor is used to detect atmospheric pressure, the manufacturing cost of the internal combustion engine will increase. Therefore, in
ところが、内燃機関を搭載した車両の周りの大気圧は、内燃機関の始動から停止まで一定ではなく、例えば当該車両が坂道を登ったり下ったりすることにより変化する。このため、特許文献1に記載された制御装置のように内燃機関の始動から停止までの間常に機関始動時の大気圧を用いて内燃機関の制御を行うと、内燃機関の周囲の実際の大気圧と内燃機関の制御に用いられる大気圧とが異なる値となることがあり、この場合には内燃機関を適切に制御することができなくなってしまう。
However, the atmospheric pressure around the vehicle on which the internal combustion engine is mounted is not constant from the start to the stop of the internal combustion engine, and changes, for example, when the vehicle climbs up or down a slope. For this reason, when the internal combustion engine is controlled using the atmospheric pressure at the time of starting the engine from the start to the stop of the internal combustion engine as in the control device described in
また、例えば、特許文献2には大気圧Pa及びスロットル弁下流の吸気管内圧力Pmに基づいてスロットル弁通過空気流量mtを算出するスロットルモデルが開示されており、このスロットルモデルのモデル式を変形して用いることにより吸気管内圧力Pm及びスロットル弁通過空気流量mt(例えば、エアフロメータにより検出)に基づいて大気圧Paを算出することができる。
Further, for example,
しかしながら、大気圧の算出にあたりスロットルモデルのモデル式を変形して用いたとしても、スロットルモデルにモデル化誤差が生じているような場合、例えば流量係数μ等に誤差が生じているような場合には、大気圧Paを正確に算出することができないことがあり、よって内燃機関を適切に制御することができないことがある。 However, even if the model formula of the throttle model is modified and used for calculating the atmospheric pressure, when a modeling error occurs in the throttle model, for example, when an error occurs in the flow coefficient μ, etc. May not be able to accurately calculate the atmospheric pressure Pa, and therefore may not be able to properly control the internal combustion engine.
そこで、本発明は、吸気管内圧力に基づいて大気圧を正確に推定可能な大気圧推定装置を提供することにある。 In view of the above, an object of the present invention is to provide an atmospheric pressure estimation device capable of accurately estimating the atmospheric pressure based on the intake pipe pressure.
上記課題を解決するために、第1の発明では、スロットル弁下流の吸気管内圧力を検出する圧力センサと、スロットル弁下流の吸気管内圧力に基づいて大気圧を推定する大気圧推定モデルとを具備し、上記圧力センサによって検出された吸気管内圧力を大気圧推定モデルに入力して大気圧を推定する大気圧推定装置において、上記大気圧推定モデルでは大気圧の推定にあたり大気圧に対する吸気管内圧力の比率が算出され、該大気圧に対する吸気管内圧力の比率が所定比率以上である場合にのみ上記大気圧の推定を行う。
大気圧を推定するにあたり、大気圧に対する吸気管内圧力の比率が大きいときほど、大気圧推定モデルにおけるモデル化誤差の影響が小さい。第1の発明によれば、大気圧に対する吸気管内圧力の比率が所定比率以上である場合にのみ大気圧の推定を行っているため、大気圧を推定するにあたりモデル化誤差の影響が小さく、正確に大気圧を推定することができる。
In order to solve the above-described problem, the first invention includes a pressure sensor that detects the pressure in the intake pipe downstream of the throttle valve, and an atmospheric pressure estimation model that estimates the atmospheric pressure based on the pressure in the intake pipe downstream of the throttle valve. In the atmospheric pressure estimation device that estimates the atmospheric pressure by inputting the pressure in the intake pipe detected by the pressure sensor into the atmospheric pressure estimation model, the atmospheric pressure estimation model estimates the pressure in the intake pipe relative to the atmospheric pressure when estimating the atmospheric pressure. The ratio is calculated, and the atmospheric pressure is estimated only when the ratio of the pressure in the intake pipe to the atmospheric pressure is equal to or greater than a predetermined ratio.
In estimating the atmospheric pressure, the influence of the modeling error in the atmospheric pressure estimation model is smaller as the ratio of the pressure in the intake pipe to the atmospheric pressure is larger. According to the first aspect, since the atmospheric pressure is estimated only when the ratio of the pressure in the intake pipe to the atmospheric pressure is equal to or higher than the predetermined ratio, the influence of the modeling error is small and accurate in estimating the atmospheric pressure. Atmospheric pressure can be estimated.
第2の発明では、第1の発明において、スロットル弁を通過する空気の流量を検出するスロットル弁通過空気流量検出手段を更に具備し、上記大気圧推定モデルは上記スロットル弁下流の吸気管内圧力に加えてスロットル弁通過空気流量に基づいて大気圧を推定する。 According to a second invention, in the first invention, there is further provided a throttle valve passing air flow rate detecting means for detecting a flow rate of air passing through the throttle valve, and the atmospheric pressure estimation model is configured to adjust the intake pipe pressure downstream of the throttle valve. In addition, the atmospheric pressure is estimated based on the flow rate of air passing through the throttle valve.
第3の発明では、第1の発明において、上記大気圧推定モデルは大気圧を入力すると大気圧に対する吸気管内圧力の比率を出力可能なエアモデルを具備し、該エアモデルに任意の大気圧を入力することで大気圧に対する吸気管内圧力の比率を算出すると共に算出された比率と上記圧力センサによって検出されたスロットル弁下流の吸気管内圧力とに基づいて実際の大気圧を推定する。 According to a third invention, in the first invention, the atmospheric pressure estimation model includes an air model capable of outputting a ratio of the pressure in the intake pipe to the atmospheric pressure when the atmospheric pressure is inputted, and an arbitrary atmospheric pressure is inputted to the air model. Thus, the ratio of the intake pipe internal pressure to the atmospheric pressure is calculated, and the actual atmospheric pressure is estimated based on the calculated ratio and the intake pipe internal pressure downstream of the throttle valve detected by the pressure sensor.
第4の発明では、第3の発明において、上記エアモデルは、スロットル開度、吸気管内圧力及び大気圧を入力するとスロットル弁通過空気流量を出力するスロットルモデルと、スロットル弁通過空気流量及び筒内吸入空気流量を入力すると吸気管内圧力を出力する吸気管モデルと、吸気管内圧力を入力すると筒内吸入空気流量を出力する吸気弁モデルとを具備し、スロットルモデルに入力された大気圧と吸気管モデルによって出力された吸気管内圧力とに基づいて大気圧に対する吸気管内圧力の比率が算出せしめられる。 According to a fourth aspect, in the third aspect, the air model includes a throttle model that outputs a throttle valve passage air flow rate when a throttle opening, an intake pipe pressure and an atmospheric pressure are input, a throttle valve passage air flow rate, and a cylinder intake. An intake pipe model that outputs the pressure in the intake pipe when the air flow rate is input and an intake valve model that outputs the in-cylinder intake air flow rate when the intake pipe pressure is input, and the atmospheric pressure and the intake pipe model input to the throttle model The ratio of the intake pipe internal pressure to the atmospheric pressure is calculated based on the intake pipe internal pressure output by.
