JP4457954B2 - Valve opening calculation device, valve control device, and valve opening calculation method - Google Patents
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Description
本発明は、バルブの開度からバルブの開口面積を求め、或いは、バルブの開口面積からバルブの開度を求める技術に関する。 The present invention relates to a technique for obtaining an opening area of a valve from the opening degree of the valve or obtaining an opening degree of the valve from the opening area of the valve.
特許文献1には、内燃機関のアイドル運転時に、機関回転速度が目標アイドル回転速度に近づくように、スロットルバルブの開度をフィードバック制御すると共に、前記フィードバックによる補正分を、吸気系の汚れや詰まりによる経時的な開口面積の減少変化分として学習するアイドル回転制御装置が開示されている。
ところで、従来では、スロットルバルブの開度とスロットルバルブの開口面積との相関を、前記フィードバック補正分に基づくオフセット値で補正していた。 Conventionally, the correlation between the opening of the throttle valve and the opening area of the throttle valve has been corrected with an offset value based on the feedback correction.
しかし、開度に対する開口面積の変化特性は、2次以上の次数の関数で近似される特性を有するため、オフセットによって補正される開口面積分が各開度で一律でなく、学習を行った開度以外の開度条件では、開口面積の推定精度が悪化するという問題があった。 However, since the change characteristic of the opening area with respect to the opening has a characteristic approximated by a function of the second or higher order, the opening area corrected by the offset is not uniform in each opening, and the learning opening is performed. There was a problem that the estimation accuracy of the opening area deteriorated under opening conditions other than degrees.
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、バルブ開度とバルブ開口面積との間の変換処理において、オフセット値による補正処理で前記変換精度を向上させることができるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to improve the conversion accuracy by a correction process using an offset value in a conversion process between a valve opening and a valve opening area. And
そのため、本発明では、バルブの開度と、前記バルブの開口面積と近似する面積を有する円の径との相関に基づいて、前記開度と前記円の径との間で変換処理を行う構成とした。 Therefore, in the present invention, a conversion process is performed between the opening and the diameter of the circle based on the correlation between the opening of the valve and the diameter of a circle having an area approximate to the opening area of the valve. It was.
上記構成によると、バルブの開度と、バルブ開口面積と近似する面積を有する円の径との相関は、一次関数で近似することが可能であるから、オフセット量で相関を補正することに適している。 According to the above configuration, the correlation between the opening degree of the valve and the diameter of a circle having an area approximating the valve opening area can be approximated by a linear function, and therefore suitable for correcting the correlation with the offset amount. ing.
従って、例えばバルブ周りの汚れや詰まりによる経時的な開口面積の減少変化分を、オフセット補正値として与えることで、各開度における相関の補正を精度良く行えるようになる。 Therefore, for example, by giving a change in the decrease in the opening area over time due to dirt or clogging around the valve as an offset correction value, it is possible to accurately correct the correlation at each opening.
以下に本発明の実施形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
図1は、実施形態における車両用内燃機関のシステム図である。 FIG. 1 is a system diagram of an internal combustion engine for a vehicle according to an embodiment.
この図1に示す内燃機関1の各気筒には、エアクリーナ2を通過した空気が、吸気ダクト3,吸気コレクタ4,吸気マニホールド5,吸気バルブ6を介して空気が吸入される。 Air that has passed through the air cleaner 2 is sucked into each cylinder of the internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 through the intake duct 3, the intake collector 4, the intake manifold 5, and the intake valve 6.
機関1の吸入空気量は、前記吸気ダクト3に介装されるバタフライ式のスロットルバルブ7の開度(回転角度)によって調整される。 The intake air amount of the engine 1 is adjusted by the opening degree (rotation angle) of a butterfly throttle valve 7 interposed in the intake duct 3.
前記スロットルバルブ7は、スロットルモータ8で開閉駆動される電制式のバルブである。 The throttle valve 7 is an electrically controlled valve that is driven to open and close by a throttle motor 8.
