JP4605041B2 - Intake air amount estimation device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の吸入空気量推定装置に関する。 The present invention relates to an intake air amount estimation device for an internal combustion engine.
内燃機関の吸気系統を、スロットル弁、吸気管、吸気弁等の要素に分けてそれぞれの要素毎にモデル化して数式で表すことにより機関の吸入空気量(筒内充填空気量)を計算によって求める、いわゆるエアモデルを用いた内燃機関の吸入空気量推定装置が知られている。 The intake system of the internal combustion engine is divided into elements such as a throttle valve, an intake pipe, an intake valve, etc., and each element is modeled and expressed by a mathematical formula to obtain the intake air amount (cylinder charged air amount) of the engine by calculation. An intake air amount estimation device for an internal combustion engine using a so-called air model is known.
このようなエアモデルを用いた吸入空気量推定装置では、例えば、後述するように大気圧、大気温度以外には機関回転数とスロットル弁開度とのみによって筒内充填空気量を算出することが可能となる。また、モデル式を用いた計算により筒内充填空気量が算出できるため、スロットル弁開度等の変化速度が大きい過渡運転時にも応答性良好に吸入空気量を算出することが可能となっている。 In the intake air amount estimation device using such an air model, for example, as will be described later, it is possible to calculate the in-cylinder charged air amount only by the engine speed and the throttle valve opening in addition to the atmospheric pressure and the atmospheric temperature. It becomes. In addition, since the cylinder air charge amount can be calculated by calculation using a model formula, it is possible to calculate the intake air amount with good responsiveness even during transient operation where the change rate of the throttle valve opening or the like is large. .
このようなエアモデルを用いた吸入空気量推定装置では、吸気系をモデル化した計算式に基づいて筒内充填吸気量を算出するため、吸気系のモデル化の際に誤差があると正確な筒内充填空気量を算出することができない問題がある。 In such an intake air amount estimation device using an air model, the cylinder intake charge amount is calculated based on a calculation formula that models the intake system. Therefore, if there is an error in modeling the intake system, an accurate cylinder There is a problem that the amount of the inner charge air cannot be calculated.
また、仮に初期状態では実際の吸気系を正確にモデル化していた場合であっても、例えば、スロットル弁や吸気弁等は長期間の間に徐々に作動特性や流量特性が変化するような場合がある。また、初期状態においてもスロットル弁の特性は公差内でばらつきを生じており、必ずしも正確にモデルと一致していない場合がある。したがって、モデル計算式によって正確な筒内充填空気量を算出するためには、例えば機関運転中に或る運転パラメータの実測値とモデル計算式によって算出されたこの運転パラメータの値とを比較する等してモデル計算式の誤差を修正することが必要となる。 Even if the actual intake system is accurately modeled in the initial state, for example, when the operating characteristics and flow characteristics of a throttle valve, intake valve, etc. gradually change over a long period of time There is. Even in the initial state, the characteristics of the throttle valve vary within the tolerance, and may not always exactly match the model. Therefore, in order to calculate the accurate cylinder air charge amount by the model calculation formula, for example, an actual measurement value of a certain operation parameter is compared with the value of this operation parameter calculated by the model calculation formula during engine operation, etc. Therefore, it is necessary to correct the error of the model calculation formula.
そこで、特許文献1に記載の吸入空気量推定装置では、吸気管内圧力に基づいて筒内吸入空気流量を算出する吸気弁モデル計算式の修正を行うモデル修正手段が備えられている。特に、特許文献1に記載の装置では、運転中の吸気管内圧力の実測値と、吸気弁モデル計算式によって算出された筒内吸入空気流量を用いて吸気管内圧力の推定値を算出する吸気管モデル計算式によって算出された吸気管内圧力の推定値との偏差に基づいて、吸気管内圧量の推定値が吸気管内圧力の実測値に一致するように吸気弁モデル計算式を修正するようにしている。
Therefore, the intake air amount estimation device described in
すなわち、吸気管モデル計算式にモデル誤差が存在しないと仮定すると、吸気管内圧力の実測値と吸気管モデル計算式によって算出された吸気管内圧力との偏差は、実際の筒内吸入空気流量と吸気弁モデル計算式によって算出された筒内吸入空気流量との誤差を表しており、斯かる偏差に基づいて吸気弁モデル計算式を修正することにより吸気弁モデルにおけるモデル誤差が修正せしめられる。これにより、吸気弁モデルにおけるモデル誤差の修正が実際の吸気系に合わせて的確に行われるようになり、エアモデル全体によって行われる筒内充填空気量の推定精度を向上させることができる。 That is, assuming that there is no model error in the intake pipe model calculation formula, the deviation between the measured value of the intake pipe pressure and the intake pipe pressure calculated by the intake pipe model calculation formula is the actual in-cylinder intake air flow rate and the intake pipe pressure. This represents an error from the in-cylinder intake air flow rate calculated by the valve model calculation formula, and the model error in the intake valve model is corrected by correcting the intake valve model calculation formula based on such deviation. As a result, the correction of the model error in the intake valve model is accurately performed in accordance with the actual intake system, and the accuracy of estimation of the in-cylinder charged air amount performed by the entire air model can be improved.
ところで、上述したように上記特許文献1に記載の装置では、運転中の吸気管内圧力の実測値と、吸気弁モデル計算式によって算出された筒内吸入空気流量を用いて吸気管モデル計算式によって算出された吸気管内圧力の推定値との偏差に基づいて吸気弁モデル計算式を修正している。
Incidentally, as described above, in the apparatus described in
ここで、吸気管モデル計算式によって算出された吸気管内圧力の推定値は所定時間前に吸気弁モデル計算式によって算出された筒内吸入空気流量を用いて算出されている。したがって、吸気管内圧力の実測値が現在の筒内吸入空気流量に対応した値であるのに対して、吸気管モデル計算式によって算出された吸気管内圧力の推定値は吸気弁モデル計算式によって算出された過去の筒内吸入空気流量に対応した値となっている。このため、内燃機関が定常運転を行っているときには上記方法によって比較的的確に吸気弁モデル計算式を修正することができるが、内燃機関が過渡運転を行っているときには的確に吸気弁モデル計算式を修正することができない。 Here, the estimated value of the intake pipe pressure calculated by the intake pipe model calculation formula is calculated using the in-cylinder intake air flow rate calculated by the intake valve model calculation formula a predetermined time ago. Therefore, while the actual measured value of the intake pipe pressure is a value corresponding to the current in-cylinder intake air flow rate, the estimated value of the intake pipe pressure calculated by the intake pipe model calculation formula is calculated by the intake valve model calculation formula. The value corresponds to the past in-cylinder intake air flow rate. Therefore, the intake valve model calculation formula can be corrected relatively accurately by the above method when the internal combustion engine is in steady operation, but the intake valve model calculation formula is accurately corrected when the internal combustion engine is in transient operation. Can not be corrected.
そこで、本発明の目的は、機関運転が過渡運転を行っている場合であっても、エアモデルを構成する要素モデルのモデル式を適切に修正することができる内燃機関の吸入空気量推定装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an intake air amount estimation device for an internal combustion engine that can appropriately correct the model expression of an element model constituting an air model even when the engine operation is a transient operation. There is to do.
上記課題を解決するために、第1の発明では、吸気管内圧力を用いて筒内吸入空気流量の推定値を算出する吸気弁モデル計算式によって算出される筒内吸入空気流量の推定値を用いて筒内充填空気量を算出する内燃機関の吸入空気量推定装置において、筒内吸入空気流量を用いて吸気管モデル計算式によって吸気管内圧力の推定値を算出する吸気管内圧力推定手段と、実際の吸気管内圧力を検出する吸気管内圧力検出手段と、内燃機関が過渡運転を行っているときに、上記吸気管内圧力推定手段によって算出された吸気管内圧力の推定値と上記吸気管内圧力検出手段によって検出された実際の吸気管内圧力とに基づいて上記吸気弁モデル計算式を修正する修正手段とを具備し、上記吸気弁モデル計算式には機関運転領域毎に定められたマップ値が用いられ、上記修正手段は、機関運転状態が特定の機関運転領域に侵入したときの実際の吸気管内圧力と機関運転状態が上記特定の機関運転領域を離脱したときの実際の吸気管内圧力との間の偏差と、機関運転状態が上記特定の機関運転領域に侵入したときの吸気管内圧力の推定値と機関運転状態が上記特定の機関運転領域を離脱したときの吸気管内圧力の推定値との間の偏差とに基づいて上記特定の機関運転領域に対応するマップ値を修正することによって吸気弁モデル計算式を修正する。
第1の発明によれば、機関運転状態が特定の機関運転領域に侵入してから離脱するまでに吸気管部分から流出した気体のエネルギの実際の値と、斯かる気体のエネルギの吸気弁モデル計算式を用いて算出された値とを比較し、これら値が一致するようにマップ値を修正するようにしている。このように機関運転状態が特定の機関運転領域にある間に吸気管部分から流出した気体のエネルギの総量同士を比較することにより、すなわち斯かる間の単位時間当たりのエネルギ流出量の積分値同士を比較することにより、内燃機関が過渡運転を行っている場合であっても、この特定の機関運転領域に対応するマップ値を的確に修正することができるようになる。
In order to solve the above-mentioned problem, in the first invention, an estimated value of the cylinder intake air flow rate calculated by an intake valve model calculation formula for calculating an estimated value of the cylinder intake air flow rate using the intake pipe pressure is used. In the intake air amount estimation device for an internal combustion engine for calculating the in-cylinder charged air amount, an intake pipe pressure estimating means for calculating an estimated value of the intake pipe pressure by an intake pipe model calculation formula using the in-cylinder intake air flow rate, and an actual An intake pipe internal pressure detection means for detecting the intake pipe internal pressure, and an estimated value of the intake pipe internal pressure calculated by the intake pipe internal pressure estimation means and the intake pipe internal pressure detection means when the internal combustion engine is performing a transient operation. Correction means for correcting the intake valve model calculation formula based on the detected actual intake pipe pressure, and the intake valve model calculation formula includes a map determined for each engine operating region. The correction means includes an actual intake pipe pressure when the engine operating state enters a specific engine operating region and an actual intake pipe pressure when the engine operating state leaves the specific engine operating region. And the estimated value of the intake pipe pressure when the engine operating state enters the specific engine operating region and the estimated value of the intake pipe pressure when the engine operating state leaves the specific engine operating region The intake valve model calculation formula is corrected by correcting the map value corresponding to the specific engine operating region based on the deviation between the two.
According to the first aspect of the present invention, the actual value of the energy of the gas flowing out from the intake pipe portion until the engine operation state enters the specific engine operation region and then leaves, and the intake valve model of such gas energy. The calculated value is compared with a value calculated using a calculation formula, and the map value is corrected so that these values match. Thus, by comparing the total amount of gas energy flowing out from the intake pipe portion while the engine operating state is in a specific engine operating region, that is, between the integrated values of the energy outflow amount per unit time during such period By comparing these, the map value corresponding to this specific engine operating region can be accurately corrected even when the internal combustion engine is performing transient operation.
第2の発明では、第1の発明において、上記吸気管内圧力検出手段は、1サイクル当たりの実際の吸気管内圧力の平均値を実際の吸気管内圧力として検出する。 In a second invention, in the first invention, the intake pipe pressure detecting means detects an average value of an actual intake pipe pressure per cycle as an actual intake pipe pressure.
本発明によれば、特定の機関運転領域に対応するマップ値を適切に修正することができるようになり、これにより内燃機関が過渡運転を行っている場合であってもエアモデルを構成する要素モデルのモデル式を適切に修正することができるようになる。 According to the present invention, a map value corresponding to a specific engine operation region can be appropriately corrected, and thereby, an element model that constitutes an air model even when the internal combustion engine is performing transient operation. The model formula can be corrected appropriately.