本発明によれば、吸気管内圧力に基づいて大気圧を正確に推定することができる。 According to the present invention, the atmospheric pressure can be accurately estimated based on the intake pipe pressure.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の大気圧推定装置が用いられる内燃機関を示す図である。図1には筒内噴射型火花点火式内燃機関を示しているが、本発明の大気圧推定装置を別の火花点火式内燃機関や圧縮自着火式内燃機関に用いることも可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an internal combustion engine in which the atmospheric pressure estimation device of the present invention is used. Although FIG. 1 shows an in-cylinder injection type spark ignition type internal combustion engine, the atmospheric pressure estimation device of the present invention can be used for another spark ignition type internal combustion engine or a compression self-ignition type internal combustion engine.
図1に示したように、機関本体1はシリンダブロック2と、シリンダブロック2内で往復動するピストン3と、シリンダブロック2上に固定されたシリンダヘッド4とを具備する。ピストン3とシリンダヘッド4との間には燃焼室5が形成される。シリンダヘッド4には各気筒毎に吸気弁6と、吸気ポート7と、排気弁8と、排気ポート9とが配置される。さらに、図1に示したようにシリンダヘッド4の内壁面の中央部には点火プラグ10が配置され、シリンダヘッド4内壁面周辺部には燃料噴射弁11が配置される。またピストン3の頂面には燃料噴射弁11の下方から点火プラグ10の下方まで延びるキャビティ12が形成されている。
As shown in FIG. 1, the
各気筒の吸気ポート7は下流側吸気管13を介してサージタンク14に連結され、サージタンク14は上流側吸気管15を介してエアクリーナ16に連結される。吸気管15内にはステップモータ17によって駆動されるスロットル弁18が配置される。一方、各気筒の排気ポート9は排気管19に連結され、この排気管19は排気浄化触媒(三元触媒等)20に連結される。なお、以下の説明では、スロットル弁18から吸気弁6までの間の上流側吸気管15、サージタンク14、下流側吸気管13によって画成される通路を吸気通路部分と称す。
The intake port 7 of each cylinder is connected to a
電子制御ユニット(ECU)31はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス32を介して相互に接続されたRAM(ランダムアクセスメモリ)33、ROM(リードオンリメモリ)34、CPU(マイクロプロセッサ)35、入力ポート36及び出力ポート37を具備する。サージタンク14には、サージタンク14内の空気(又は吸気管部分内の空気)の圧力を検出するための吸気管内圧力センサ40が設けられており、吸気管内圧力センサ40は吸気管内圧力に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧が対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。また、スロットル弁18上流の上流側吸気管15内には、上流側吸気管15内を流れる空気の流量を検出するためのエアフロメータ41が設けられており、同様に出力電圧が対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。
The electronic control unit (ECU) 31 comprises a digital computer, and is connected to each other via a
また、スロットル弁18の開度を検出するためのスロットル開度センサ43と、内燃機関の周囲の大気の温度、又は吸気管15に吸入される空気の温度(吸気温)を検出するための大気温センサ44とが設けられ、これらセンサの出力電圧は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。また、アクセルペダル45にはアクセルペダル45の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ46が接続され、負荷センサ46の出力電圧は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。クランク角センサ47は例えばクランクシャフトが30度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート36に入力される。CPU35ではこのクランク角センサ47の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート37は対応する駆動回路39を介して点火プラグ10、燃料噴射弁11及びステップモータ17に接続される。
In addition, a
ところで、内燃機関では、内燃機関の燃焼室5において燃焼される混合気の空燃比を目標空燃比にするために、吸気弁が閉じたときに燃焼室5内に充填されている空気の量(以下、「筒内充填空気量Mc」と称す)を推定し、推定された筒内充填空気量Mcに基づいて混合気の空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射弁によって内燃機関の燃焼室5(又は吸気通路)に噴射する燃料の量(以下、「燃料噴射量」と称す)を定めている。したがって、内燃機関の燃焼室5において燃焼される混合気の空燃比を正確に目標空燃比とするためには、筒内充填空気量Mcを正確に推定する必要がある。 By the way, in the internal combustion engine, in order to set the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber 5 of the internal combustion engine to the target air-fuel ratio, the amount of air filled in the combustion chamber 5 when the intake valve is closed ( (Hereinafter referred to as “cylinder charged air amount Mc”), and combustion of the internal combustion engine is performed by the fuel injection valve so that the air-fuel ratio of the mixture becomes the target air-fuel ratio based on the estimated cylinder charged air amount Mc. The amount of fuel injected into the chamber 5 (or intake passage) (hereinafter referred to as “fuel injection amount”) is determined. Therefore, in order to accurately set the air-fuel ratio of the air-fuel mixture combusted in the combustion chamber 5 of the internal combustion engine to the target air-fuel ratio, it is necessary to accurately estimate the cylinder charge air amount Mc.
そこで、本実施形態の内燃機関では、図2に示したエアモデルM10によって筒内充填空気量Mcを算出することとしている。以下このエアモデルM10について説明する。 Therefore, in the internal combustion engine of the present embodiment, the in-cylinder charged air amount Mc is calculated by the air model M10 shown in FIG. Hereinafter, the air model M10 will be described.
エアモデルM10は、図2に示したようにスロットルモデルM11、吸気管モデルM12、吸気弁モデルM13を備える。スロットルモデルM11には、スロットル開度センサ43によって検出されたスロットル弁18の開度(スロットル開度)θtと、大気温センサ44によって検出された内燃機関周囲の大気温(又は、吸気管15に吸入される空気の圧力)Taと、内燃機関周囲の大気温度Paと、後述する吸気管モデルM12において算出された吸気通路部分内の圧力(吸気管内圧力)Pmとが入力され、これら入力された各パラメータの値を後述するスロットルモデルM11のモデル式に代入することで、単位時間当たりにスロットル弁18を通過する空気の流量(以下、「スロットル弁通過空気流量mt」と称す)が算出される。スロットルモデルM11において算出されたスロットル弁通過空気流量mtは、吸気管モデルM12へ入力される。
As shown in FIG. 2, the air model M10 includes a throttle model M11, an intake pipe model M12, and an intake valve model M13. In the throttle model M11, the opening (throttle opening) θt of the
吸気管モデルM12には、スロットルモデルM11において算出されたスロットル弁通過空気流量mtと、以下で詳述する単位時間当たりに燃焼室5内に流入する空気の流量(以下、「筒内吸入空気流量mc」と称す。なお、筒内吸入空気流量mcの定義については、吸気弁モデルM13において詳述する)とが入力され、これら入力された各パラメータの値を後述する吸気管モデルM12のモデル式に代入することで、吸気管部分内の空気の圧力(以下、「吸気管内圧力Pm」と称す)と吸気管部分内の空気の温度(以下、「吸気管内温度Tm」と称す)とが算出される。吸気管モデルM12において算出された吸気管内圧力Pmと吸気管内温度Tmは共に吸気弁モデルM13へ入力され、さらに吸気管内圧力PmはスロットルモデルM11にも入力される。 The intake pipe model M12 includes a throttle valve passage air flow rate mt calculated in the throttle model M11 and a flow rate of air flowing into the combustion chamber 5 per unit time described in detail below (hereinafter referred to as “cylinder intake air flow rate”). The definition of the in-cylinder intake air flow rate mc will be described in detail in the intake valve model M13), and the values of these input parameters are model equations of the intake pipe model M12 described later. By substituting into, the pressure of the air in the intake pipe portion (hereinafter referred to as “intake pipe pressure Pm”) and the temperature of the air in the intake pipe portion (hereinafter referred to as “intake pipe temperature Tm”) are calculated. Is done. The intake pipe internal pressure Pm and the intake pipe internal temperature Tm calculated in the intake pipe model M12 are both input to the intake valve model M13, and the intake pipe internal pressure Pm is also input to the throttle model M11.