各気筒の吸気ポート部には、燃料噴射弁9がそれぞれ設けられる。
A
そして、前記燃料噴射弁9から噴射される燃料(ガソリン)によって形成される混合気は、燃焼室10内で図示省略した点火プラグによる火花点火により着火燃焼する。
The air-fuel mixture formed by the fuel (gasoline) injected from the
前記燃焼室10内の燃焼排気は、排気バルブ11,排気マニホールド12,排気ダクト13を介して大気中へ排出される。
The combustion exhaust in the
前記排気ダクト13には、排気中の有害成分を浄化するための触媒コンバータ14が介装される。
The
前記スロットルモータ8,燃料噴射弁9は、マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールユニット(ECU)21によって制御される。
The throttle motor 8 and the
前記エンジンコントロールユニット21には、各種センサからの検出信号が入力される。
Detection signals from various sensors are input to the
前記各種センサとしては、前記エアクリーナ2の上流側で大気圧を検出する大気圧センサ22、前記スロットルバルブ7の上流側で機関1の吸入空気流量(質量流量)を検出するエアフローメータ(AFM)23、前記吸気コレクタ4内の吸気圧力を検出する吸気圧力センサ24、前記触媒コンバータ14の上流側で排気中の酸素濃度に基づいて排気空燃比を検出する空燃比センサ25、機関1の回転速度を検出する回転速度センサ26、運転者が操作するアクセルペダルの踏み込み量(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサ27、前記スロットルバルブ7の開度(回転角度)を検出するスロットルセンサ28が設けられている。
The various sensors include an
尚、前記エアフローメータ23には、吸気温度を検出する吸気温度センサ29が内蔵されており、更に、吸気コレクタ4内の吸気温度を検出するコレクタ内温度センサ30が設けられている。
The
ここで、前記エンジンコントロールユニット21は、図2に示すようにして、前記スロットルバルブ7の開度の目標値である目標バルブ開度を設定し、前記スロットルセンサ28で検出される開度が前記目標バルブ開度になるように、前記スロットルモータ8をフィードバック制御する。
Here, as shown in FIG. 2, the
前記目標バルブ開度の設定においては、まず、前記スロットルバルブ7の開口面積の目標値である目標開口面積を、アクセル開度又は目標吸入空気流量に基づいて設定する。 In setting the target valve opening, first, a target opening area that is a target value of the opening area of the throttle valve 7 is set based on the accelerator opening or the target intake air flow rate.
次いで、前記目標開口面積を、該目標開口面積と同じ面積である円の径(半径又は直径)である目標開口径に変換し(目標設定手段)、前記目標開口径を目標バルブ開度に変換する。 Next, the target opening area is converted into a target opening diameter that is the diameter (radius or diameter) of a circle having the same area as the target opening area (target setting means), and the target opening diameter is converted into a target valve opening. To do.
また、前記エンジンコントロールユニット21は、図3に示すように、スロットルセンサ28で検出されるスロットルバルブ開度を、開口面積に近似する円の径である開口径に変換し(第1変換手段)、該開口径からスロットルバルブ7の開口面積を演算する(第2変換手段)機能を有する。
Further, as shown in FIG. 3, the
前記スロットルバルブ7の開口面積とは、図4に示すように、スロットルバルブ7と吸気ダクト3の内壁との間の隙間を、吸気ダクト3の軸方向に投影したときの面積の総和であり、前記開口径は、前記開口面積の開口形状を円と仮定したときの前記円の半径又は直径である。 The opening area of the throttle valve 7 is the sum of the areas when the gap between the throttle valve 7 and the inner wall of the intake duct 3 is projected in the axial direction of the intake duct 3, as shown in FIG. The opening diameter is the radius or diameter of the circle when the opening shape of the opening area is assumed to be a circle.
尚、アクセル開度又は目標吸入空気流量に基づいて、目標開口径を直接設定させる構成とすることができる。 The target opening diameter can be directly set based on the accelerator opening or the target intake air flow rate.