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に概略的に示した機関本体1は筒内噴射型火花点火式内燃機関を示す。しかしながら、本発明をポート噴射型火花点火式内燃機関等の別の火花点火式内燃機関や圧縮自着火式内燃機関に適用してもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The
図1に示したように、本発明の実施形態では機関本体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。さらに、シリンダヘッド4には、吸気弁6の位相角およびバルブリフト量を連続的に変更可能な吸気弁制御装置13が設けられている。
As shown in FIG. 1, in the embodiment of the present invention, the
各気筒の吸気ポート7は吸気枝管14を介してサージタンク15に連結され、サージタンク15は吸気管16を介してエアクリーナ17に連結される。吸気管16内にはステップモータ18によって駆動されるスロットル弁19が配置される。一方、各気筒の排気ポート9は排気管20に連結され、この排気管20は排気浄化触媒21を内蔵したケーシング22に連結される。なお、以下の説明では、スロットル弁19から吸気弁6までの吸気枝管14、サージタンク15、吸気管16等の部分を吸気管部分23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および出力ポート37を具備する。サージタンク13には、吸気管部分23内の空気(吸気ガス)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は吸気管部分23内の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。
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19の上流側の吸気管16には吸気管16内を通過して流れる吸入空気流量を検出するエアフロメータ41が設けられており、本実施形態におけるエアフロメータ41の構成については後述する。さらに、エアクリーナ17近傍には吸気温度を検出する吸気温度センサ42と、大気圧を検出する大気圧センサ43とが設けられる。スロットル弁19にはスロットル弁19の開度を検出するスロットル弁開度センサ44が設けられており、スロットル弁開度センサ44はスロットル弁開度に対応する出力信号を発生させる。これらエアフロメータ41、吸気温度センサ42、大気圧センサ43およびスロットル弁開度センサ44はそれぞれ吸入空気流量(質量流量)、吸気温度(大気温度)、大気圧およびスロットル弁開度に対応する出力信号を発生し、この出力信号が対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。
The
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。また、クランク角センサ47は例えばクランクシャフトが15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45の出力パルスから機関回転数が計算される。
A
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、吸気弁制御装置13およびステップモータ18に接続される。
On the other hand, the
図2は本実施形態で用いられるエアフロメータ41の概略斜視図を、図3は図2に示したエアフロメータ41の熱線計量部の拡大斜視図である。本実施形態では、エアフロメータ41は、熱線式流量計とされており、図2に示したように吸気管16内を流れる空気の一部をバイパスさせるバイパス通路と、このバイパス通路にバイパスされた吸入空気の質量流量を計測する熱線計量部41aと、計測された質量流量に応じた電圧を出力する信号処理部41bとを有する。熱線計量部41aは図3に示したように白金熱線から成る吸気温度計測用抵抗41a1と、この吸気温度計測用抵抗41a1を信号処理部41bに連結して保持するサポート部41a2と、加熱用抵抗(ボビン部)41a3と、この加熱用抵抗41a3を信号処理部41bに連結して保持するサポート部41a4とを備える。信号処理部41bは、吸気温度計測用抵抗41a1と加熱用抵抗41a3とで構成されるブリッジ回路を有し、このブリッジ回路により吸気温度計測用抵抗41a1と加熱用抵抗41a3との温度差を常に一定に維持するように加熱用抵抗41a3に供給する電力を調整すると共に、この供給する電力を電圧に変換して出力するようになっている。エアフロメータ41の出力電圧Vgとエアフロメータ41が配置された吸気管16内を通過する空気の流量(以下、「エアフロ通過空気流量」と称す)との関係は図4に示した通りである。
FIG. 2 is a schematic perspective view of an
ところで、内燃機関の制御装置では、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(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11によって内燃機関の燃焼室5(または吸気通路)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 control device for the internal combustion engine, the
通常、筒内充填空気量Mcは、エアフロメータ等の多数のセンサ、およびこれらセンサからの出力値を引数とした多数のマップから推定される。ところが、このようにマップを用いて筒内充填空気量Mcを推定する場合、推定される筒内充填空気量Mcの値をより正確なものにするためには、必要なマップの数およびその引数の数が多くなる。このようにマップの数が多くなると、マップを保存するためのECUのROMを記憶容量の大きいものにしなければならず、内燃機関の制御装置の製造コストが高くなってしまう。さらに、各マップを作成するにはマップが用いられる内燃機関の形式毎に適合作業を行わなければならないが、この適合作業における測定点はマップの数およびその引数の数に応じて増大するため、マップの数およびその引数の数が多くなると適合作業の工数も増大してしまう。 Usually, the in-cylinder charged air amount Mc is estimated from a large number of sensors such as an air flow meter and a large number of maps using output values from these sensors as arguments. However, when the in-cylinder charged air amount Mc is estimated using the map in this way, in order to make the estimated value of the in-cylinder charged air amount Mc more accurate, the number of necessary maps and their arguments are required. The number of will increase. If the number of maps increases in this way, the ROM of the ECU for storing the maps must have a large storage capacity, which increases the manufacturing cost of the control device for the internal combustion engine. Furthermore, in order to create each map, a calibration operation must be performed for each type of internal combustion engine in which the map is used, but the number of measurement points in this calibration operation increases according to the number of maps and the number of arguments thereof. If the number of maps and the number of arguments increase, the number of man-hours for fitting work will increase.
そこで、マップを用いずに様々なモデルを用いて、数値計算により筒内充填空気量Mcを算出する内燃機関の制御装置が検討されている。このような制御装置では、数値計算を多用することにより必要なマップの数を極力減らすようにしており、これにより適合作業を行う際の工数を大幅に削減しながらも、筒内充填空気量Mcを正確に算出することができる。このような制御装置のうち本願出願人により提案されたものの一つに、図5に示したエアモデルを搭載した制御装置がある。図示したエアモデルは内燃機関に適用される最も単純なモデルであり、以下このエアモデルについて説明する。 In view of this, a control device for an internal combustion engine that calculates the in-cylinder charged air amount Mc by numerical calculation using various models without using a map has been studied. In such a control apparatus, the number of necessary maps is reduced as much as possible by using a lot of numerical calculations. This greatly reduces the number of man-hours for performing the fitting work, but also the in-cylinder charged air amount Mc Can be calculated accurately. Among such control devices, one proposed by the applicant of the present application is a control device equipped with the air model shown in FIG. The illustrated air model is the simplest model applied to an internal combustion engine, and this air model will be described below.
エアモデルは、図5に示したようにスロットルモデルM10、吸気管モデルM20、吸気弁モデルM30を備える。スロットルモデルM10には、スロットル弁開度センサ44によって検出されたスロットル弁19の開度(スロットル弁開度)θtと、大気圧センサ43によって検出された内燃機関周囲の大気圧(または、吸気管16に吸入される空気の圧力)Paと、吸気温度センサ42によって検出された内燃機関周囲の大気温度(または、吸気管16に吸入される空気の温度)Taと、後述する吸気管モデルM20において算出された吸気管部分23内の圧力(以下、「吸気管内圧力」と称す)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M10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19を通過する空気の流量(以下、「スロットル通過空気流量の推定値mt」と称す)が算出される。スロットルモデルM10において算出されたスロットル通過空気流量の推定値mtは、吸気管モデルM20へ入力される。
As shown in FIG. 5, the air model includes a throttle model M10, an intake pipe model M20, and an intake valve model M30. The throttle model M10 includes an opening (throttle valve opening) θt of the
吸気管モデルM20には、スロットルモデルM10において算出されたスロットル通過空気流量の推定値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M30の説明において詳述する)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M20のモデル式に代入することで、吸気管部分23内に存在する空気の圧力(以下、「吸気管内圧力Pm」と称す)と吸気管部分23内に存在する空気の温度(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M20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M30へ入力され、さらに吸気管内圧力PmはスロットルモデルM10にも入力される。
The intake pipe model M20 includes an estimated value mt of the throttle passage air flow rate calculated in the throttle model M10 and a flow rate of air flowing into the
吸気弁モデルM30には、吸気管モデルM20において算出された吸気管内圧力Pmおよび吸気管内温度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M30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、吸気弁モデルM30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M20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 M20, an atmospheric temperature Ta is input to the intake valve model M30, and the values of these input parameters are set in the intake valve model M30 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 valve model M30 is input to the intake pipe model M20.
図5から分かるように、エアモデル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、エアモデル全体では、実際に入力される値はスロットル弁開度θt、大気圧Pa、および大気温度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. 5, in the air model, the parameter value calculated in one model is used as an input value to another model. Therefore, in the entire air model, the actually input value is the throttle valve opening θt, There are only three parameters of the atmospheric pressure Pa and the atmospheric temperature Ta, and the cylinder charge air amount Mc is calculated from these three parameters.
次に、エアモデルの各モデルM10〜M30について説明する。
スロットルモデルM10では、大気圧Pa、大気温度Ta、吸気内圧力Pm、スロットル弁開度θtから、下記式(1)に基づいてスロットル通過空気流量の推定値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、スロットル弁開度θtの関数であり、よって図6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、スロットル弁開度θtの関数であり、図7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および開口断面積Atをまとめたμt・Atをスロットル弁開度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 M10, an estimated value mt of the throttle passage air flow rate is calculated from the atmospheric pressure Pa, the atmospheric temperature Ta, the intake air pressure Pm, and the throttle valve 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 valve opening θt, and is thus determined from a map as shown in FIG. Further, At indicates the opening cross-sectional area of the throttle valve, which is a function of the throttle valve opening θt, and is determined from a map as shown in FIG. Note that μt · At obtained by collecting the flow coefficient μt and the opening cross-sectional area At may be obtained from one throttle map from the throttle valve 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 Mlmol 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8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M10の式(1)および式(2)は、スロットル弁19上流の気体の圧力を大気圧Pa、スロットル弁19上流の気体の温度を大気温度Ta、スロットル弁19の下流の気体の圧力を吸気管内圧力Pmとして、図9に示したようなスロットル弁19のモデルに対して、質量保存則、エネルギ保存則およ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、およびマイヤーの関係式を利用することによって得られる。
Expressions (1) and (2) of the throttle model M10 are such that the gas pressure upstream of the
吸気管モデルM20では、スロットル通過空気流量の推定値mt、筒内吸入空気流量mc、および大気温度Taから、下記式(3)および式(4)に基づいて吸気管内圧力Pmおよび吸気管内温度Tmが算出される。なお、式(3)および式(4)におけるVmはスロットル弁19から吸気弁6までの吸気枝管14、サージタンク15、吸気管16等の部分(吸気管部分23)の容積に等しい定数である。
ここで、吸気管モデルM20について図10を参照して説明する。吸気管部分23の総気体量(総空気量)をMとすると、総気体量Mの時間的変化は、吸気管部分に流入する気体の流量、すなわちスロットル通過空気流量の推定値mtと、吸気管部分から流出する気体の流量、すなわち筒内吸入空気流量mcとの差に等しいため、質量保存則により下記式(5)が得られ、この式(5)および吸気管部分23における気体の状態方程式(Pm・Vm=M・R・Tm)より、式(3)が得られる。
また、吸気管部分23の気体のエネルギM・Cv・Tmの時間的変化量は、吸気管部分23に流入する気体のエネルギと吸気管部分23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23に流入する気体の温度を大気温度Ta、吸気管部分23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)およ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M30では、吸気管内圧力Pm、吸気管内温度Tm、および大気温度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)およ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M30について図11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6閉弁時の燃焼室5内の圧力に比例する。また、吸気弁6閉弁時の燃焼室5内の圧力は吸気弁6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 M30 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
ここで、一定時間(例えば、クランク角720°分)当たりに吸気管部分23から流出する全空気流量を平均化したもの、または一定時間(例えば、クランク角720°分)当たりに吸気管部分23から全ての気筒の燃焼室5に吸入される空気量を上記一定時間で除算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、理論およ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°で除算したものと考えられる)である。また、実際の運転では過渡運転時に吸気管内温度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およ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 air flow rate flowing out of the
ここで、筒内吸入空気流量mcについて、図12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12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23から燃焼室5に実際に流入する空気の流量である。図12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23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23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12に破線で示した通りであり、これを総合して吸気管部分23から全気筒の燃焼室5に流入する空気の流量は図12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12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. 12 when the internal combustion engine has four cylinders. In FIG. 12, the horizontal axis represents the rotation angle of the crankshaft, and the vertical axis represents the flow rate of air actually flowing from the
これに対して、実線で示した吸気管部分23から全ての気筒の燃焼室5に流入する空気の流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M30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 flow rate of the air flowing into the
次に、上記エアモデル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はエアモデルを用いて、上記式(1)、式(3)、式(4)、および式(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)、および式(7)を離散化すると、それぞれ下記式(8)、式(9)、式(10)、および式(11)が得られる。なお、吸気管内温度Tm(t+Δt)は、式(9)および式(10)によってそれぞれ算出されたPm/Tm(t+Δt)および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では、スロットルモデルM10の式(8)で算出された時刻tにおけるスロットル通過空気流量の推定値mt(t)と、吸気弁モデルM30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M20の式(9)および式(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)および吸気管内温度Tm(t+Δt)が算出される。次いで、算出されたPm(t+Δt)およびTm(t+Δt)は、スロットルモデルM10および吸気弁モデルM30の式(8)および式(11)に代入され、これにより時刻t+Δtにおけるスロットル通過空気流量の推定値mt(t+Δt)およ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、スロットル弁開度θt、大気圧Pa、および大気温度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 implemented in this manner, the estimated value mt (t) of the throttle passage air flow rate at time t calculated by the equation (8) of the throttle model M10 and the equation (11) of the intake valve model M30 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 M20, whereby the intake pipe pressure Pm (t + Δt) and the intake pipe temperature at time t + Δt are calculated. Tm (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 M10 and the intake valve model M30, thereby estimating the throttle passing air flow rate at time t + Δt. mt (t + Δt) and in-cylinder intake air flow rate mc (t + Δt) are calculated. Then, by repeating such calculation, the cylinder intake air flow rate mc at any time t is calculated from the throttle valve opening θt, the atmospheric pressure Pa, and the atmospheric temperature Ta, and the calculated cylinder intake air flow rate is calculated. By multiplying mc by the time ΔT180 °, the in-cylinder charged air amount Mc at an arbitrary time t is calculated.
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M10〜M30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 M10 to M30 is started.
なお、上記エアモデルでは、大気温度Taおよび大気圧Paが一定であるとしているが、時刻によって変化する値としてもよく、例えば、大気温度を検出するための吸気温度センサによって時刻tにおいて検出された値を大気温度Ta(t)、大気圧を検出するための大気圧センサによって時刻tにおいて検出された値を大気圧Pa(t)として上記式(8)、式(10)、および式(11)に代入するようにしてもよい。 In the air model, the atmospheric temperature Ta and the atmospheric pressure Pa are assumed to be constant. However, the air model may be a value that changes with time, for example, a value detected at time t by an intake air temperature sensor for detecting the atmospheric temperature. Is the atmospheric temperature Ta (t), and the value detected at time t by the atmospheric pressure sensor for detecting the atmospheric pressure is the atmospheric pressure Pa (t), the above equations (8), (10), and (11) May be substituted into.
ところで、上記したように図5の装置ではスロットル弁開度θt、大気温度Taおよび大気圧Paのみを入力するモデル式を用いて機関始動時からの逐次計算により筒内充填吸気量が算出される。このため、エアモデルの各要素モデルにモデル化誤差が生じていると、算出される筒内充填吸気量は不正確になり燃料噴射量の正確な算出ができなくなる。 Incidentally, as described above, in the apparatus shown in FIG. 5, the in-cylinder charged intake amount is calculated by sequential calculation from the start of the engine, using a model formula that inputs only the throttle valve opening θt, the atmospheric temperature Ta, and the atmospheric pressure Pa. . For this reason, if there is a modeling error in each element model of the air model, the calculated in-cylinder charged intake air amount becomes inaccurate and the fuel injection amount cannot be accurately calculated.