吸気弁モデルM13には、吸気管モデルM12において算出された吸気管内圧力Pm及び吸気管内温度Tmの他に大気温度Taが入力され、これら入力された各パラメータの値を後述する吸気弁モデルM13のモデル式に代入することで、筒内吸入空気流量mcが算出される。算出された筒内吸入空気流量mcは、筒内充填空気量Mcに変換され、この筒内充填空気量Mcに基づいて燃料噴射弁からの燃料噴射量が決定される。また、吸気管モデルM13において算出された筒内吸入空気流量mcは吸気管モデルM12に入力される。 In addition to the intake pipe pressure Pm and the intake pipe temperature Tm calculated in the intake pipe model M12, the atmospheric temperature Ta is input to the intake valve model M13, and the values of these input parameters are set in the intake valve model M13 described later. By substituting into the model equation, the cylinder intake air flow rate mc is calculated. The calculated in-cylinder intake air flow rate mc is converted into the in-cylinder charged air amount Mc, and the fuel injection amount from the fuel injection valve is determined based on the in-cylinder charged air amount Mc. The in-cylinder intake air flow rate mc calculated in the intake pipe model M13 is input to the intake pipe model M12.
図2から分かるように、エアモデルM10では或るモデルにおいて算出されたパラメータの値が別のモデルへの入力値として利用されるので、エアモデルM10全体では、実際に入力される値はスロットル開度θt、大気圧Pa、及び大気温度Taの三つのパラメータのみであり、これら三つのパラメータから筒内充填空気量Mcが算出される。 As can be seen from FIG. 2, in the air model M10, the parameter value calculated in one model is used as an input value to another model. Therefore, in the entire air model M10, the actually input value is the throttle opening θt. There are only three parameters, atmospheric pressure Pa and atmospheric temperature Ta, and the cylinder charge air amount Mc is calculated from these three parameters.
次に、エアモデルM10の各モデルM11〜M13について説明する。
スロットルモデルM11では、大気圧Pa、大気温度Ta、吸気管内圧力Pm、スロットル開度θtから、下記式(1)に基づいてスロットル弁通過空気流量mtが算出される。ここで、式(1)におけるμtはスロットル弁における流量係数で、スロットル開度θtの関数であり、よって図3に示したようなマップから定まる。また、Atはスロットル弁の開口断面積を示し、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。なお、これら流量係数μt及び開口断面積Atをまとめたμ・Atをスロットル開度θtから一つのマップで求まるようにしてもよい。また、Rは気体定数に関する定数であり、実際には気体定数を1mol当たりの気体(空気)の質量Mlmolで除算した値である。
In the throttle model M11, the throttle valve passing air flow rate mt is calculated from the atmospheric pressure Pa, the atmospheric temperature Ta, the intake pipe pressure Pm, and the throttle opening θt based on the following equation (1). Here, μt in the equation (1) is a flow coefficient in the throttle valve, which is a function of the throttle opening θt, and is thus determined from a map as shown in FIG. At represents the opening cross-sectional area of the throttle valve, which is a function of the throttle opening θt, and is determined from a map as shown in FIG. Note that μ · At, which is a combination of the flow coefficient μt and the opening cross-sectional area At, may be obtained from one throttle opening θt. R is a constant related to the gas constant, and is actually a value obtained by dividing the gas constant by the mass M lmol of gas (air) per mol.
また、Φ(Pm/Pa)は下記式(2)に示した関数であり、この式(2)におけるκは比熱比(一定値とする)である。この関数Φ(Pm/Pa)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ECU31のROM34に保存し、実際には上記式(2)を用いて計算するのではなくマップからΦ(Pm/Pa)の値を求めるようにしてもよい。
これらスロットルモデルM11の式(1)及び式(2)は、スロットル弁18上流の気体の圧力を大気圧Pa、スロットル弁18上流の気体の温度を大気温度Ta、スロットル弁18の下流の気体の圧力を吸気管内圧力Pmとして、図6に示したようなスロットル弁18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、さら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。
The expressions (1) and (2) of the throttle model M11 are such that the gas pressure upstream of the
吸気管モデルM12では、スロットル弁通過空気流量mt、筒内吸入空気流量mc、及び大気温度Taから、下記式(3)及び式(4)に基づいて吸気管内圧力Pm及び吸気管内温度Tmが算出される。なお、式(3)及び式(4)におけるVmは吸気管部分の容積に等しい定数である。
ここで、吸気管モデルM12について図7を参照して説明する。吸気管部分の総空気量をMとすると、総空気量Mの時間的変化は、吸気管部分に流入する空気の流量、すなわちスロットル弁通過空気流量mtと、吸気管部分から流出する空気の流量、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式(5)が得られ、この式(5)及び気体の状態方程式(Pm・Vm=M・R・Tm)より、式(3)が得られる。
また、吸気管部分内の気体のエネルギM・Cv・Tmの時間的変化量は、吸気管部分に流入する気体のエネルギと吸気管部分から流出する気体のエネルギとの差に等しい。このため、吸気管部分に流入する気体の温度を大気温度Ta、吸気管部分から流出する気体の温度を吸気管内温度Tmとすると、エネルギ保存則により下記式(6)が得られ、この式(6)及び上記気体の状態方程式より、式(4)が得られる。
吸気弁モデルM13では、吸気管内圧力Pm、吸気管内温度Tm、及び大気温度Taから、下記式(7)に基づいて、筒内吸入空気流量mcが算出される。なお、式(7)におけるa、bは、機関回転数Neから、さらに吸気弁6の位相角(バルブタイミング)及び作用角を変更できる可変動弁機構を備えた内燃機関の場合には吸気弁6の位相角、作用角から定まる値である。
上述した吸気弁モデルM13について図8を参照して説明する。一般に、吸気弁6が閉じたときに燃焼室5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6が閉弁するとき(吸気弁閉弁時)に確定し、吸気弁閉弁時の燃焼室5内の圧力に比例する。また、吸気弁閉弁時の燃焼室5内の圧力は吸気弁上流の気体の圧力、すなわち吸気管内圧力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、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-described intake valve model M13 will be described with reference to FIG. In general, the in-cylinder charged air amount Mc, which is the amount of air charged in the combustion chamber 5 when the intake valve 6 is closed, is determined when the intake valve 6 is closed (when the intake valve is closed). This is proportional to the pressure in the combustion chamber 5 when the intake valve is closed. Further, the pressure in the combustion chamber 5 when the intake valve is closed can be regarded as being equal to the pressure of the gas upstream of the intake valve, that is, the intake pipe pressure Pm. Therefore, the cylinder charge air amount Mc can be approximated as being proportional to the intake pipe pressure Pm.