一方、エアモデルの各要素モデル(スロットルモデルM10、吸気管モデルM20および吸気弁モデルM30)を考えると、モデル化そのものには誤差がない場合であっても、使用による特性の変化や製作公差によるばらつきなどによりモデル化誤差が生じている場合がある。このため、エアモデルにより求めた筒内充填吸気量等の値をエアフロメータや吸気管内圧力から求めた吸気量と比較し、モデル式から計算した吸気量をエアフロメータなどにより求めた実測値に合致するように修正することが行われている。 On the other hand, considering each element model of the air model (the throttle model M10, the intake pipe model M20, and the intake valve model M30), even if there is no error in the modeling itself, changes in characteristics due to use and variations due to manufacturing tolerances There may be a modeling error due to the above. Therefore, the in-cylinder intake air amount obtained from the air model is compared with the intake air amount obtained from the air flow meter or the intake pipe pressure, and the intake air amount calculated from the model formula matches the actually measured value obtained from the air flow meter or the like. As has been done to fix.
しかし、このような従来の修正方法は各要素モデルの集合であるエアモデルの全体を一律に修正するものであるのに対して、実際には各モデルに発生する誤差は一律ではなく、それぞれのモデル毎に相違している。このため、全体を一律に修正する方法では正確なモデルの修正を行うことはできず、例えば内燃機関が定常運転を行っているときに筒内充填吸気量を実測値に合致するように補正すると、内燃機関が過渡運転を行っているときなどでは吸気圧力の計算値が実測値から大きく離れてしまい、過渡運転を行っているときの筒内充填吸気量に大きな誤差が生じるような場合がある。 However, such a conventional correction method is to uniformly correct the entire air model that is a set of each element model, but in reality, the error generated in each model is not uniform, and each model is not uniform. Every one is different. For this reason, it is not possible to correct the model accurately with the method of uniformly correcting the whole.For example, if the in-cylinder charged intake air amount is corrected so as to match the actually measured value when the internal combustion engine is in steady operation, When the internal combustion engine is performing a transient operation, the calculated value of the intake pressure may be far from the actual measurement value, resulting in a large error in the in-cylinder charged intake amount during the transient operation. .
そこで、本実施形態では、実測値に基づいてモデル修正するものの、エアモデル全体(M10〜M30)を一律に修正するのではなく、それぞれの要素モデルに応じた補正を別個に行う。 Therefore, in this embodiment, although the model is corrected based on the actual measurement value, the entire air model (M10 to M30) is not uniformly corrected, but correction according to each element model is performed separately.
ここで、エアモデルに含まれる各要素モデルのうち、スロットルモデルM10と吸気弁モデルM30とは製作・組み立て公差によるばらつきや、使用による特性変化(流量係数の変化等)が生じやすい。これに対して、吸気管モデルM20は単に容積のみが問題となる比較的単純なモデルであり、ばらつきや使用による特性変化は生じにくいため、当初のモデル化さえ正確にできていれば、運転中にこのモデルを修正する必要はない。したがって、本実施形態ではモデル化誤差が生じやすいスロットルモデルM10と吸気弁モデルM30とを機関運転中に実測値に基づいて個別にモデル式を修正するようにしている。 Here, among the element models included in the air model, the throttle model M10 and the intake valve model M30 are likely to vary due to manufacturing / assembly tolerances and characteristic changes (changes in flow coefficient, etc.) due to use. On the other hand, the intake pipe model M20 is a relatively simple model in which only the volume is a problem, and the characteristic change due to variation and use hardly occurs. There is no need to modify this model. Therefore, in this embodiment, the model formulas of the throttle model M10 and the intake valve model M30, which are likely to cause modeling errors, are individually corrected based on the actual measurement values during engine operation.
以下、本実施形態のモデル修正方法について説明する。本実施形態では、現在の実際のエアフロ通過空気流量、スロットル弁開度、吸気管内圧力を、それぞれエアフロメータ41、スロットル弁開度センサ44、吸気圧センサ40で実測し、これらの値を用いて図5の筒内充填吸気量計算とは独立してスロットルモデルM10、吸気弁モデルM30等についての修正操作を行う。
Hereinafter, the model correction method of this embodiment will be described. In the present embodiment, the current actual airflow passing air flow rate, throttle valve opening, and intake pipe pressure are measured by the
まず、スロットルモデルM10の修正操作について説明する。図13は、スロットルモデルM10の修正操作を説明するブロック図である。図13に示したように、スロットルモデルの修正操作を行う際には、エアフロメータモデルM40が用いられる。エアフロメータモデルM40には、スロットルモデルM10によって算出されたスロットル通過空気流量(以下、「スロットル通過空気流量の推定値」と称す)mtが入力され、この入力されたパラメータの値を後述するエアフロメータモデルM40のモデル式に代入することで、実際にスロットル弁19を通過する空気の流量(以下、「実際のスロットル通過空気流量」と称す)がこの値のときにエアフロメータ61が出力するであろう出力値が算出される。 First, the correction operation of the throttle model M10 will be described. FIG. 13 is a block diagram illustrating a correction operation of the throttle model M10. As shown in FIG. 13, an air flow meter model M40 is used when the throttle model is corrected. The air flow meter model M40 receives a throttle passage air flow rate calculated by the throttle model M10 (hereinafter referred to as "estimated value of the throttle passage air flow rate") mt, and the value of the input parameter is described later. By substituting into the model equation of model M40, the air flow meter 61 outputs when the flow rate of air actually passing through the throttle valve 19 (hereinafter referred to as “actual throttle passage air flow rate”) is this value. A wax output value is calculated.
すなわち、実際のエアフロメータ41の出力は、実際のエアフロ通過空気流量(エアフロ通過空気流量とスロットル通過空気流量はほぼ同一であると考えられるため、以下ではスロットル通過空気流量として説明する)に対して固有の応答特性に基づく応答遅れを有しており、したがってそのときの実際のスロットル通過空気流量のみに対応した値となっているわけではない。エアフロメータモデルM40は、この応答特性をシュミレートしたモデルであり、上記エアフロメータ41の応答遅れを考慮した上で、スロットル弁19をスロットル通過空気流量の推定値mtだけ空気が流れている場合にエアフロメータ41が出力するであろう出力値(以下、「予想出力値」と称す)を算出する。
That is, the actual output of the
ここで、エアフロメータモデルM40について具体的に説明する。エアフロメータ41では、上述したように吸気温度計測用抵抗41a1と加熱用抵抗(ボビン部)41a3との温度差を常に一定に維持するように加熱用抵抗41a3に供給する電力を調整するとともに、その供給電力に基づいてエアフロ通過空気流量を算出するようにしている。ここで、この供給電力はボビン部41a3およびサポート部41a4から吸気管16内を通過する空気への放熱量を示すことから、エアフロメータ41はボビン部41a3およびサポート部41a4からの放熱量に基づいてエアフロ通過空気流量を算出すると言い換えることができる。
Here, the air flow meter model M40 will be specifically described. In the
ここで、ボビン部41a3は、より詳細には円筒状のセラミックスボビンに白金熱線を巻回し、その外周にガラスをコーティングすることにより形成される。このため、白金熱線から周囲の空気への放熱は白金熱線と周囲の空気との間にガラス層が介在することにより遅れてしまう。したがって、吸気管16内を通過する空気の流量が急激に増大したような場合であっても、ボビン部41a3からの単位時間当たりの放熱量(以下、単に「放熱量」と称す)は直ぐには増大せず、或る程度の遅れをもって増大することになる。換言すると、ボビン部41a3からの放熱量は実際のエアフロ通過空気流量に対して応答遅れが存在する。また、同様なことがサポート部41a4からの放熱量についても言え、サポート部41a4からの放熱量は実際のエアフロ通過空気流量に対して応答遅れが存在する。
More specifically, the bobbin portion 41a3 is formed by winding a platinum hot wire around a cylindrical ceramic bobbin and coating the outer periphery thereof with glass. For this reason, heat dissipation from the platinum heat wire to the surrounding air is delayed due to the glass layer interposed between the platinum heat wire and the surrounding air. Therefore, even when the flow rate of the air passing through the
この応答遅れは、一次遅れに近似することができることがわかっており、ボビン部41a3の放熱量の応答遅れは次の式(13)で表される。ここで、式(13)におけるωbはエアフロメータ41の出力値から換算したボビン部41a3の放熱量、すなわち放熱遅れが生じた結果ボビン部41a3の白金熱線から実際に放熱される放熱量(以下、「遅れ放熱量」と称す)を示している。また、式(13)におけるWbは、応答遅れを補償した放熱量、すなわち放熱遅れが生じないと仮定した場合におけるボビン部41a3の白金熱線から放熱される放熱量(以下、「完全放熱量」と称す)を示している。すなわち、完全放熱量Wbは、内燃機関が定常運転を行っているときにおける放熱量に等しく、基本的にエアフロメータ41近傍の吸気管16内を通過する空気流量のみの関数である。エアフロメータ41近傍の吸気管16内を通過する空気流量はスロットル通過空気流とほぼ等しいため、完全放熱量Wbはスロットル通過空気流量の関数と考えることができ、スロットル通過空気流量とボビン部41a3からの完全放熱量Wbとの関係は図14のように表すことができる。さらに、式(13)におけるτbは、ボビン部41a3からの放熱における一次遅れの時定数であり、その算出方法については後述する。
同様に、サポート部41a4の放熱量の応答遅れは式(14)で表される。サポート部41a4からの完全放熱量Wbもスロットル通過空気流量の関数と考えることができ、スロットル通過空気流量とサポート部41a4からの完全放熱量Wsとの関係は図14のように表すことができる。また、式(14)におけるτsは、サポート部41a4からの放熱における一次遅れの時定数である。
式(13)および式(14)によりボビン部41a3およびサポート部41a4からの遅れ放熱量ωb、ωsが算出される。エアフロメータ41では、放熱遅れが生じた結果ボビン部41a3およびサポート部41a4から実際に放熱される放熱量、すなわち遅れ放熱量に応じて出力電圧が変化するため、式(13)および式(14)によって算出された遅れ放熱量の和(ωb+ωs)に基づいてエアフロメータ41が出力するであろう出力値(予想出力値)AFMmtが算出される。本実施形態では、エアフロメータ41における遅れ放熱量の和(ωb+ωs)とエアフロメータ41の予想出力値AFMmtの関係を予め実験的にまたは計算によって求め、図15に示したようなマップとしてECU31のROM34に記憶させておく。そして、式(13)および式(14)から算出された遅れ放熱量の和ωb+ωsに基づいて上記マップを用いてエアフロメータ41の予想出力値AFMmtが算出される。なお、上記マップを用いた遅れ放熱量の和ωb+ωsに基づくエアフロメータ41の予想出力値AFMmtの算出は下記式(15)のように表すことができる。
なお、ボビン部41a3の一次遅れの時定数τbは下記式(16)によって、またサポート部41a4の一次遅れの時定数τsは下記式(17)によって算出される。式(16)および式(17)において、uは、エアフロメータ41の検出部における流路、すなわちエアフロメータ41のバイパス通路における単位断面積当たりの空気流量である。単位断面積当たりの空気流量uはエアフロメータ41の出力値AFMに基づいてマップによりまたは所定の計算式により算出される。また、kb、ks、mb、msは予め実験または計算によって求められる定数であり、kb、mbがボビン部41a3についての定数、ks、msがサポート部41a4についての定数をそれぞれ示している。ボビン部41a3とサポート部41a4とでは応答遅れの度合いが異なるので、ボビン部41a3とサポート部41a4とを分離して時定数を設定することによってスロットル通過空気流量から予想出力値を算出するための算出精度を向上させることとしている。
次に、上記エアフロメータモデルM40を内燃機関の制御装置に実装して、実際にスロットルモデルM10によって算出されたスロットル通過空気流量の推定値mtからエアフロメータ41の予想出力値AFMmtを算出する場合について説明する。エアフロメータ41の予想出力値AFMmtはエアフロメータモデルM40を用いて、上記式(13)、式(14)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(13)、式(14)を離散化すると、それぞれ下記式(18)、式(19)が得られる。
このようにして実装されたエアフロメータモデルM40では、時刻tにおけるボビン部41a3からの遅れ放熱量ωb(t)、サポート部41a4からの遅れ放熱量ωs(t)およびスロットルモデルM10の式(8)で算出された時刻tにおけるスロットル通過空気流量の推定値mt(t)が式(18)および式(19)に代入され、これにより時刻t+Δtにおけるボビン部41a3からの遅れ放熱量ωb(t+Δt)およびサポート部41a4からの遅れ放熱量ωs(t+Δt)が算出される。そして、これら遅れ放熱量ωb(t+Δt)およびωs(t+Δt)を用いて式(15)により時刻t+Δtにおけるエアフロメータ41の予想出力値AFMmt(t+Δt)が算出される。
In the air flow meter model M40 mounted in this way, the delayed heat release amount ω b (t) from the bobbin portion 41a3 at the time t, the delayed heat release amount ω s (t) from the support portion 41a4, and the formula of the throttle model M10 ( 8) The estimated value mt (t) of the throttle passage air flow rate at time t calculated in 8) is substituted into the equations (18) and (19), whereby the delayed heat release amount ω b (from the bobbin portion 41a3 at time t + Δt. t + Δt) and the delayed heat radiation amount ω s (t + Δt) from the support portion 41a4 are calculated. Then, the predicted output value AFMmt (t + Δt) of the
再びスロットルモデルの修正操作について話を戻すと、本実施形態では、吸気圧センサ40とスロットル弁開度センサ44とで実測した現在の吸気管内圧力Pmとスロットル弁開度θt(および大気圧Pa、大気温度Ta)とを用いてスロットルモデルM10(図5)によって算出されるスロットル通過空気流量の推定値mtが、エアフロメータ41の出力から算出した現在のスロットル通過空気流量に一致するようにスロットルモデルの式(1)を修正する。
Returning again to the correction operation of the throttle model, in the present embodiment, the current intake pipe pressure Pm and the throttle valve opening θt (and the atmospheric pressure Pa, measured with the
すなわち、図13において、実測値Pmとスロットル弁開度θtとを用いてスロットルモデルM10の式(1)によって算出されたスロットル通過空気流量の推定値mtをエアフロメータモデルM40に入力すると、実際のスロットル通過空気流量が上記スロットル通過空気流量の推定値mtとなっていたと仮定した場合におけるエアフロメータ41の予想出力値AFMmtに変換される。
That is, in FIG. 13, when the estimated value mt of the throttle passage air flow rate calculated by the equation (1) of the throttle model M10 using the actual measurement value Pm and the throttle valve opening θt is input to the air flow meter model M40, It is converted into an expected output value AFMmt of the
したがって、スロットルモデルM10にモデル化誤差が含まれていない場合、すなわち実際のスロットル通過空気流量とスロットルモデルM10によって算出されたスロットル通過空気流量の推定値mtとが一致している場合には、実際のエアフロメータ41の出力値AFMとエアフロメータモデルM40の予想出力値AFMmtとが一致するはずであり、一致していない場合には実際のスロットル通過空気流量とスロットル通過空気流量の推定値mtとが一致していないと考えられ、よってスロットルモデルM10にモデル化誤差が生じていると考えられる。
Therefore, when the modeling error is not included in the throttle model M10, that is, when the actual throttle passing air flow rate matches the estimated value mt of the throttle passing air flow rate calculated by the throttle model M10, The output value AFM of the
したがって、出力値AFMと予想出力値AFMmtとが一致しない場合には、スロットルモデルM10に生じているモデル化誤差を補償するために、予想出力値AFMmtがエアフロメータ41の出力値(実測値)AFMに一致するようにスロットルモデルM10の計算式を修正する必要がある。
Therefore, when the output value AFM and the predicted output value AFMmt do not match, the predicted output value AFMmt is the output value (actual value) AFM of the
ここで、本実施形態では、上述したようにスロットルモデルM10の計算式として、下記式(20)を用いている。
このような流量係数μtの値の修正方法としては、例えば、下記式(21)によるものが考えられる。なお、式(21)におけるμt’は修正後の流量係数である。
ところが、式(21)により流量係数μtの値を修正すると、内燃機関が定常運転を行っているときには適切に修正することができるが、内燃機関が過渡運転を行っているときには適切に修正することができない。以下、このことについて図16を参照して簡単に説明する。 However, if the value of the flow coefficient μt is corrected by the equation (21), it can be appropriately corrected when the internal combustion engine is in steady operation, but it should be appropriately corrected when the internal combustion engine is in transient operation. I can't. This will be briefly described below with reference to FIG.
図16は、スロットル弁開度θtと空気流量に関する各種パラメータの値とのタイムチャートである。図中、時刻t0はスロットル弁開度θtがθt0となったとき、時刻t1はスロットル弁開度θtがθt1となったときを示している。また、図16は、実際のスロットル通過空気流量(図16中の実線)と、スロットルモデルM10によって算出されたスロットル通過空気流量の推定値mt(図16中の一点鎖線)とが時刻t0前まではずれているが、時刻t0以降はほぼ一致している場合のタイムチャートを示している。すなわち、図16は、時刻t0前、すなわちスロットル弁開度θtがθt0よりも小さいときには、流量係数μtの値に誤差が生じていてスロットルモデルM10によって算出されたスロットル通過空気流量の推定値mtが実際のスロットル通過空気流量からずれてしまっていると共に、時刻t0以降、すなわちスロットル弁開度θtがθt0以上であるときには、流量係数μtの値に誤差がほとんどなく、スロットルモデルM10によって算出されたスロットル通過空気流量の推定値mtが実際のスロットル通過空気流量にほぼ一致している場合のタイムチャートを示している。 FIG. 16 is a time chart of the throttle valve opening θt and the values of various parameters relating to the air flow rate. In the figure, time t 0 shows when the throttle valve opening θt becomes θt 0, and time t 1 shows when the throttle valve opening θt becomes θt 1 . Further, FIG. 16 shows that the actual throttle passage air flow rate (solid line in FIG. 16) and the estimated value mt (dot chain line in FIG. 16) of the throttle passage air flow rate calculated by the throttle model M10 are before time t 0. The time chart is shown in the case where the values are substantially the same after time t 0 . That is, FIG. 16 shows an estimated value of the air flow rate through the throttle calculated by the throttle model M10 because an error has occurred in the value of the flow coefficient μt before the time t 0 , that is, when the throttle valve opening θt is smaller than θt 0. When mt has deviated from the actual air flow rate through the throttle and after time t 0 , that is, when the throttle valve opening θt is greater than or equal to θt 0 , there is almost no error in the value of the flow coefficient μt. The time chart in the case where the estimated value mt of the calculated throttle passage air flow rate substantially matches the actual throttle passage air flow rate is shown.
上述したように、エアフロメータ41には放熱遅れに基づく応答遅れがあるため、図16に示したように実際のスロットル通過空気流量が変化している場合に、エアフロメータ41の出力値AFM(図16中の破線)には実際のスロットル通過空気流量に対して遅れが生じる。特に、エアフロメータ41の出力値AFMを実際のスロットル通過空気流量に対して一次遅れで近似することができることを考えると、エアフロメータ41の現在の出力値AFMは現在の実際のスロットル通過空気流量のみに応じて変化するわけではなく、過去の実際のスロットル通過空気流量の履歴にも応じて変化する。
As described above, since the
また、上述したようにエアフロメータモデルM40ではエアフロメータ41の放熱遅れに基づく応答遅れが考慮されているため、図16に示したように実際のスロットル通過空気流量が変化している場合には、エアフロメータモデルM40によって算出される予想出力値AFMmtにもスロットルモデルM10によって算出されたスロットル通過空気流量の推定値mtに対して遅れが生じている。
Further, as described above, in the air flow meter model M40, since the response delay based on the heat release delay of the
このため、図16に示したように、時刻t0以降においてスロットルモデルM10によって算出されたスロットル通過空気流量の推定値mtが実際のスロットル通過空気流量にほぼ一致しているにも関わらず、時刻t0以降においてエアフロメータ41の出力値AFMとエアフロメータモデルM40によって算出された予想出力値AFMmtとは一致していない。したがって、例えば、出力値AFMと予想出力値AFMmtとを用いて式(21)によってスロットルモデルM10の流量係数μtを修正しようとすると、時刻t0以降において流量係数μtには誤差が無いにも関わらず、流量係数μtが修正されてしまうことになる。
For this reason, as shown in FIG. 16, the estimated value mt of the throttle passage air flow rate calculated by the throttle model M10 after time t 0 substantially coincides with the actual throttle passage air flow rate. After t 0 , the output value AFM of the
或いは、流量係数μtの値の修正方法としては、例えば、下記式(22)によるものが考えられる。このように、積分を用いることにより、エアフロメータ41の出力値AFMに存在するノイズの影響を抑制することができる。
ところが、式(22)により流量係数μtの値を修正する場合であっても、内燃機関が定常運転を行っているときには適切に修正することができるが、内燃機関が過渡運転を行っているときには適切に修正することができない。以下、このことについて簡単に説明する。 However, even when the value of the flow coefficient μt is corrected by the equation (22), it can be appropriately corrected when the internal combustion engine is in steady operation, but when the internal combustion engine is in transient operation. It cannot be corrected properly. This will be briefly described below.
ここで、流量係数μtのマップは一定の機関運転領域に区切られており、流量係数μtのマップ値は機関運転領域毎に設定される。具体的には、流量係数μtのマップは図17に示したようにスロットル弁開度θtを複数のマップ領域に分割し、スロットル弁開度θtの各マップ領域毎に一つの流量係数μtのマップ値が設定される。したがって、流量係数μtを修正する場合にはスロットル弁開度θtの各マップ領域毎にそのマップ領域に対応する流量係数μtの値を修正することになる。 Here, the map of the flow coefficient μt is divided into certain engine operation regions, and the map value of the flow coefficient μt is set for each engine operation region. Specifically, the map of the flow coefficient μt is obtained by dividing the throttle valve opening θt into a plurality of map areas as shown in FIG. 17, and one flow coefficient μt map for each map area of the throttle valve opening θt. Value is set. Therefore, when the flow coefficient μt is corrected, the value of the flow coefficient μt corresponding to the map area is corrected for each map area of the throttle valve opening θt.
図16に示した例を参照すると、スロットル弁開度θtの一つのマップ領域がθt0からθt1である場合、スロットル弁開度θtがそのマップ領域内にある期間は時刻t0から時刻t1までとなっている。したがって、このスロットル弁開度θtがこのマップ領域にある場合における流量係数μtの値の誤差率を、時刻t0から時刻t1までのエアフロメータ41の出力値AFMの平均値とエアフロメータモデルM40によって算出された予想出力値AFMmtの平均値との比に基づいて算出すると、比較的正確に流量係数μtの値の誤差を補償することができると考えられ、斯かる考えに基づいて式(22)による流量係数μtの値の修正が提案されている。より詳細には、式(22)では、エアフロメータ41の出力値AFMの平均値とその予想出力値AFMmtの平均値との比は、エアフロメータ41の出力値AFMの積分値とその予想出力値AFMmtの積分値との比に等しいため、式(22)では現在マップに保存されている流量係数μt(θt)に、エアフロメータ41の出力値AFMの積分値(図16中の面積S1+S2)を予想出力値AFMmtの積分値(図16中の面積S1)で除算したものを乗算することによって(θt・(S1+S2)/S1)、流量係数μt(θt)を修正した値μt’(θt)を算出している。
Referring to the example shown in FIG. 16, when one map region of the throttle valve opening θt is θt 0 to θt 1 , the period during which the throttle valve opening θt is within the map region is from time t 0 to time t It is up to 1 . Therefore, the error rate of the value of the flow coefficient μt when the throttle valve opening θt is in this map region is expressed as the average value of the output value AFM of the
ところが、上述したように、図16に示した例では、時刻t0以降は実際のスロットル通過空気流量とスロットルモデルM40により算出されたスロットル通過空気流量の推定値mtとがほぼ一致しているにも関わらず、エアフロメータ41に応答遅れが存在するため、エアフロメータ41の出力値AFMの時刻t0から時刻t1までの積分値(S1+S2)とエアフロメータモデルM40によって算出された予想出力値AFMmtの時刻t0から時刻t1までの積分値(S1)とが一致しない。このため、スロットル弁開度θtがθt1からθt2であるマップ領域における流量係数μtには誤差が無いにも関わらず流量係数μtが修正されてしまうことになる。
However, as described above, in the example shown in FIG. 16, after the time t 0, the actual throttle passing air flow rate and the estimated value mt of the throttle passing air flow rate calculated by the throttle model M40 are substantially the same. Nevertheless, since there is a response delay in the
このように、式(21)および式(22)により流量係数μtの値を修正すると、内燃機関が定常運転を行っているときには的確に修正することができるが、内燃機関が過渡運転を行っているときには的確に修正することができない。そこで、本発明では、内燃機関が過渡運転を行っているときにおいても的確に流量係数μtの値を修正することができるような内燃機関の吸入空気量推定装置を提供する。 As described above, when the value of the flow coefficient μt is corrected by the equations (21) and (22), it can be accurately corrected when the internal combustion engine is in steady operation, but the internal combustion engine is in transient operation. When it is, it cannot be corrected accurately. Accordingly, the present invention provides an intake air amount estimation device for an internal combustion engine that can accurately correct the value of the flow coefficient μt even when the internal combustion engine is in a transient operation.
図18は、図16と同様に、スロットル弁開度θtと空気流量に関する各種パラメータの値とのタイムチャートである。以下では、図18を参照して、スロットル弁開度θtがθt0からθt1であるマップ領域Aにおける、流量係数μtの修正について考える。式(13)および式(14)に示したように、エアフロメータモデルM40では、スロットルモデルM10によって算出されたスロットル通過空気流量の推定値mtに対して一次遅れが存在するとしてエアフロメータ41の予想出力値AFMmtを算出している。このため、エアフロメータモデルM40の予想出力値AFMmtは、スロットルモデルM10によって算出された現在のスロットル通過空気流量の推定値mtだけでなく所定時間前のスロットル通過空気流量の推定値mtに基づいて算出されることになる。 FIG. 18 is a time chart of the throttle valve opening θt and the values of various parameters relating to the air flow rate, as in FIG. Hereinafter, with reference to FIG. 18, the correction of the flow coefficient μt in the map region A where the throttle valve opening degree θt is θt 0 to θt 1 will be considered. As shown in the equations (13) and (14), in the air flow meter model M40, it is assumed that there is a first-order lag with respect to the estimated value mt of the air flow rate through the throttle calculated by the throttle model M10. An output value AFMmt is calculated. For this reason, the expected output value AFMmt of the air flow meter model M40 is calculated based on the estimated value mt of the throttle passage air flow before a predetermined time as well as the estimated value mt of the current throttle passage air flow calculated by the throttle model M10. Will be.
例えば、図18に示したように時刻t0においてスロットル弁開度θtがマップ領域Aに侵入したとき、時刻t0以降においてエアフロメータモデルM40によって算出された予想出力値AFMmtは、時刻t0以降においてスロットルモデルM10によって算出されたスロットル通過空気流量の推定値mtだけでなく、時刻t0以前にスロットルモデルM10によって算出されたスロットル通過空気流量の推定値mtを用いて算出されることになる。すなわち、エアフロメータモデルM40によって算出される予想出力値AFMmtは、スロットル弁開度θtがマップ領域A以外のマップ領域にあるときのスロットル通過空気流量の推定値mtに基づいて算出されることになる。 For example, when the throttle valve opening θt has penetrated the map area A at time t 0 as shown in FIG. 18, the expected output value AFMmt calculated by the air flow meter model M40 at time t 0 after the time t 0 after Is calculated using not only the estimated value mt of the throttle passage air flow rate calculated by the throttle model M10 but also the estimated value mt of the throttle passage air flow rate calculated by the throttle model M10 before time t 0 . That is, the expected output value AFMmt calculated by the air flow meter model M40 is calculated based on the estimated value mt of the throttle passage air flow rate when the throttle valve opening θt is in the map region other than the map region A. .