ここで、単位時間当たりに吸気管部分から流出する全空気の量を平均化したもの、又は単位時間当たりに吸気管部分から全ての燃焼室5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(後述するように本実施形態ではクランク角180°分)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、上記式(7)が得られる。なお、式(7)における値aは比例係数であり、値bは燃焼室5内に残存していた既燃ガスを表す値(排気弁8閉弁時に燃焼室5内に残る既燃ガス量を後述する時間ΔT180°で除算したものに等しい)である。また、実際の運転では過渡時に吸気管内温度Tmが大きく変化する場合があるため、これに対する補正として理論及び経験則に基づいて導かれたTa/Tmが乗算されている。 Here, the average amount of all air flowing out from the intake pipe portion per unit time, or the amount of air sucked into all the combustion chambers 5 from the intake pipe portion per unit time is taken as the intake air of one cylinder. If the cylinder intake air flow rate mc (which will be described in detail below) is averaged over the stroke (in this embodiment, the crank angle is 180 ° as will be described later), the cylinder charge air amount Mc is the intake pipe internal pressure. Since it is proportional to Pm, it is considered that the in-cylinder intake air flow rate mc is also proportional to the intake pipe pressure Pm. From this, the above formula (7) is obtained based on the theory and empirical rules. The value a in the equation (7) is a proportional coefficient, and the value b is a value representing the burned gas remaining in the combustion chamber 5 (the amount of burned gas remaining in the combustion chamber 5 when the exhaust valve 8 is closed). Is divided by time ΔT 180 ° described later). Further, in actual operation, the intake pipe temperature Tm may change greatly during a transition. Therefore, Ta / Tm derived based on theory and empirical rule is multiplied as a correction for this.
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から燃焼室5に実際に流入する空気の流量である。図9に示したように、4気筒の内燃機関では、吸気弁6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6の開弁量に応じて吸気管部分から各気筒の燃焼室5内へ空気が流入する。例えば、吸気管部分から各気筒の燃焼室5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、これを総合して吸気管13から全気筒の燃焼室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に斜線で示した通りである。
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 flow rate of air actually flowing from the intake pipe portion into the combustion chamber 5 per unit time. As shown in FIG. 9, in a four-cylinder internal combustion engine, the intake valve 6 is opened in the order of, for example, the first cylinder, the third cylinder, the fourth cylinder, and the second cylinder, and the intake valve 6 corresponding to each cylinder is opened. Air flows from the intake pipe portion into the combustion chamber 5 of each cylinder according to the valve opening amount. For example, the displacement of the flow rate of the air flowing into the combustion chamber 5 of each cylinder from the intake pipe portion is as shown by the broken line in FIG. 9, and these are combined to flow into the combustion chambers of all cylinders from the
これに対して、実線で示した吸気管から全ての気筒の燃焼室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す。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M13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が算出される(Mc=mc・ΔT180°)。より詳細には、筒内充填空気量Mcが吸気弁閉弁時の圧力に比例することを考慮して、吸気弁閉弁時の筒内吸入空気流量mcにΔT180°を乗算したものが筒内充填空気量Mcとされる。 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 of all the cylinders from the intake pipe shown by the solid line, and is shown by a one-dot chain line in the drawing. 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. Therefore, the cylinder intake air amount Mc is calculated by multiplying the cylinder intake air flow rate mc calculated by the intake valve model M13 by ΔT 180 ° (Mc = mc · ΔT 180 ° ). More specifically, in consideration of the fact that the in-cylinder charged air amount Mc is proportional to the pressure when the intake valve is closed, the cylinder intake air flow rate mc when the intake valve is closed is multiplied by ΔT 180 °. The inner filling air amount Mc.
次に、上記エアモデルM10を内燃機関の制御装置に実装して、実際に筒内充填空気量Mcを算出する場合について説明する。筒内充填空気量Mcはエアモデル10を用いて、上記式(1)、式(3)、式(4)、及び式(7)を解くことにより表される。この場合、ECU31で処理するために、これらの式を離散化する必要がある。時刻t、計算間隔Δtを用いて式(1)、式(3)、式(4)、及び式(7)を離散化すると、それぞれ下記式(8)、式(9)、式(10)、及び式(11)が得られる。なお、吸気管内温度Tm(t+Δt)は、式(9)及び式(10)によってそれぞれ算出されたPm/Tm(t+Δt)及びPm(t+Δt)から、式(12)によって算出される。
このようにして実装されたエアモデルM10では、スロットルモデルM11の式(8)で算出された時刻tにおけるスロットル弁通過空気流量mt(t)と、吸気弁モデルM13の式(11)で算出された時刻tにおける筒内吸入空気流量mc(t)とが、吸気管モデルM12の式(9)及び式(10)に代入され、これにより時刻t+Δtにおける吸気管内圧力Pm(t+Δt)及び吸気管内温度Tm(t+Δt)が算出される。次いで、算出されたPm(t+Δt)及びTm(t+Δt)は、スロットルモデルM11及び吸気弁モデルM13の式(8)及び式(11)に代入され、これにより時刻t+Δtにおけるスロットル弁通過空気流量mt(t+Δt)及び筒内吸入空気流量mc(t+Δt)が算出される。そして、このような計算を繰り返すことによって、スロットル開度θt、大気圧Pa、及び大気温度Taから、任意の時刻tにおける筒内吸入空気流量mcが算出され、算出された筒内吸入空気流量mcに上記時間ΔT180°を乗算することで、任意の時刻tにおける筒内充填空気量Mcが算出される。 In the air model M10 implemented in this way, the throttle valve passing air flow rate mt (t) at time t calculated by the equation (8) of the throttle model M11 and the equation (11) of the intake valve model M13 are calculated. The in-cylinder intake air flow rate mc (t) at time t is substituted into the equations (9) and (10) of the intake pipe model M12, whereby the intake pipe internal pressure Pm (t + Δt) and the intake pipe internal temperature Tm at time t + Δt. (T + Δt) is calculated. Next, the calculated Pm (t + Δt) and Tm (t + Δt) are substituted into the equations (8) and (11) of the throttle model M11 and the intake valve model M13, thereby the throttle valve passing air flow rate mt (t) at the time t + Δt. t + Δt) and in-cylinder intake air flow rate mc (t + Δt) are calculated. By repeating such calculation, the cylinder intake air flow rate mc at an arbitrary time t is calculated from the throttle opening θt, the atmospheric pressure Pa, and the atmospheric temperature Ta, and the calculated cylinder intake air flow rate mc is calculated. Is multiplied by the time ΔT 180 ° to calculate the in-cylinder charged air amount Mc at an arbitrary time t.