ここで、上述したように図18に示した例では、スロットル弁開度θtがθt0からθt1であるマップ領域Aに対応する流量係数μtの修正を行おうとしており、流量係数μtの修正を行うに当たって実際のスロットル通過空気流量とスロットルモデルM10によって算出されたスロットル通過空気流量の推定値mtとの比をエアフロメータ41の出力値AFMとエアフロメータモデルM40によって算出された予想出力値AFMmtとの比から算出しようとしている。ところが、スロットル弁開度θtがマップ領域Aにある場合においてエアフロメータモデルM40によって算出される予想出力値AFMmtは、マップ領域A以外のマップ領域におけるスロットル通過空気流量の推定値mtの影響を受けており、よってスロットル弁開度θtがマップ領域Aにある場合におけるエアフロメータ41の出力値AFMとエアフロメータモデルM40によって算出される予想出力値AFMmtとの比は、スロットル弁開度θtがマップ領域Aにある場合における実際のスロットル通過空気流量とスロットル通過空気流量の推定値mtとの比を表したものではないものとなっている。
Here, as described above, in the example shown in FIG. 18, the flow coefficient μt corresponding to the map area A where the throttle valve opening θt is θt 0 to θt 1 is to be corrected, and the flow coefficient μt is corrected. The ratio of the actual throttle passage air flow rate to the estimated value mt of the throttle passage air flow rate calculated by the throttle model M10 is calculated as the output value AFM of the
そこで、本実施形態では、スロットル弁開度θtがマップ領域Aにある場合における流量係数μtを修正するときには、エアフロメータモデルM40によって算出された予想出力値AFMmtを直接利用せずに、この予想出力値AFMmtからスロットル弁開度θtがマップ領域Aに侵入する前(図18に示した例では、スロットル弁開度θtがθt0よりも小さいとき)のスロットル通過空気流量の推定値mtの影響を除去した値(以下、「修正出力値」と称す)AFMmteを用いることとする。 Therefore, in the present embodiment, when correcting the flow coefficient μt when the throttle valve opening θt is in the map region A, the predicted output value AFMmt calculated by the air flow meter model M40 is not directly used, but the predicted output The influence of the estimated value mt of the air flow rate through the throttle valve before the throttle valve opening θt enters the map area A from the value AFMmt (when the throttle valve opening θt is smaller than θt 0 in the example shown in FIG. 18). The removed value (hereinafter referred to as “corrected output value”) AFMmte is used.
本実施形態では、修正出力値AFMmteの算出は基本的にエアフロメータモデルM40における予想出力値AFMmtの算出と同様に行われる。すなわち、下記式(23)および式(24)によりボビン部41a3およびサポート部41a4の遅れ放熱量ωbe、ωseが算出され、算出された遅れ放熱量ωbe、ωseに基づいて式(25)により図15に示したマップと同様なマップから修正出力値AFMmteが算出される。式(23)および式(24)は、ECU31で処理するために時刻t、計算間隔Δtを用いて下記式(26)および式(27)のように離散化されて用いられる。
ただし、エアフロメータモデルM40における予想出力値AFMmtの算出と異なり、修正出力値AFMmteの算出はマップ領域毎に行われる。すなわち、スロットル弁開度θtが或るマップ領域に侵入したとき、図18に示した例ではスロットル弁開度θtがマップ領域Aに侵入したとき(すなわちスロットル弁開度θtがθt0となったとき)にそのマップ領域における修正出力値AFMmteの算出が開始されると共に、スロットル弁開度θtがそのマップ領域から離脱したとき、図18に示した例ではスロットル弁開度θtがマップ領域Aから離脱したとき(すなわちスロットル弁開度θtがθt1となったとき)にそのマップ領域における修正出力値AFMmteの算出が終了せしめられる。 However, unlike the calculation of the predicted output value AFMmt in the air flow meter model M40, the correction output value AFMmt is calculated for each map area. That is, when the throttle valve opening θt enters a certain map area, in the example shown in FIG. 18, when the throttle valve opening θt enters the map area A (that is, the throttle valve opening θt becomes θt 0 ). 18), calculation of the corrected output value AFMmte in the map area is started, and when the throttle valve opening θt departs from the map area, the throttle valve opening θt is changed from the map area A in the example shown in FIG. The calculation of the corrected output value AFMmte in the map area is completed when the vehicle has left (that is, when the throttle valve opening θt becomes θt 1 ).
そして、修正出力値AFMmteの算出にあたっては、スロットル弁開度θtがマップ領域Aに侵入する前にスロットルモデルM10によって算出されたスロットル通過空気流量の推定値mt(以下、「過去のスロットル通過空気流量の推定値mt」と称す)の影響を除去するために、スロットル弁開度θtがマップ領域Aに侵入したときの修正出力値AFMmteの値(以下、「初期値」と称す)を、エアフロメータ41の出力値AFMとほぼ同様な値になるようにしている。 In calculating the corrected output value AFMmte, an estimated value mt of the throttle passage air flow rate calculated by the throttle model M10 before the throttle valve opening θt enters the map area A (hereinafter referred to as “the past throttle passage air flow rate”). In order to eliminate the influence of the estimated value mt ”, the value of the corrected output value AFMmte (hereinafter referred to as“ initial value ”) when the throttle valve opening θt enters the map area A is referred to as an air flow meter. The output value AFM of 41 is almost the same value.
すなわち、上述したように修正出力値AFMmteはECU31において上記離散化された式(26)および式(27)に基づいて算出されるが、これら式(26)および式(27)には初期値以外に過去の(スロットル弁開度θtがマップ領域Aに侵入する前の)スロットル通過空気流量の推定値mtが影響するような項は存在しない。逆に言うと、初期値を過去のスロットル通過空気流量の推定値mtの影響を受けていない値に設定しさえすれば、修正出力値AFMmteに対する過去のスロットル通過空気流量の推定値mtの影響を最小限に抑制することができる。
That is, as described above, the corrected output value AFMmte is calculated in the
本実施形態では、スロットル弁開度θtがマップ領域Aに侵入したときの修正出力値AFMmteの初期値をそのときのエアフロメータ41の出力値AFMとほぼ同様な値としているため、修正出力値AFMmteの初期値は過去のスロットル通過空気流量の推定値mtに基づいて定まる値ではなく、スロットル弁開度θtがマップ領域Aに侵入したときのエアフロメータ41の出力値AFMに基づいて定まる値であり、よって修正出力値AFMmteから過去のスロットル通過空気流量の推定値mtの影響が除去される。
In the present embodiment, the initial value of the corrected output value AFMmte when the throttle valve opening θt enters the map area A is set to a value almost the same as the output value AFM of the
このように、修正出力値AFMmteの初期値をエアフロメータ41の出力値AFMとほぼ同様な値として式(23)および式(24)によってその後の修正出力値AFMmtを算出するためには、時刻t0におけるボビン部41a3の遅れ放熱量およびサポート部41a4の遅れ放熱量を時刻t0におけるボビン部41a3からの実際の放熱量およびサポート部41a4からの実際の放熱量に一致させることが必要である。ところが、時刻t0におけるエアフロメータ41の出力値AFMから時刻t0におけるボビン部41a3およびサポート部41a4からの実際の放熱量を算出することは困難である。すなわち、図15に示したマップ等によってエアフロメータ41の出力値AFMからボビン部41a3およびサポート部41a4からの実際の放熱量を合計した値を求めることはできるが、ボビン部41a3およびサポー部41a4それぞれからの実際の放熱量を求めることはできない。
Thus, in order to calculate the subsequent corrected output value AFMmt by the equations (23) and (24) with the initial value of the corrected output value AFMmte being substantially similar to the output value AFM of the
そこで、本実施形態では、エアフロメータ41のボビン部41a3およびサポート部41a4それぞれからの実際の放熱量を比較的正確に算出することができるオブザーバを用いるようにしている。このオブザーバは、時刻やスロットル弁開度θtのマップ領域とは無関係に、常にエアフロメータ41のボビン部41a3およびサポート部41a4それぞれからの実際の放熱量の近似値を算出している。
Therefore, in the present embodiment, an observer that can calculate the actual heat radiation amount from each of the bobbin portion 41a3 and the support portion 41a4 of the
具体的には、オブザーバは、下記式(28)および式(29)によってボビン部41a3からの実際の放熱量の近似値(以下、「近似放熱量」と称す)ωboおよびサポート部41a4からの実際の放熱量の近似値(以下、「近似放熱量」と称す)ωsoをそれぞれ算出している。式(28)および式(29)において、KIは積分制御等に用いられる積分係数と同様な係数である。また、AFMmtoはオブザーバによって算出された近似放熱量ωbo、ωsoを合計した値に基づいて下記式(30)により(すなわち、図15のマップにより)算出された値である。
したがって、オブザーバでは、エアフロメータ41の出力値AFMとオブザーバによって算出された近似放熱量ωbo、ωsoに基づいて算出されるエアフロメータ41の出力値(以下、「近似出力値」と称す)AFMmtoとの偏差(AFM−AFMmto)を時間的に累積する。この出力値AFMと近似出力値AFMmtoとの偏差の累積値は、実際のスロットル通過空気流量とスロットルモデルM10によって算出されたスロットル通過空気流量の推定値mtとの誤差に基づいて変化し、この誤差の絶対値が大きいほど上記偏差の累積値の絶対値が大きくなる。したがって、スロットルモデルM10によって算出されたスロットル通過空気流量の推定値mtに、出力値AFMとオブザーバによって算出された近似出力値AFMmtoとの偏差の累積値に係数KIを乗じた値を加算することで、実際のスロットル通過空気流量とスロットルモデルM10によって算出されたスロットル通過空気流量の推定値mtとの誤差を或る程度補償することができる。これにより、オブザーバでは、実際のスロットル通過空気流量とほぼ等しいスロットル通過空気流量に基づいて近似放熱量ωbo、ωsoが算出されるため、オブザーバによって算出された近似放熱量ωbo、ωsoはボビン部41a3およびサポート部41a4からの実際の放熱量とほぼ等しい値となっている。
Therefore, in the observer, the output value AFMmto of the
なお、上記オブザーバを内燃機関の制御装置に実装して、スロットル通過空気流量の推定値mtおよびエアフロメータ41の出力値AFMから近似放熱量ωbo、ωsoを算出するためには、式(28)および式(29)を離散化する必要がある。時刻t、計算間隔Δtを用いて式(28)および式(29)を離散化すると、それぞれ下記式(31)および式(32)が得られる。なお、式(31)および式(32)中のΔAFMINT(t)は、時刻tにおけるAFM(t)−AFMmto(t)の累積値であり、下記式(33)により表される。
このようにして実装されたオブザーバでは、時刻tにおけるボビン部41a3およびサポート部41a4からの近似放熱量ωbo(t)およびωso(t)、スロットルモデルM10の式(8)によって算出された時刻tにおけるスロットル通過空気流量の推定値mt(t)、時刻tにおけるエアフロメータ41の出力値AFM(t)、および時刻tにおいてオブザーバによって算出された近似出力値AFMmto(t)が式(31)、式(32)および式(33)に代入され、これにより時刻t+Δtにおける近似放熱量ωbo(t+Δt)およびωso(t+Δt)が算出される。そして、これら近似放熱量ωbo(t+Δt)およびωso(t+Δt)に基づいて式(30)により時刻t+Δtにおける近似出力値AFMmto(t+Δt)が算出され、この時刻t+Δtにおける近似出力値AFMmto(t+Δt)はその後の近似放熱量ωboおよびωsoの算出に利用される。そして、このような計算を繰り返すことによって、スロットル通過空気流量の推定値mt、エアフロメータ41の出力値AFMから、任意の時刻tにおける近似放熱量ωbo、ωsoが算出される。
In the observer implemented in this way, the approximate heat dissipation amounts ω bo (t) and ω so (t) from the bobbin portion 41a3 and the support portion 41a4 at time t, the time calculated by the equation (8) of the throttle model M10. The estimated value mt (t) of the air flow rate through the throttle at t, the output value AFM (t) of the
図19は、図18の時刻t0〜t1における流量に関するパラメータの推移を拡大して示したタイムチャートである。図19から分かるように、オブザーバによって算出された近似出力値AFMmto(図19中の短い破線)は、エアフロメータ41の出力値AFMとほぼ同様な値となっている。上述したように修正出力値AFMmteの算出にあたっては、スロットル弁開度θtがマップ領域Aに侵入したときに、すなわち時刻t0においてオブザーバによって算出されたボビン部41a3の近似放熱量ωboおよびサポート部41a4の近似放熱量ωsoが用いられる。したがって、修正出力値AFMmteの算出においては、遅れ放熱量ωbe、ωseの初期値、すなわち時刻t0における遅れ放熱量ωbe(t0)、ωse(t0)はオブザーバによって算出された時刻t0における近似放熱量ωbo(t0)、ωse(t0)とされる(ωbe(t0)=ωbo(t0)、ωse(t0)=ωso(t0))。このため、時刻t0における修正出力値AFMmteは、時刻t0におけるオブザーバの近似出力値AFMmtoと同一の値となる。
FIG. 19 is an enlarged time chart showing the transition of the parameter relating to the flow rate at times t 0 to t 1 in FIG. As can be seen from FIG. 19, the approximate output value AFMmto (short broken line in FIG. 19) calculated by the observer is substantially the same value as the output value AFM of the
そして、修正出力値AFMmteの算出に当たっては、遅れ放熱量ωbe、ωseの初期値、すなわち時刻t0における遅れ放熱量ωbe(t0)、ωse(t0)が算出された後に、上述した式(26)および式(27)によって時刻t0以降における遅れ放熱量ωbe(t)、ωse(t)が算出され、そしてこれら時刻t0以降の時刻tにおける遅れ放熱量ωbe(t)、ωse(t)に基づいて上記式(25)を用いて時刻t0以降の時刻tにおける修正出力値AFMmte(t)が算出される。このようにして算出された修正出力値AFMmteは図19に点線で示したように推移する。すなわち、修正出力値AFMmteは時刻t0においてはオブザーバによって算出された近似出力値AFMmtoと同一の値となっており、その後徐々にエアフロメータモデルM40によって算出された予想出力値AFMmtに近づくように推移する。 Then, when the calculation of the corrected output value AFMmte, delay heat dissipation omega BE, the initial value of omega se, i.e. lag heat radiation amount omega BE at time t 0 (t 0), after ω se (t 0) is calculated, above expression (26) and lag heat radiation amount at time t 0 after the equation (27) omega bE (t), omega se (t) is calculated, and delay the heat radiation amount omega bE in these time t 0 after the time t Based on (t) and ω se (t), the corrected output value AFMmte (t) at time t after time t 0 is calculated using the above equation (25). The corrected output value AFMmte calculated in this way changes as shown by a dotted line in FIG. That is, the corrected output value AFMmte is the same value as the approximate output value AFMmto calculated by the observer at time t 0 , and thereafter gradually shifts to the expected output value AFMmt calculated by the air flow meter model M40. To do.
このようにして算出された修正出力値AFMmteは、上述したようにスロットル弁開度θtがマップ領域Aに侵入する前のスロットル通過空気流量の推定値mtの影響が除去された値となっている。このため、マップ領域Aにおけるエアフロメータ41の出力値AFMと修正出力値AFMmteとの比は、マップ領域Aにおける実際のスロットル通過空気流量とスロットルモデルM10によって算出されたスロットル通過空気流量との比を比較的正確に示しており、すなわちマップ領域AにおけるスロットルモデルM10の流量係数μtの誤差率を示している。したがって、上記式(22)と同様に、エアフロメータ41の出力値AFMと修正出力値AFMmteとに基づいて下記式(34)により誤差率Errが算出される。
すなわち、誤差率Errは、スロットル弁開度θtが特定のマップ領域(図18、19に示した例ではマップ領域A)にある間に亘ってエアフロメータ41の出力値AFMを積分した値、すなわち時刻t0からt1に亘って出力値AFMを積分した値(図19中の面積S3+S4)を、スロットル弁開度θtが上記特定のマップ領域(図18、19に示した例ではマップ領域A)にある間に亘って修正出力値AFMmteを積分した値、すなわち修正出力値AFMmteを時刻t0からt1に亘って積分した値(図19中の面積S3)で除算した値((S3+S4)/S3)に等しい。このようにして算出された誤差率Errを上記特定のマップ領域(図18、19に示した例ではマップ領域A)の流量係数μtのマップ値に乗算することで、流量係数μtのマップ値が的確に修正される。
That is, the error rate Err is a value obtained by integrating the output value AFM of the
なお、上記実施形態では、スロットル弁開度θtがθt0〜θt1であるマップ領域Aに対応する流量係数μtのマップ値を修正する場合について示したが、他のマップ領域においても同様にそのマップ領域に対応する流量係数μtのマップ値が修正せしめられる。これにより、内燃機関の過渡運転中であっても各マップ領域に対応する流量係数μtのマップ値が的確に修正せしめられる。 In the above embodiment, the map value of the flow coefficient μt corresponding to the map area A where the throttle valve opening θt is θt 0 to θt 1 has been described. However, the same applies to other map areas as well. The map value of the flow coefficient μt corresponding to the map area is corrected. Thereby, even during the transient operation of the internal combustion engine, the map value of the flow coefficient μt corresponding to each map area can be corrected accurately.
ところで、上述したように、修正出力値AFMmteを用いることでスロットル弁開度θtがマップ領域Aに侵入する前のスロットル通過空気流量の推定値mtの影響が除去される。ところが、エアフロメータ41の出力値AFMもスロットル弁開度θtがマップ領域Aに侵入する前の実際のスロットル通過空気流量の影響を受けており、上述したように修正出力値AFMmteを用いたとしてもエアフロメータ41の出力値AFMから過去の実際のスロットル通過空気流量の影響を除去することができない。このため、上述したように、エアフロメータ41の出力値AFMと修正出力値AFMmteとに基づいて算出されたスロットルモデルM10の流量係数μtの誤差率は、実際の流量係数μtの誤差率に対して僅かに異なった値となる。
By the way, as described above, by using the corrected output value AFMmte, the influence of the estimated value mt of the throttle passage air flow before the throttle valve opening θt enters the map area A is removed. However, the output value AFM of the
そこで、上記実施形態の変更例では、エアフロメータ41の出力値AFMから過去の実際のスロットル通過空気流量の影響を除去することとしている。以下、エアフロメータ41の出力値AFMから過去の実際のスロットル通過空気流量の影響を除去してスロットルモデルM10の流量係数μtの誤差率を正確に算出する方法について説明する。
Therefore, in the modified example of the above embodiment, the influence of the past actual throttle passage air flow rate is removed from the output value AFM of the
ところで、一般に、エアフロメータ41等のセンサの応答は、初期値応答とゼロ応答とに分離することができる。ここで、初期値応答とは、或る時刻t以降の状態量がゼロであると仮定した場合における時刻t以降のセンサの出力値の推移であり、ゼロ応答とは、或る時刻tまで状態量がゼロであると仮定した場合における時刻t以降のセンサの出力値の推移である。
Incidentally, in general, the response of a sensor such as the
図20は、エアフロメータ41の出力値AFMについての初期値応答曲線とゼロ応答曲線とを示す図である。ここで、Φ1は時刻0を基準とした初期値応答曲線(破線)を示しており、時刻0以降に実際のスロットル通過空気流量がゼロであると仮定した場合におけるエアフロメータ41の出力値の推移を示している。また、Φ2は時刻0を基準としたゼロ応答曲線(一点鎖線)を示しており、時刻0までの実際のスロットル通過空気流量がゼロであると仮定した場合、すなわち時刻0からエアフロメータ41での計測が開始された場合におけるエアフロメータ41の出力値の推移を示している。
FIG. 20 is a diagram illustrating an initial value response curve and a zero response curve for the output value AFM of the
すなわち、初期値応答曲線は時刻0におけるエアフロメータ41の出力値に応じて、すなわち時刻0よりも前の実際のスロットル通過空気流量に応じて変化するのに対して、ゼロ応答曲線は時刻0以降における実際のスロットル通過空気流量に応じて変化する。そして、時刻0以降の各時刻tにおけるエアフロメータ41の出力値AFM(t)は、初期値応答曲線の時刻tにおける値Φ1(t)とゼロ応答曲線の時刻tにおける値Φ2(t)とを合計した値に等しい(AFM(t)=Φ1(t)+Φ2(t))。そして、このようなエアフロメータ41の出力値AFMと、初期値応答曲線の各時刻における値Φ1と、ゼロ応答曲線の各時刻における値Φ2との関係は、基準となる時刻(図20に示した例では時刻0)を如何なる時刻にしても成立する。
That is, the initial value response curve changes according to the output value of the
上述したようにゼロ応答曲線は所定時刻以降における実際のスロットル通過空気流量に応じて変化するため、特定のマップ領域に侵入した時刻を基準としたエアフロメータ41の出力値AFMのゼロ応答曲線からは、その特定のマップ領域に侵入する前の実際のスロットル通過空気流量の影響が除去されている。したがって、斯かるゼロ応答曲線を求め、これと修正出力値AFMmteについてのゼロ応答曲線(正確には、修正出力値AFMmteについてのゼロ応答曲線に対応する曲線)とを後述するように比較することにより、上記特定のマップ領域に侵入する前の実際のスロットル通過空気流量の影響を除去して、流量係数μの誤差率を的確に算出することができる。
As described above, the zero response curve changes in accordance with the actual throttle passage air flow rate after a predetermined time. Therefore, from the zero response curve of the output value AFM of the
ただし、時刻t0を基準としたゼロ応答を算出するのは困難であることから、本実施形態では、エアフロメータ41の出力値AFMから時刻t0を基準とした初期値応答曲線の各時刻における値Φ1を減算することでゼロ応答を算出することとしている(Φ2(t)=AFM(t)−Φ1(t))。
However, since it is difficult to calculate the zero response based on the time t 0 , in this embodiment, the initial value response curve based on the time t 0 from the output value AFM of the
ここで、時刻t0を基準とした初期値応答曲線の各時刻における値Φ1の算出方法について説明する。上述したように初期値応答曲線の各時刻における値Φ1は、時刻t0以降に実際のスロットル通過空気流量がゼロであると仮定した場合におけるエアフロメータ41の出力値の推移を示しているため、上記式(13)および式(14)のスロットル通過空気流量の推定値mtをゼロとすることにより求めることができる。すなわち、初期値応答曲線についての放熱量ωbi、ωsiは下記式(35)および式(36)により表される。この場合、時刻t0における放熱量ωbi(t0)、ωsi(t0)は、時刻t0における実際の放熱量の近似値である近似放熱量ωbo(t0)、ωso(t0)が用いられる。
そして、式(35)、(36)により算出された放熱量ωbi、ωsiに基づいて、式(37)により図15に示したマップと同様なマップから初期値応答曲線の各時刻における値Φ1が算出される。なお、式(35)および式(36)は、ECU31で処理するために離散化されて用いられる。
このようにして算出された時刻t0を基準とした初期値応答曲線の各時刻における値Φ1をエアフロメータ41の出力値AFMから減算することにより、エアフロメータ41の出力値についての時刻t0を基準としたゼロ応答曲線の各時刻における値Φ2が算出される。
By subtracting the value Φ 1 at each time of the initial value response curve based on the time t 0 calculated in this way from the output value AFM of the
また、修正出力値AFMmteも時刻t0において近似放熱量ωbo、ωsoを利用しているため、修正出力値AFMmteから上述した初期値応答曲線の各時刻における値Φ1を減算することにより、修正出力値AFMmteについてのゼロ応答曲線の各時刻における値が算出される。このため、本実施形態では、スロットルモデルM10の流量係数μtの誤差率Errを算出するにあたって、エアフロメータ41の出力値AFMと、修正出力値AFMmteと、エアフロメータ41の出力値についての時刻t0を基準とした初期値応答曲線の各時刻における値Φ1とを用いて下記式(38)により算出される。
このように、流量係数μtの誤差率を算出するにあたって、修正出力値AFMmteを用いることにより、エアフロメータモデルM40によって算出された予想出力値AFMmtに存在する過去のスロットル通過空気流量の推定値mtの影響が除去され、すなわち所定時間前のスロットル通過空気流量の影響で予想出力値AFMmtに含まれている成分を予想出力値AFMmtから除去される。さらに、エアフロメータ41の出力値AFMおよび修正出力値AFMmteから初期値応答曲線の各時刻における値Φ1を減算することにより、エアフロメータ41の出力値AFM等に存在する過去の実際のスロットル通過空気流量の影響が除去され、すなわち所定時間前のスロットル通過空気流量の影響でエアフロメータの出力値AFMに含まれている成分をこのエアフロメータの出力値から除去することができる。
Thus, in calculating the error rate of the flow coefficient μt, by using the corrected output value AFMmt, the estimated value mt of the past throttle passage air flow rate existing in the expected output value AFMmt calculated by the air flow meter model M40 is obtained. The influence is removed, that is, the component included in the expected output value AFMmt is removed from the expected output value AFMmt due to the influence of the air flow rate through the throttle before a predetermined time. Further, by subtracting the value Φ 1 at each time of the initial value response curve from the output value AFM and the corrected output value AFMmte of the
このため、上記式(38)により算出された誤差率Errはスロットル弁開度θtが所定のマップ領域内にあるときの実際のスロットル通過空気流量およびスロットルモデルM10によって算出されたスロットル通過空気流量の推定値に基づいて算出されることになるため、スロットル弁開度θtが所定のマップ領域内にあるときの流量係数の誤差率を正確に算出することができる。 For this reason, the error rate Err calculated by the above equation (38) is the actual throttle passing air flow rate when the throttle valve opening θt is within the predetermined map region and the throttle passing air flow rate calculated by the throttle model M10. Since the calculation is based on the estimated value, the error rate of the flow coefficient when the throttle valve opening degree θt is within a predetermined map region can be accurately calculated.
次に、吸気弁モデルM30の修正操作について説明する。上述したように、吸気弁モデルM30の式(7)において用いられる値aは比例係数であり、また値bは燃焼室5内に残存していた既燃ガスを表す値である。これら値a、bは、機関回転数NE、吸気弁の位相角および作用角(以下では、吸気弁の開弁時期VVTを例にとって説明する)に応じて変化する。このため、機関回転数NEおよび吸気弁の開弁時期VVTとこれら値a、bとの関係を予め実験的にまたは計算により算出し、図21(a)および図21(b)に示したようにマップとしてECU31に保存すると共に、吸気弁モデルM30において上記式(7)の計算をするにあたってはクランク角センサ47によって検出された機関回転数NEおよび吸気弁制御装置13への吸気弁開弁時期VVTを用いて上記マップによりこれら値a、bを算出している。なお、図21(a)は値aのマップを、図21(b)は値bのマップをそれぞれ示しており、図中のx軸は機関回転数NEを、y軸は吸気弁開弁時期VVT(y軸が大きくなるほど進角)をそれぞれ示している。
Next, the correction operation of the intake valve model M30 will be described. As described above, the value a used in the equation (7) of the intake valve model M30 is a proportional coefficient, and the value b is a value representing burned gas remaining in the
ところが、これら値a、bには、上述したように使用による特性の変化や製作公差によるばらつきなどにより誤差が生じる場合がある。このように、値a、bに誤差が生じている場合には、吸気弁モデルM30のモデル化誤差を補償するためにこれら値a、bのマップ値を修正していく必要がある。ここで、本実施形態では、値a、bは、機関運転領域毎に定められている。図21に示した例では、値a、bは、マップ領域(例えば、図21中の斜線部分が一つのマップ領域を表している)毎に、すなわち一定間隔の機関回転数毎および一定間隔の吸気弁開弁時期毎に定められている。したがって値a、bの修正は、各マップ領域毎に行われなければならない。 However, errors may occur in these values a and b due to changes in characteristics due to use and variations due to manufacturing tolerances as described above. As described above, when there is an error in the values a and b, it is necessary to correct the map values of the values a and b in order to compensate for the modeling error of the intake valve model M30. Here, in the present embodiment, the values a and b are determined for each engine operation region. In the example shown in FIG. 21, the values a and b are set for each map area (for example, the hatched portion in FIG. 21 represents one map area), that is, for each engine speed at regular intervals and at regular intervals. It is determined for each intake valve opening timing. Therefore, the correction of the values a and b must be performed for each map area.