なお、内燃機関の始動時には、すなわち時刻t=0においては、吸気管内圧力Pmは大気圧と等しい(Pm(0)=Pa)とされ、吸気管内温度Tmは大気温度と等しい(Tm(0)=Ta)とされて、各モデルM11〜M13における計算が開始される。 At the time of starting the internal combustion engine, that is, at time t = 0, the intake pipe pressure Pm is equal to the atmospheric pressure (Pm (0) = Pa), and the intake pipe temperature Tm is equal to the atmospheric temperature (Tm (0)). = Ta), the calculation in each of the models M11 to M13 is started.
次に、本発明の大気圧推定装置について説明する。上述したように、スロットルモデルM11には大気圧Paを入力する必要があるが、大気圧Paを検出するために大気圧センサを設けると製造コストの増大を招く。また、内燃機関の始動直前又は始動時に吸気管内圧力センサ40によって検出された吸気管内圧力Pmを大気圧として用いると、始動直後又は始動時には大気圧をほぼ正確に検出することができるが、その後車両が移動して車両周囲の実際の大気圧が変化すると、スロットルモデルM11で用いている大気圧Paの値と実際の大気圧とが異なる値となってしまい、その結果エアモデルM10によって算出される筒内充填空気量Mcに誤差が生じてしまう。このため、大気圧センサを用いずに車両周囲の実際の大気圧が変化しても実際の大気圧を推定することができる大気圧推定装置が必要とされる。
Next, the atmospheric pressure estimation apparatus of the present invention will be described. As described above, it is necessary to input the atmospheric pressure Pa to the throttle model M11. However, if an atmospheric pressure sensor is provided to detect the atmospheric pressure Pa, the manufacturing cost increases. Further, when the intake pipe pressure Pm detected by the intake
ところで、スロットル弁通過空気流量mt、吸気管内圧力Pm及びスロットル開度θtが求まれば、上述したスロットルモデルM11で用いられる式(1)にこれらの値を代入することにより大気圧Paを逆算することができる。ここで、吸気管内圧力Pm及びスロットル開度θt(すなわち流量係数μt及びスロットル弁の開口断面積At)はそれぞれ吸気管内圧力センサ40及びスロットル開度センサ43により検出される。
By the way, if the throttle valve passage air flow rate mt, the intake pipe pressure Pm, and the throttle opening θt are obtained, the atmospheric pressure Pa is calculated by substituting these values into the equation (1) used in the throttle model M11 described above. be able to. Here, the intake pipe pressure Pm and the throttle opening degree θt (that is, the flow coefficient μt and the throttle valve opening sectional area At) are detected by the intake
また、上述したエアモデルM10は最も単純なモデルを示しているため、スロットル弁18上流の吸気管15内を流れる空気の流量を検出するためのエアフロメータ41を必要としていないが、上記エアモデルM10よりも複雑な多くのエアモデルではエアフロメータが必要とされる。したがって、このエアフロメータは、スロットル弁18の直ぐ上流に設けられるため、エアフロメータ41によって検出された空気の流量はスロットル弁通過空気流量mtにほぼ等しく、このためエアフロメータ41によって検出された空気の流量をスロットル弁通過空気流量mtと近似することができる。なお、以下の説明ではエアフロメータ41によってスロットル弁通過空気流量mtが検出されるものとして説明する。
Further, since the air model M10 described above is the simplest model, the
ところが、スロットルモデルM11のモデル式(1)では流量係数μtがスロットル開度θtの関数として予め実験により又は計算によって求められるが、この流量係数μtの値に誤差が生じている場合がある。このように流量係数μtの値に誤差が生じていると、吸気管内圧力センサ40、エアフロメータ41及びスロットル開度センサ43によって検出された吸気管内圧力Pm、スロットル弁通過空気流量mt及びスロットル開度θtを式(1)に代入しても大気圧Paを正確に算出することができない。
However, in the model equation (1) of the throttle model M11, the flow coefficient μt is obtained in advance by experiment or calculation as a function of the throttle opening θt, but there may be an error in the value of the flow coefficient μt. If there is an error in the value of the flow coefficient μt in this way, the intake pipe pressure Pm, the throttle valve passage air flow rate mt and the throttle opening detected by the intake
図10(a)は、エアフロメータ41によって検出されたスロットル弁通過空気流量mtactと吸気管内圧力センサ40によって検出された吸気管内圧力Pmactとに基づいてモデル式(1)を作成した場合に、作成したモデル式(1)によって表される吸気管内圧力とスロットル弁通過空気流量との関係を示す図である。ここで、スロットルモデルM11のモデル式(1)の流量係数μtに誤差がない場合には、作成された式(1)によって表される吸気管内圧力とスロットル弁通過空気流量との関係は図10(a)に曲線Aで示したようになり、実際の吸気管内圧力とスロットル弁通過空気流量との関係とほぼ同一となる。そして、スロットル弁通過空気流量が零であるときの吸気管内圧力、すなわちモデル式(1)を逆算して算出される大気圧は実際の大気圧Paactにほぼ一致している。
FIG. 10A shows a case where the model equation (1) is created based on the throttle valve passage air flow rate mtact detected by the
一方、スロットルモデルM11のモデル式(1)の流量係数μtに誤差がある場合、例えば流量係数μtが実際の値よりも大きい場合には、作成されたモデル式(1)によって表される吸気管内圧力とスロットル弁通過空気流量との関係は図10(a)に曲線Bで示したようになり、実際の吸気管内圧力とスロットル弁通過空気流量との関係と大きく異なったものとなってしまう。そして、スロットル弁通過空気流量が零であるときの吸気管内圧力として算出された圧力、すなわちモデル式(1)を逆算して算出される大気圧Paestは実際の大気圧Paactと大きく異なった値となってしまう(図10(a)のΔPa)。 On the other hand, when there is an error in the flow coefficient μt of the model equation (1) of the throttle model M11, for example, when the flow coefficient μt is larger than the actual value, the inside of the intake pipe represented by the created model equation (1) The relationship between the pressure and the throttle valve passage air flow rate is as shown by a curve B in FIG. 10A, which is greatly different from the relationship between the actual intake pipe pressure and the throttle valve passage air flow rate. The pressure calculated as the intake pipe pressure when the throttle valve passage air flow rate is zero, that is, the atmospheric pressure Paest calculated by back-calculating the model equation (1) is a value greatly different from the actual atmospheric pressure Paact. (ΔPa in FIG. 10A).
このように、スロットルモデルM11のモデル式(1)を逆算して大気圧を推定しようとすると、流量係数μtに誤差がある場合に、逆算により算出された吸気管内圧力Paestと実際の大気圧Paactとが大きく異なった値となってしまう。 In this way, if the atmospheric pressure is to be estimated by reversely calculating the model equation (1) of the throttle model M11, if there is an error in the flow coefficient μt, the intake pipe pressure Paest calculated by the reverse calculation and the actual atmospheric pressure Paact are calculated. Becomes a very different value.