そこで、本実施形態では、吸気弁モデルM30の式(11)で用いられる値a、bをマップ領域毎に修正することとしている。以下では、例として、機関回転数NEおよび吸気弁開弁時期VVTがマップ領域B(すなわち、機関回転数NEがNE1からNE2の間であって且つ吸気弁開弁時期VVTがVVT1からVVT2の間であるマップ領域)にある場合における値a、bのマップ値aij、bijの修正方法について説明する。 Therefore, in this embodiment, the values a and b used in the equation (11) of the intake valve model M30 are corrected for each map area. In the following, as an example, the engine speed NE and the intake valve opening timing VVT are in the map region B (that is, the engine speed NE is between NE 1 and NE 2 and the intake valve opening timing VVT is from VVT 1. A method of correcting the map values a ij and b ij of the values a and b in the case of the map area between VVT 2 will be described.
図22は、内燃機関の運転中における吸気管内圧力Pm、機関回転数NEおよび吸気弁開弁時期VVTのタイムチャートである。図示した例では、時刻t0以降において機関回転数NEがNE0以上となっており、また時刻t1以降において機関回転数NEがNE1以上となっている。すなわち、機関回転数NEは時刻t0から時刻t1までに亘ってNE0とNE1との間の値となっており、それ以外の時刻においてはNE0とNE1との間の値となっていない。一方、吸気弁開弁時期VVTは時刻t0から時刻t1までに亘ってVVT1とVVT2との間の値となっている。 FIG. 22 is a time chart of the intake pipe pressure Pm, the engine speed NE, and the intake valve opening timing VVT during operation of the internal combustion engine. In the illustrated example, the engine speed NE at time t 0 later has a NE 0 or more, and the time t 1 the engine rotational speed in the subsequent NE has become NE 1 or more. That is, the engine speed NE has a value between NE 0 and NE 1 over from time t 0 to time t 1, and the value between NE 0 and NE 1 in other time is not. On the other hand, the intake valve opening timing VVT is a value between VVT 1 and VVT 2 from time t 0 to time t 1 .
したがって、機関回転数NEおよび吸気弁開弁時期VVTの値は、時刻t0以前はマップ領域B内にはなく、時刻t0においてマップ領域Bに侵入すると共に時刻t0から時刻t1までに亘ってマップ領域B内にある。その後、時刻t1においてマップ領域Bから離脱して、時刻t1以降はマップ領域B内にはない。そして、機関回転数NEおよび吸気弁開弁時期VVTの値がマップ領域B内にあるとき、すなわち時刻t0から時刻t1までの間において、吸気弁モデルM30ではマップ領域Bに対応した値aij、bijが用いられる。 Therefore, the value of the engine rotational speed NE and the intake valve opening timing VVT, the time t 0 before rather than in the map region B, at time t 0 from time t 0 with entering the map area B to time t 1 Within the map area B. Then detached from the map area B at time t 1, after time t 1 is not in the map area B. When the values of the engine speed NE and the intake valve opening timing VVT are within the map area B, that is, from time t 0 to time t 1 , the value a corresponding to the map area B in the intake valve model M30. ij and bij are used.
ここで、上記式(6)について再び考えると、式(6)の左辺は吸気管部分23の気体の内部エネルギの時間的変化量を表しており、式(6)の右辺のCp・mt・Taは吸気管部分23に流入する気体のエネルギを、Cp・mc・Tmは吸気管部分23から流出した気体のエネルギをそれぞれ表している。ここで、吸気管部分23における気体の状態方程式(Pm・Vm=M・R・Tm)を考慮すると、式(6)の左辺は下記式(39)のように表せる。
したがって、時刻t0から時刻t1までの間の内部エネルギの変化量は下記式(40)のように表せる。特に、吸気管内圧力センサ40により実際の吸気管内圧力Pmrが検出されているため、式(40)において実際の吸気管内圧力Pmrを用いることによって、時刻t0から時刻t1までの間の実際の内部エネルギの変化量を正確に算出することができる。なお、式(40)においてPmr(t0)は時刻t0における実際の吸気管内圧力を、Pmr(t1)は時刻t1における実際の吸気管内圧力をそれぞれ示している。
一方、吸気管部分23に流入する気体のエネルギ(すなわち、式(6)の左辺のCp・mt・Ta)に関しては、上述したようにスロットルモデルM10の流量係数μtのマップ値が逐次修正されるため、スロットルモデルM10の流量係数μtは適切な値となっている。したがって、スロットルモデルM10の式(1)の吸気管内圧力Pmとして吸気管内圧力センサ40によって検出された実際の吸気管内圧力Pmrを用いると、吸気管部分23に流入する気体のエネルギを正確に算出することができる。特に、時刻t0から時刻t1までに吸気管部分23に流入する気体のエネルギは下記式(41)により算出することができる。
このように時刻t0から時刻t1までの間の内部エネルギの変化量が上記式(40)で、時刻t0から時刻t1までに吸気管部分23に流入する気体のエネルギが上記式(41)でそれぞれ正確に算出されることから、式(41)から式(40)を減算した下記式(42)により時刻t0から時刻t1までに吸気管部分23から流出した気体のエネルギを正確に算出することができる。
ここで、上述したように吸気管部分23から流出した気体のエネルギをCp・mc・Tmで表すことができ、またこのmcとして吸気弁モデルM30によって算出された筒内吸入空気流量mc(すなわち、式(7))を用いると、時刻t0から時刻t1までに吸気管部分23から流出した気体のエネルギは下記式(43)のように表せる。そして、式(42)及び式(43)はいずれも吸気管部分23から流出した気体のエネルギを表しているため、本来であればこれら式によって算出された値は一致するはずである。
ところが、吸気弁モデルM30のモデル式(7)に誤差があると、式(42)と式(43)とによって算出された値は一致しない。特に上記式(43)では吸気管内圧力として吸気管内圧力センサ40により検出された実際の吸気管内圧力Pmrが用いられていることを考慮すると、式(42)と式(43)とが一致しない場合は式(7)で用いられる値a、bのマップ値に誤差がある場合であると考えられる。
However, if there is an error in the model equation (7) of the intake valve model M30, the values calculated by the equations (42) and (43) do not match. In particular, in the above formula (43), when the actual intake pipe pressure Pmr detected by the intake
そこで、本実施形態では、実際の筒内吸入空気流量に対する吸気弁モデルM30によって算出された筒内吸入空気流量mcの誤差率(実際の筒内吸入空気流量/吸気弁モデルM30によって算出された筒内吸入空気流量)をαとする。この誤差率αを式(43)に乗算して算出された値と式(42)によって算出された値は等しくなるため、下記式(44)が成立する。そして、式(44)を誤差率αについて解くと、誤差率αは下記式(45)のように表せる。
このようにして算出された誤差率αは、機関回転数NEおよび吸気弁開弁時期VVTがマップ領域Bにある場合における実際の筒内吸入空気流量と吸気弁モデルM30によって算出された筒内吸入空気流量の推定値mcとの誤差率を表している。そして、この筒内吸入空気流量における誤差を補償するためには、本実施形態では、マップ領域Bに対応するマップ値aij、bijに誤差率αを乗算したものを新たな値a、bのマップ領域Bにおけるマップ値aij、bijとすることとしている(aij=α・aij、bij=α・bij)。このように吸気弁モデルM30の式(7)に用いられる値a、bのマップ値を修正することにより、吸気弁モデルM30によって算出される筒内吸入空気流量の推定値mcを実際の筒内吸入空気流量とほぼ等しい値とすることができる。 The error rate α thus calculated is the in-cylinder intake calculated by the actual in-cylinder intake air flow rate and the intake valve model M30 when the engine speed NE and the intake valve opening timing VVT are in the map region B. The error rate with respect to the estimated value mc of the air flow rate is represented. In order to compensate for the error in the in-cylinder intake air flow rate, in this embodiment, the map values a ij and b ij corresponding to the map area B are multiplied by the error rate α to obtain new values a and b. The map values a ij and b ij in the map area B are set as (a ij = α · a ij , b ij = α · b ij ). In this way, by correcting the map values of the values a and b used in the equation (7) of the intake valve model M30, the estimated value mc of the in-cylinder intake air flow rate calculated by the intake valve model M30 is changed to the actual in-cylinder The value can be approximately equal to the intake air flow rate.
このように、本実施形態では、機関運転状態(例えば、機関回転数NEおよび吸気弁開弁時期VVT等)が特定の機関運転領域(例えば、上記マップ領域B)に侵入してから離脱するまでに吸気管部分23から流出した気体のエネルギの実際の値(すなわち、吸気管部分23のエネルギ保存則を用いて算出された値)と、斯かる気体のエネルギの吸気弁モデルM30を用いて算出された値とが求められ、実際の値と吸気弁モデルM30を用いて算出された値との比率に基づいて上記特定の機関運転領域に対応する値a、bのマップ値を修正することにより、内燃機関が過渡運転を行っている場合であっても値a、bのマップ値を的確に修正することができる。 As described above, in this embodiment, the engine operating state (for example, the engine speed NE and the intake valve opening timing VVT) enters the specific engine operating region (for example, the map region B) and then leaves. The actual value of the energy of the gas flowing out from the intake pipe portion 23 (that is, the value calculated using the energy conservation law of the intake pipe portion 23) and the intake valve model M30 of such gas energy are calculated. By correcting the map values of the values a and b corresponding to the specific engine operating region based on the ratio between the actual value and the value calculated using the intake valve model M30. Even when the internal combustion engine is performing transient operation, the map values of the values a and b can be corrected accurately.
ここで、吸気管モデルM20によって算出された吸気管内圧力の推定値Pmは所定時間前に吸気弁モデルM30によって算出された筒内吸入空気流量の推定値mcを用いて算出されている。このため、例えば吸気管内圧力の実測値と吸気弁モデルM30によって算出された筒内吸入空気流量の推定値mcを用いて吸気管モデルM20によって算出された吸気管内圧力の推定値との偏差に基づいて値a、bのマップ値を修正しようとすると、吸気管内圧力の実測値が現在の実際の筒内吸入空気流量に対応した値であるのに対して吸気管モデルM20によって算出された吸気管内圧力の推定値は吸気弁モデルM30によって算出された過去の筒内吸入空気流量の推定値mcに対応した値となっているため、内燃機関が定常運転を行っているときには比較的的確に吸気弁モデルを修正することができるが、内燃機関が過渡運転を行っているときには的確に吸気弁モデルを修正することができない。 Here, the estimated value Pm of the intake pipe pressure calculated by the intake pipe model M20 is calculated using the estimated value mc of the in-cylinder intake air flow rate calculated by the intake valve model M30 a predetermined time ago. Therefore, for example, based on the deviation between the actual value of the intake pipe pressure and the estimated value of the intake pipe pressure calculated by the intake pipe model M20 using the estimated value mc of the in-cylinder intake air flow rate calculated by the intake valve model M30. If the map values of the values a and b are to be corrected, the actual measured value of the intake pipe pressure is a value corresponding to the current actual in-cylinder intake air flow rate, whereas the intake pipe model M20 calculates the intake pipe internal pressure. Since the estimated value of the pressure is a value corresponding to the estimated value mc of the in-cylinder intake air flow rate calculated by the intake valve model M30, the intake valve is relatively accurately obtained when the internal combustion engine is in steady operation. Although the model can be corrected, the intake valve model cannot be corrected accurately when the internal combustion engine is in transient operation.
一方、本実施形態では、機関運転状態(例えば、機関回転数NEおよび吸気弁開弁時期VVT等)が特定の機関運転領域(例えば、上記マップ領域B)に侵入してから離脱するまでに吸気管部分23から流出した気体のエネルギの実際の値(すなわち、吸気管部分23のエネルギ保存則を用いて算出された値)と、斯かる気体のエネルギの吸気弁モデルM30を用いて算出された値とを比較し、これら値が一致するように値a、bのマップ値を修正するようにしている。このように機関運転状態が特定の機関運転領域にある間に吸気管部分23から流出した気体のエネルギの総量同士を比較することにより、すなわち斯かる間の単位時間当たりのエネルギ流出量の積分値同士を比較することにより、内燃機関が過渡運転を行っている場合であっても、この特定の機関運転領域に対応する値a、bのマップ値を的確に修正することができるようになる。
On the other hand, in the present embodiment, the intake air is discharged after the engine operating state (for example, the engine speed NE and the intake valve opening timing VVT) enters a specific engine operating region (for example, the map region B) and then leaves. The actual value of the energy of the gas flowing out from the pipe part 23 (that is, the value calculated using the energy conservation law of the intake pipe part 23) and the intake valve model M30 of the energy of such gas were calculated. The values are compared with each other, and the map values of the values a and b are corrected so that these values match. In this way, by comparing the total amount of energy of the gas flowing out from the
次に、上記式(45)を内燃機関の制御装置に実装して、実際にスロットル通過空気流量の推定値mtおよび吸気管内圧力Pmの実測値から誤差率αを算出する場合について説明する。ECU31では式(45)中の積分項をそのまま算出することはできない。このため、式(45)中のスロットル通過空気流量の推定値mtについての積分項は時刻t、計算間隔Δtを用いて離散化された下記式(46)によって算出され、吸気管内圧力Pmについての積分項は時刻t、計算間隔Δtを用いて離散化された下記式(47)によって算出される。
そして、スロットル通過空気流量の推定値mtについての積分項に関しては、時刻tにおけるスロットル通過空気流量の推定値mt(t)が式(46)に代入され、これにより時刻tにおけるスロットル通過空気流量の推定値mtについての積分項の値mtint(t)が算出される。また、吸気管内圧力Pmについての積分項に関しては、時刻tにおける吸気管内圧力Pm(t)が式(47)に代入され、これにより時刻tにおける吸気管内圧力Pmについての積分項の値hint(t)が算出される。なお、いずれの積分項の算出にあたっても、機関回転数NEおよび吸気弁開弁時期VVTが対象となるマップ領域に侵入したとき、すなわち時刻t0におけるスロットル通過空気流量の推定値mt(t0)および吸気管内圧力Pm(t0)を初期値として上記式(46)および式(47)の計算が行われる。 Then, regarding the integral term for the estimated value mt of the throttle passing air flow rate, the estimated value mt (t) of the throttle passing air flow rate at time t is substituted into the equation (46), whereby the throttle passing air flow rate at time t is An integral term value mtint (t) for the estimated value mt is calculated. As for the integral term for the intake pipe internal pressure Pm, the intake pipe internal pressure Pm (t) at time t is substituted into the equation (47), whereby the integral term value hint (t) for the intake pipe internal pressure Pm at time t is obtained. ) Is calculated. In calculating any integral term, when the engine speed NE and the intake valve opening timing VVT enter the target map region, that is, the estimated value mt (t 0 ) of the throttle passage air flow at time t 0 . Further, the above equations (46) and (47) are calculated using the intake pipe pressure Pm (t 0 ) as an initial value.