しかしながら、スロットル開度が大きい等により、吸気管内圧力が大気圧に近い値となっているときに検出されたスロットル弁通過空気流量mtactと吸気管内圧力Pmactとに基づいてモデル式(1)を作成した場合、流量係数μtに誤差があってもスロットルモデルM11のモデル式(1)を逆算することによって比較的正確に吸気管内圧力を算出することができる。 However, the model equation (1) is created based on the throttle valve passage air flow rate mtact and the intake pipe pressure Pmact detected when the intake pipe pressure is close to the atmospheric pressure due to a large throttle opening, etc. In this case, even if there is an error in the flow coefficient μt, the intake pipe pressure can be calculated relatively accurately by calculating back the model equation (1) of the throttle model M11.
図10(b)は、吸気管内圧力が大気圧に近い値となっているときに、検出されたスロットル弁通過空気流量mtactと吸気管内圧力Pmactとに基づいてモデル式(1)を作成した場合に、モデル式(1)によって算出される吸気管内圧力とスロットル弁通過空気流量との関係を示す図である。図10(b)に示したように、エアフロメータ41によって検出されたスロットル弁通過空気流量mtact及び吸気管内圧力センサ40によって検出された吸気管内圧力Pmactに基づいて作成されたスロットルモデルM11のモデル式(1)よって表される吸気管内圧力とスロットル弁通過空気流量との関係は、流量係数μtに誤差がない場合には図10(b)に曲線A’で示したようになり、実際の吸気管内圧力とスロットル弁通過空気流量との関係とほぼ同一となる。
FIG. 10B shows a case where the model equation (1) is created based on the detected throttle valve passage air flow rate mtact and the intake pipe internal pressure Pmact when the intake pipe internal pressure is close to atmospheric pressure. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the intake pipe pressure calculated by the model equation (1) and the throttle valve passing air flow rate. As shown in FIG. 10B, the model formula of the throttle model M11 created based on the throttle valve passage air flow rate mtact detected by the
一方、スロットルモデルM11のモデル式(1)の流量係数μtに誤差がある場合には、作成されたモデル式(1)によって表される吸気管内圧力とスロットル弁通過空気流量との関係は図10(b)に曲線B’で示したようになり、実際の吸気管内圧力とスロットル弁通過空気流量との関係とは異なったものとなる。しかしながら、スロットル弁通過空気流量が零であるときの吸気管内圧力として算出された圧力、すなわちモデル式(1)を逆算して算出される大気圧Paestは実際の大気圧Paactに比較的近い値となる。 On the other hand, when there is an error in the flow coefficient μt of the model equation (1) of the throttle model M11, the relationship between the intake pipe pressure and the throttle valve passing air flow rate represented by the created model equation (1) is shown in FIG. The curve B ′ is shown in (b), and the actual relationship between the intake pipe pressure and the throttle valve passing air flow rate is different. However, the pressure calculated as the intake pipe pressure when the throttle valve passage air flow rate is zero, that is, the atmospheric pressure Paest calculated by back-calculating the model equation (1) is relatively close to the actual atmospheric pressure Paact. Become.
すなわち、吸気管内圧力が大気圧に近い値となっている場合には、モデル式(1)の流量係数μtに誤差があったとしても、モデル式(1)を逆算して算出された大気圧Paestは実際の大気圧Paactからの誤差が小さいものとなる。換言すると、大気圧Paに対する吸気管内圧力Pmの比率(以下、「圧力比率」と称す)Pm/Paが1に近いときには流量係数等に誤差があったとしてもモデル式(1)を逆算して算出された大気圧は実際の大気圧からの誤差が小さいのに対して、圧力比率Pm/Paが小さいときには流量係数等に誤差があるとモデル式(1)を逆算して算出された大気圧は実際の大気圧からの誤差が大きい。 That is, when the pressure in the intake pipe is a value close to atmospheric pressure, even if there is an error in the flow coefficient μt of the model equation (1), the atmospheric pressure calculated by back-calculating the model equation (1) Paest has a small error from the actual atmospheric pressure Paact. In other words, when the ratio of the pressure Pm in the intake pipe to the atmospheric pressure Pa (hereinafter referred to as “pressure ratio”) Pm / Pa is close to 1, even if there is an error in the flow coefficient or the like, the model equation (1) is calculated backward. While the calculated atmospheric pressure has a small error from the actual atmospheric pressure, if the pressure ratio Pm / Pa is small, the atmospheric pressure calculated by back-calculating the model equation (1) if there is an error in the flow coefficient, etc. Has a large error from the actual atmospheric pressure.
そこで、本実施形態では、圧力比率Pm/Paが1に近いとき、すなわち圧力比率Pm/Paが所定比率α(1に近い値)以上であるときにのみ、スロットルモデルM11のモデル式(1)を逆算して大気圧を算出することとしている。ここで、所定比率αは、モデル式に存在する流量係数等の誤差が一定値(例えば20%)以下であった場合に、このモデル式によって算出された大気圧の誤差が所定値(例えば2%)以下になるように設定される。このようにして、本実施形態では、圧力比率Pm/Paが1に近いときにのみ大気圧の算出を行うため、大気圧を比較的正確に推定することができる。 Therefore, in the present embodiment, only when the pressure ratio Pm / Pa is close to 1, that is, when the pressure ratio Pm / Pa is equal to or greater than the predetermined ratio α (a value close to 1), the model formula (1) of the throttle model M11. The atmospheric pressure is calculated by calculating back. Here, when the error such as the flow coefficient existing in the model equation is equal to or less than a predetermined value (for example, 20%), the predetermined ratio α is the error of the atmospheric pressure calculated by the model equation (for example, 2). %) Is set to be below. In this way, in the present embodiment, the atmospheric pressure is calculated only when the pressure ratio Pm / Pa is close to 1, so that the atmospheric pressure can be estimated relatively accurately.
次に、本発明の第二実施形態の大気圧推定装置について説明する。
ところで、上記実施形態の大気圧推定装置では、エアフロメータ41によって検出されたスロットル弁通過空気流量を利用して、スロットルモデルM11のモデル式(1)を逆算して大気圧を算出することとしており、特に圧力比率Pm/Paが1に近い値であるとき、すなわち吸気管内圧力Pmが高いときに大気圧の算出を行うこととしている。
Next, the atmospheric pressure estimation device according to the second embodiment of the present invention will be described.
By the way, in the atmospheric pressure estimation device of the above embodiment, the atmospheric pressure is calculated by back-calculating the model equation (1) of the throttle model M11 using the throttle valve passing air flow rate detected by the
ところが、圧力比率Pm/Paが1に近い値であるときにはエアフロメータ41によって検出されたスロットル弁通過空気流量は必ずしも実際の流量を表しておらず、検出精度が低くなってしまうことがある。
However, when the pressure ratio Pm / Pa is a value close to 1, the throttle valve passing air flow rate detected by the
図11は、スロットル開度が大きくて圧力比率Pm/Paが1に近い値となっている場合において吸気管内を順流方向に(エアクリーナ16から燃焼室5に向かって)流れる空気の流量のタイムチャートである。圧力比率Pm/Paが1近傍となっている場合には、図11に実線Cで示したように、スロットル弁通過空気流量は大きく脈動し、一時的に逆流が生じる場合がある。
FIG. 11 is a time chart of the flow rate of air flowing in the forward flow direction (from the
ここで一般にエアフロメータ41では吸気管15内を流れる空気の流量を検出することはできるが、その空気の流れる方向が順流方向であるか逆流方向であるかを検出することはできない。このため、図11に破線Dで示したように、吸気管15内を順流方向に流れる空気の流量がマイナスとなっているときであってもエアフロメータ41によって検出される順流方向に流れる空気の流量はプラスとなってしまう。さらに、エアフロメータ41には応答遅れがあるため、図11に破線で示したように、実際のスロットル弁通過空気流量に対して遅れを生じている。
Here, in general, the
このように、使用するエアフロメータ41によっては圧力比率Pm/Paが1に近い値となっているときに特に検出精度が低くなってしまう。そこで、本実施形態では、エアフロメータ41を用いずに、スロットルモデルM11に加えて吸気管モデルM12及び吸気弁モデルM13を用いて大気圧を推定することとしている。
Thus, depending on the
ここで、エアモデルM10では吸気管モデルM12において吸気管内圧力Pmが算出されるが、この算出された吸気管内圧力Pmの値はスロットルモデルM11に入力される大気圧Paの値が正確でない場合には絶対圧としては正確ではない。しかしながら、このようにして算出された吸気管内圧力Pmに対するスロットルモデルM11に入力される大気圧Paの比率、すなわち圧力比率Pm/Paの値は大気圧Paの値に関わらず比較的正確に算出される。 Here, in the air model M10, the intake pipe pressure Pm is calculated in the intake pipe model M12. However, if the calculated value of the intake pipe pressure Pm is not accurate, the value of the atmospheric pressure Pa input to the throttle model M11 is not the same. Absolute pressure is not accurate. However, the ratio of the atmospheric pressure Pa input to the throttle model M11 with respect to the intake pipe pressure Pm calculated in this way, that is, the value of the pressure ratio Pm / Pa is calculated relatively accurately regardless of the value of the atmospheric pressure Pa. The
すなわち、圧力比率Pm/Paの値は、機関回転数Ne、スロットル開度θt、吸気弁6の位相角VT等のパラメータの値が同一であれば、大気圧をどのような値に設定しても等しい値となる。つまり、スロットル開度θtが一定であればスロットルモデルM11における流量係数μt等の値が一定であり、機関回転数Ne、位相角VT等が一定であれば吸気弁モデルM13における定数a、bの値が一定であり、その結果、これらモデルのモデル式を用いて算出される圧力比率Pm/Paの値も一定となり、比較的正確な値となっている。 That is, the value of the pressure ratio Pm / Pa is set to any value if the values of parameters such as the engine speed Ne, the throttle opening θt, and the phase angle VT of the intake valve 6 are the same. Are also equal. That is, if the throttle opening θt is constant, the value of the flow coefficient μt and the like in the throttle model M11 is constant, and if the engine speed Ne and the phase angle VT are constant, the constants a and b in the intake valve model M13 are constant. The value is constant, and as a result, the value of the pressure ratio Pm / Pa calculated using the model formulas of these models is also constant and is a relatively accurate value.
したがって、本実施形態では、スロットルモデルM11のモデル式(1)に大気圧Paとして任意の値、例えば標準大気圧を入力すると共にその他のパラメータの値をエアモデルM10の各モデル式に入力して吸気管内圧力Pmを算出する。そして、算出された吸気管内圧力Pmをモデル式(1)に入力した任意の大気圧Paで除算して圧力比率Pm/Paを算出する。これにより圧力比率Pm/Paの値を正確に算出することができる。 Therefore, in the present embodiment, an arbitrary value, for example, the standard atmospheric pressure, is input as the atmospheric pressure Pa to the model equation (1) of the throttle model M11, and the values of other parameters are input to the model equations of the air model M10. In-pipe pressure Pm is calculated. Then, the pressure ratio Pm / Pa is calculated by dividing the calculated intake pipe pressure Pm by an arbitrary atmospheric pressure Pa input to the model equation (1). Thereby, the value of the pressure ratio Pm / Pa can be calculated accurately.
そして、上述したように本実施形態では、吸気管内圧力センサ40により吸気管内圧力を検出しているため、実際の吸気管内圧力Pmactを正確に求めることができる。そこで、本実施形態では、このようにして検出された吸気管内圧力の実測値Pmactを上記Pm/Paの値で除算することによって比較的正確に実際の大気圧Paを算出することができる。
As described above, in the present embodiment, since the intake
なお、本実施形態においても、図10を用いて説明したように流量係数μt等の値に誤差が生じている場合においては圧力比率Pm/Paの値が1に近い値である場合の方が算出される圧力比率Pm/Paの値に生じる誤差が小さい。図12は、スロットルモデルM11の流量係数μt及び吸気弁モデルM13の定数aにそれぞれ20%の誤差を加えた場合における、圧力比率Pm/Paの値と圧力比率Pm/Paの値に生じる誤差との関係を示す図である。図12(b)は図12(a)の拡大図である。 Also in this embodiment, as described with reference to FIG. 10, when the error such as the flow coefficient μt has an error, the pressure ratio Pm / Pa is closer to 1. An error occurring in the calculated pressure ratio Pm / Pa is small. FIG. 12 shows errors occurring in the value of the pressure ratio Pm / Pa and the value of the pressure ratio Pm / Pa when an error of 20% is added to the flow coefficient μt of the throttle model M11 and the constant a of the intake valve model M13. It is a figure which shows the relationship. FIG. 12B is an enlarged view of FIG.
図12から、圧力比率Pm/Paの値が低いときには圧力比率Pm/Paに生じる誤差の値も大きく、スロットルモデルM11や吸気弁モデルM13に生じているモデル化誤差の影響を大きく受けることがわかる。逆に圧力比率Pm/Paの値が高いときには圧力比率Pm/Paに生じる誤差の値も小さく、スロットルモデルM11や吸気弁モデルM13に生じているモデル化誤差の影響をほとんど受けないことがわかる。従って、圧力比率Pm/Paが1に近い所定比率α以上(Pm/Pa≧α)であるときに上述したように大気圧を算出すれば、比較的正確に大気圧を推定することができる。例えば、スロットルモデルM11の流量係数μt及び吸気弁モデルM13の定数aにそれぞれ20%の誤差が生じている場合に大気圧の推定誤差を2%以下に抑えたい場合には、圧力比率Pm/Paの値が約0.965以上であるときに大気圧の推定を行えばよい。 From FIG. 12, it can be seen that when the value of the pressure ratio Pm / Pa is low, the value of the error generated in the pressure ratio Pm / Pa is also large and is greatly affected by the modeling error generated in the throttle model M11 and the intake valve model M13. . Conversely, when the value of the pressure ratio Pm / Pa is high, the value of the error generated in the pressure ratio Pm / Pa is small, and it can be seen that it is hardly affected by the modeling error generated in the throttle model M11 and the intake valve model M13. Therefore, if the atmospheric pressure is calculated as described above when the pressure ratio Pm / Pa is equal to or greater than the predetermined ratio α close to 1 (Pm / Pa ≧ α), the atmospheric pressure can be estimated relatively accurately. For example, when there is an error of 20% in each of the flow coefficient μt of the throttle model M11 and the constant a of the intake valve model M13, the pressure ratio Pm / Pa is used when it is desired to suppress the estimation error of the atmospheric pressure to 2% or less. The atmospheric pressure may be estimated when the value of is about 0.965 or more.