そして、式(45)による誤差率αの算出は、機関回転数NEおよび吸気弁開弁時期VVTが対象となるマップ領域から離脱した後、すなわち時刻t1以降に行われる。式(46)についての初期値が時刻t0におけるスロットル通過空気流量の推定値mt(t0)であることから、時刻t1におけるスロットル通過空気流量の推定値mtについての積分項の値mtint(t1)は時刻t0から時刻t1までのmtの積分値を表しており、また、式(47)についての初期値が時刻t0における吸気管内圧力Pm(t0)であることから、時刻t1における吸気管内圧力Pmについての積分項の値hint(t1)は時刻t0から時刻t1までのa・Pm+bの積分値を表している。このため、上記マップ領域における誤差率αは下記式(48)により算出せしめられる。
ところで、上記説明では、吸気管内圧力センサ40によって実測された吸気管内圧力を用いて式(45)により誤差率αを算出することとしている。ところが、実際の吸気管部分23内の圧力は吸気脈動により大きく変動しており、吸気管内圧力センサ40によって実測される吸気管内圧力も図23に実線で示したように大きく変動する。一方、上述した吸気管モデルM20や吸気弁モデルM30では、吸気管部分23内に生じる圧力脈動を無視して吸気管部分23内の実際の圧力の1サイクル(本実施形態では、クランク角720°)当たりの平均値(以下、「サイクル間平均値」と称す。)を吸気管内圧力Pmとして用いている。また、吸気管内圧力センサ40の出力にはノイズが含まれてしまうことも多い。
By the way, in the above description, the error rate α is calculated by the equation (45) using the intake pipe pressure actually measured by the intake
このため、吸気管内圧力センサ40によって実測された時刻t0および時刻t1における吸気管内圧力Pm(t0)およびPm(t1)を直接用いて誤差率αを算出すると、すなわち機関回転数NEおよび吸気弁開弁時期VVTが或るマップ領域に侵入した時およびこのマップ領域から離脱した時に吸気管内圧力センサ40によって実測された吸気管内圧力Pmrを直接用いて誤差率αを算出すると、算出された誤差率αの値が不正確なものになってしまう場合がある。
Therefore, when the error rate α is calculated directly using the intake pipe pressures Pm (t 0 ) and Pm (t 1 ) at time t 0 and time t 1 measured by the intake
そこで、本実施形態では、上述したように吸気管内圧力センサ40によって実測された吸気管内圧力Pmを直接用いて誤差率αを算出せずに、吸気管内圧力センサ40によって実測された吸気管内圧力のサイクル間平均値(図23中の破線)を用いて誤差率αを算出することとしている。すなわち、機関回転数NEおよび吸気弁開弁時期VVTが或るマップ領域に侵入した時を含むサイクルにおいて吸気管内圧力センサ40によって実測された吸気管内圧力のサイクル間平均値をこのマップ侵入時の吸気管内圧力Pmrとして用い、このマップ領域から離脱した時を含むサイクルにおいて吸気管内圧力センサ40によって実測された吸気管内圧力のサイクル間平均値をこのマップ離脱時の吸気管内圧力Pmrとして用いて、上記式(45)により誤差率αを算出する。
Therefore, in the present embodiment, as described above, the intake pipe pressure Pm actually measured by the intake
このように、式(45)に用いる吸気管内圧力Pmrとして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のサイクル間平均値を用いることにより、式(45)に入力される吸気管内圧力Pmrが、吸気管モデルM20や吸気弁モデルM30で用いられている吸気管内圧力Pmと同様に、吸気管部分23内に生じる圧力脈動の影響を排除した値となっており、よって式(45)によって正確に誤差率αを算出することができるようになる。また、誤差率αを算出するにあたって吸気管内圧力センサ40の出力に含まれているノイズの影響を抑制することができる。
As described above, by using the average value between the cycles of the intake pipe pressure detected by the intake
次に、上記実施形態の変更例について説明する。上記実施形態では、誤差率αを算出した後、この誤差率αを値aおよび値bに乗算して値a、bの両マップ値を同じ割合で修正している。しかしながら、値aおよび値bの両マップ値に必ずしも同程度の誤差が生じている場合ばかりではなく、値aのみの誤差が大きい場合や値bのみの誤差が大きい場合も存在する。したがって、値aおよび値bのマップ値を正確に修正するためには、値aおよび値bを同率で修正せずに、値aおよび値bを別々に修正する必要がある。 Next, a modified example of the above embodiment will be described. In the above embodiment, after calculating the error rate α, the value a and the value b are multiplied by the error rate α, and both map values a and b are corrected at the same rate. However, there are cases where the error of only the value a is large or the error of only the value b is large, as well as a case where an error of the same degree is not necessarily generated in both the map values of the value a and the value b. Therefore, in order to correct the map value of the value a and the value b accurately, it is necessary to correct the value a and the value b separately without correcting the value a and the value b at the same rate.
そこで、本変更例では、上述したように算出された誤差率αに基づいて値aおよび値bを別々に修正することとしている。本変更例では、まず、機関回転数NEおよび吸気弁開弁時期VVTが或るマップ領域にある場合において、上記式(45)に基づいて誤差率αを算出すると共に、誤差率αの算出における積分期間、すなわち機関回転数NEおよび吸気弁開弁時期VVTが上記マップ領域にある期間中における吸気管内圧力Pmの平均値Pmaveを算出する。便宜上、このようにして算出された誤差率および吸気管内圧力の平均値をそれぞれα1、Pm1とする。その後、再び機関回転数NEおよび吸気弁開弁時期VVTが上記マップ領域にある場合において、上述したように誤差率αと吸気管内圧力の平均値Pmaveを算出する。便宜上、このようにして算出された誤差率および吸気管内圧力の平均値をそれぞれα2、Pm2とする。 Therefore, in this modification, the value a and the value b are separately corrected based on the error rate α calculated as described above. In this modified example, first, when the engine speed NE and the intake valve opening timing VVT are in a certain map region, the error rate α is calculated based on the above equation (45), and the error rate α is calculated. An average value Pmave of the intake pipe pressure Pm during an integration period, that is, a period in which the engine speed NE and the intake valve opening timing VVT are in the map region is calculated. For convenience, the error rate and the average value of the intake pipe pressure calculated in this way are α 1 and Pm 1 , respectively. Thereafter, when the engine speed NE and the intake valve opening timing VVT are again in the map region, the error rate α and the average value Pmave of the intake pipe pressure are calculated as described above. For convenience, the error rate and the average value of the intake pipe pressure calculated in this way are α 2 and Pm 2 , respectively.
図24は、機関回転数NEおよび吸気弁開弁時期VVTが上記マップ領域にある場合における吸気管内圧力Pmと筒内吸入空気流量mcとの関係を示した図である。値a、bのマップ値が修正される前に吸気弁モデルM30によって算出される筒内吸入空気流量mcと吸気管内圧力Pmとの関係は、例えば、図24に実線で示された関係になっている。 FIG. 24 is a diagram showing the relationship between the intake pipe pressure Pm and the cylinder intake air flow rate mc when the engine speed NE and the intake valve opening timing VVT are in the map region. The relationship between the in-cylinder intake air flow rate mc and the intake pipe pressure Pm calculated by the intake valve model M30 before the map values of the values a and b are corrected is, for example, the relationship indicated by the solid line in FIG. ing.
ここで、上述したようにして算出された誤差率α1および吸気管内圧力Pm1を用いて算出されたα1(a・Pm1+b)は吸気管内圧力がPm1であるときの実際の筒内吸入空気流量を正確に表しており、また、誤差率α2および吸気管内圧力Pm2を用いて算出されたα2(a・Pm2+b)は吸気管内圧力がPm2であるときの実際の筒内吸入空気流量を正確に表している。このことから、点(Pm1、α1(a・Pm1+b))および点(Pm2、α2(a・Pm2+b))の二点を通る直線(図24中の破線)は、吸気管内圧力と実際の筒内吸入空気流量との関係を比較的正確に表していると考えられる。 Here, α 1 (a · Pm 1 + b) calculated using the error rate α 1 calculated as described above and the intake pipe pressure Pm 1 is the actual cylinder when the intake pipe pressure is Pm 1. The internal intake air flow rate is accurately represented, and α 2 (a · Pm 2 + b) calculated using the error rate α 2 and the intake pipe pressure Pm 2 is an actual value when the intake pipe pressure is Pm 2. This accurately represents the in-cylinder intake air flow rate. From this, a straight line (broken line in FIG. 24) passing through the two points of the point (Pm 1 , α 1 (a · Pm 1 + b)) and the point (Pm 2 , α 2 (a · Pm 2 + b)) is It is considered that the relationship between the intake pipe pressure and the actual in-cylinder intake air flow rate is expressed relatively accurately.
したがって、値a、bのマップ値を修正することで吸気管内圧力Pmと吸気弁モデルM30によって算出される筒内吸入空気流量mcとの関係を、上記二点を通る直線とすることで、吸気弁モデルM30によって算出される筒内吸入空気流量の推定値mcを実際の筒内吸入空気流量とほぼ等しい値にすることができる。 Therefore, by correcting the map values of the values a and b, the relationship between the intake pipe pressure Pm and the in-cylinder intake air flow rate mc calculated by the intake valve model M30 is a straight line passing through the above two points, so that the intake air The estimated value mc of the in-cylinder intake air flow rate calculated by the valve model M30 can be set to a value substantially equal to the actual in-cylinder intake air flow rate.
そこで、本実施形態では、上述した誤差率α1、α2および吸気管内圧力Pm1、Pm2を用いることで、値a、bのマップ値を下記式(49)、(50)により修正することとしている。なお、式(49)、(50)において、値a’および値b’はそれぞれ修正後のマップ値を示している。
このように値a、bのマップ値を修正することで、修正後の値a’および値b’のマップ値を用いた吸気弁モデルM30によって算出される筒内吸入空気流量mcは実際の筒内空乳空気流量とほぼ等しい値となっている。したがって、本変更例によれば、値aおよび値bのマップ値を別々に修正することができ、これにより値aおよび値bのマップ値を正確に修正することができるようになる。 By correcting the map values of the values a and b in this manner, the cylinder intake air flow rate mc calculated by the intake valve model M30 using the map values of the corrected values a ′ and b ′ is the actual cylinder. The value is almost equal to the internal milk air flow rate. Therefore, according to this modified example, the map values of the value a and the value b can be corrected separately, whereby the map values of the value a and the value b can be corrected accurately.
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
14 吸気枝管
15 サージタンク
16 吸気管
19 スロットル弁
23 吸気管部分
DESCRIPTION OF
Claims (2)
筒内吸入空気流量を用いて吸気管モデル計算式によって吸気管内圧力の推定値を算出する吸気管内圧力推定手段と、
実際の吸気管内圧力を検出する吸気管内圧力検出手段と、
内燃機関が過渡運転を行っているときに、上記吸気管内圧力推定手段によって算出された吸気管内圧力の推定値と上記吸気管内圧力検出手段によって検出された実際の吸気管内圧力とに基づいて上記吸気弁モデル計算式を修正する修正手段とを具備し、
上記吸気弁モデル計算式には機関運転領域毎に定められたマップ値が用いられ、
上記修正手段は、機関運転状態が特定の機関運転領域に侵入したときの実際の吸気管内圧力と機関運転状態が上記特定の機関運転領域を離脱したときの実際の吸気管内圧力との間の偏差と、機関運転状態が上記特定の機関運転領域に侵入したときの吸気管内圧力の推定値と機関運転状態が上記特定の機関運転領域を離脱したときの吸気管内圧力の推定値との間の偏差とに基づいて上記特定の機関運転領域に対応するマップ値を修正することによって吸気弁モデル計算式を修正する、内燃機関の吸入空気量推定装置。 The intake air of the internal combustion engine that calculates the cylinder charge air amount using the estimated value of the cylinder intake air flow rate calculated by the intake valve model calculation formula that calculates the estimated value of the cylinder intake air flow rate using the intake pipe internal pressure In the quantity estimation device,
An intake pipe pressure estimating means for calculating an estimated value of the intake pipe pressure by an intake pipe model calculation formula using a cylinder intake air flow rate;
Intake pipe pressure detection means for detecting the actual intake pipe pressure,
When the internal combustion engine is in a transient operation, the intake air pressure is calculated based on the estimated value of the intake pipe pressure calculated by the intake pipe pressure estimation means and the actual intake pipe pressure detected by the intake pipe pressure detection means. Correction means for correcting the valve model calculation formula,
The intake valve model calculation formula uses a map value determined for each engine operating region,
The correction means includes a deviation between an actual intake pipe pressure when the engine operating state enters a specific engine operating region and an actual intake pipe pressure when the engine operating state leaves the specific engine operating region. Between the estimated value of the intake pipe pressure when the engine operating state enters the specific engine operating region and the estimated value of the intake pipe pressure when the engine operating state leaves the specific engine operating region An intake air amount estimation device for an internal combustion engine that corrects an intake valve model calculation formula by correcting a map value corresponding to the specific engine operation region based on the above.
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