なお、図12からわかるように、圧力比率Pm/Paの誤差率は機関回転数によってはほとんど変化せず、よって所定値αの値は機関回転数には依存しないことがわかる。 As can be seen from FIG. 12, the error rate of the pressure ratio Pm / Pa hardly changes depending on the engine speed, and thus it can be seen that the value of the predetermined value α does not depend on the engine speed.
図13は、本実施形態の大気圧推定装置の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔毎の割り込みによって実行される。 FIG. 13 is a flowchart showing a control routine of the atmospheric pressure estimation apparatus of the present embodiment. The illustrated control routine is executed by interruption at regular time intervals.
図13を参照すると、まずステップ101において圧力比率Pm/Paが取得される。本実施形態では、大気圧推定装置とは別にエアモデルM10によって各モデル式による計算が行われており、このエアモデルM10では機関始動時に吸気管内圧力センサ40によって検出された吸気管内圧力を大気圧として用いているか、または本制御ルーチンにより前回算出された大気圧を用いて計算が行われている。これにより、エアモデルM10では吸気管内圧力Pmが算出され、圧力比率Pm/Paが算出される。ステップ101では、このようにして算出された圧力比率Pm/Paが取得せしめられる。
Referring to FIG. 13, first, in
次いで、ステップ102では、ステップ101において取得せしめられた圧力比率Pm/Paが所定値α以上であるか、すなわち大気圧を小さい誤差で推定することができる条件下にあるか否かが判定される。ここで、所定値αは1に近い値であり、圧力比率Pm/Paの誤差を小さく抑えることができるような値とされる。圧力比率Pmが所定値α以上であると判定された場合にはステップ103へと進む。ステップ103では推定フラグflagが1とされる。推定フラグflagは大気圧の推定条件下にあることを示すフラグであり、大気圧の推定条件下にある場合に1とされ、それ以外の場合に0とされる。
Next, in
次いで、ステップ104では、積算値sumが下記式(13)によって算出される。式(13)において、Pmactは吸気管内圧力センサ40によって検出された吸気管内圧力であり、Pa及びPmはそれぞれエアモデルM10において使用されている大気圧及び吸気管内圧力である。積算値sumは、本制御ルーチンにおいて算出されたPmact×Pa/Pmの値を複数回に亘って積算した値である。
sum=sum+Pmact×Pa/Pm …(13)
Next, at
sum = sum + Pmact × Pa / Pm (13)
また、ステップ104では、カウンタcntに1が加えられる(cnt←cnt+1)。カウンタcntは積算値sumの計算にあたってPmact×Pa/Pmをsumに加算した回数を示すカウンタである。
In
その後、圧力比率Pm/Paの値がα以上である間はステップ101〜104が繰り返される。そして、圧力比率Pm/Paの値がαよりも小さくなると、ステップ102からステップ105へと進む。ステップ105では、推定フラグflagが1であるか否かが判定される。前回までステップ101〜104を繰り返していた場合には推定フラグflagは1にセットされており、この場合にはステップ106へと進む。
Thereafter, steps 101 to 104 are repeated while the value of the pressure ratio Pm / Pa is α or more. Then, when the value of the pressure ratio Pm / Pa becomes smaller than α, the process proceeds from
ステップ106では、カウンタcntの値がカウンタ最小値cntmin以上であるか否かが判定される。すなわち、大気圧を正確に算出するためには圧力比率Pm/Paを或る程度の回数に亘って算出してその平均値に基づいて大気圧を算出するのが好ましいため、圧力比率Pm/Paの算出回数が多い場合、すなわちカウンタcntの値がカウンタ最小値cntmin以上である場合にはステップ107に進んで大気圧の推定を行い、逆に圧力比率Pm/Paの算出回数が少ない場合、すなわちカウンタcntの値がカウンタ最小値cntminよりも小さい場合にはステップ108に進んで大気圧の推定を行わないこととしている。なお、ステップ107、108では、積算値sum、カウンタcnt及び推定フラグflagがリセットせしめられ、制御ルーチンが終了せしめられる。このようにして推定された大気圧PaはエアモデルM10のスロットルモデルM11のモデル式(1)に入力される。
In
なお、上記実施形態ではエアモデルM10において大気圧を用いる場合のみを説明しているが、上記エアモデルM10とは異なるエアモデルや、エアモデルを用いた燃料噴射量の制御とは異なる燃料噴射量の制御においても大気圧を入力することが必要な場合があり、上記実施形態の大気圧推定装置はこのような場合においても利用することができる。 In the above embodiment, only the case where the atmospheric pressure is used in the air model M10 has been described. However, in the air model different from the air model M10 and in the fuel injection amount control different from the fuel injection amount control using the air model. In some cases, it is necessary to input atmospheric pressure, and the atmospheric pressure estimation apparatus of the above embodiment can be used even in such a case.
1 機関本体
5 燃焼室
6 吸気弁
7 吸気ポート
8 排気弁
11 燃料噴射弁
13 吸気管
18 スロットル弁
31 ECU
40 圧力センサ
41 エアフロメータ
1 Engine Body 5 Combustion Chamber 6 Intake Valve 7 Intake Port 8
40
Claims (4)
上記大気圧推定モデルでは大気圧の推定にあたり大気圧に対する吸気管内圧力の比率が算出され、該大気圧に対する吸気管内圧力の比率が所定比率以上である場合にのみ上記大気圧の推定を行う、大気圧推定装置。 A pressure sensor for detecting the pressure in the intake pipe downstream of the throttle valve; and an atmospheric pressure estimation model for estimating the atmospheric pressure based on the pressure in the intake pipe downstream of the throttle valve, and increasing the pressure in the intake pipe detected by the pressure sensor. In the atmospheric pressure estimation device that inputs the atmospheric pressure estimation model and estimates the atmospheric pressure,
In the atmospheric pressure estimation model, the ratio of the intake pipe pressure to the atmospheric pressure is calculated in estimating the atmospheric pressure, and the atmospheric pressure is estimated only when the ratio of the intake pipe pressure to the atmospheric pressure is equal to or greater than a predetermined ratio. Barometric pressure estimation device.
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