図5に示すように、スロットルバルブ7の開度に対する開口面積の特性は、1次関数で近似することはできないが、スロットルバルブ7の開口面積と同じ面積である円の径は、図6に示すように、スロットルバルブ開度に対して1次関数で近似できる特性を有し、特に、低・中開度域では、1次関数で精度良く近似できる。 As shown in FIG. 5, the characteristic of the opening area with respect to the opening degree of the throttle valve 7 cannot be approximated by a linear function, but the diameter of a circle having the same area as the opening area of the throttle valve 7 is shown in FIG. As shown, it has a characteristic that can be approximated by a linear function with respect to the throttle valve opening.
これは、開口面積をA、開度をθ、前記開口径(半径)をrとしたときに、 When the opening area is A, the opening is θ, and the opening diameter (radius) is r,
であるため、 Because
と近似できるためである。 It is because it can approximate.
ところで、スロットルバルブ7の弁体やスロットルバルブ7を囲む吸気管壁の汚れや詰まりによって、スロットル開度に対応するスロットル開口面積が経時的に減少変化することがある。 By the way, due to dirt or clogging of the valve body of the throttle valve 7 or the intake pipe wall surrounding the throttle valve 7, the throttle opening area corresponding to the throttle opening may change with time.
ここで、前記経時的な開口面積の減少変化に対応すべく、図5に示すスロットルバルブ開度と開口面積との相関を、全体的に一定量だけ開口面積の減少方向にオフセットさせても、前記相関が1次関数で近似できないため、スロットルバルブ開度に対する開口面積のデータを一律に減少変化させることにならない。 Here, in order to cope with the change in the opening area with time, the correlation between the throttle valve opening and the opening area shown in FIG. Since the correlation cannot be approximated by a linear function, the data of the opening area with respect to the throttle valve opening is not uniformly reduced.
これに対し、スロットルバルブ7の開口面積と近似する面積である円の径(以下、開口径ともいう)は、図6に示すように、スロットルバルブ開度に対して1次関数で近似できるから、一定量だけオフセットさせることで、スロットルバルブ開度に対する開口面積のデータを略一律に減少変化させることができる。 On the other hand, the diameter of a circle (hereinafter also referred to as an opening diameter) that is an area that approximates the opening area of the throttle valve 7 can be approximated by a linear function with respect to the throttle valve opening, as shown in FIG. By offsetting by a certain amount, the data of the opening area with respect to the throttle valve opening can be reduced substantially uniformly.
従って、スロットルバルブ7の開口面積に近似する面積である円の径と、スロットルバルブ開度との相関を予め記憶し、係る相関から目標開口面積に対応する目標バルブ開度を設定する構成とすれば、オフセット補正によって前述の汚れや詰まりに対して精度良く目標バルブ開度を補正設定させることができる(図7参照)。 Accordingly, a correlation between the diameter of a circle that is an area approximating the opening area of the throttle valve 7 and the throttle valve opening is stored in advance, and the target valve opening corresponding to the target opening area is set based on the correlation. For example, the target valve opening can be corrected and set accurately with respect to the aforementioned dirt and clogging by offset correction (see FIG. 7).
そこで、本実施形態では、前述のように、目標開口面積を目標開口径に変換した後、目標開口径を図6に示した特性に基づいて目標バルブ開度に変換する構成とし、更に、前記目標開口径を前記汚れや詰まり分に対応する補正値で補正し(目標補正手段)、この補正された目標開口径に基づいて目標バルブ開度を決定する(第4変換手段)構成としてある。 Therefore, in the present embodiment, as described above, after converting the target opening area to the target opening diameter, the target opening diameter is converted to the target valve opening based on the characteristics shown in FIG. The target opening diameter is corrected with a correction value corresponding to the dirt or clogging (target correcting means), and the target valve opening is determined based on the corrected target opening diameter (fourth converting means).
尚、目標開口径の目標バルブ開度への変換は、図6に示すような特性の変換テーブルを予め記憶しておいて用いても良いし、図6に示す特性を1次関数で近似して記憶しておき、該1次関数によって前記目標開口径から目標バルブ開度を演算により求めても良い。 Note that the conversion of the target opening diameter to the target valve opening may be performed by storing a characteristic conversion table as shown in FIG. 6 in advance or approximating the characteristic shown in FIG. 6 with a linear function. And the target valve opening may be obtained by calculation from the target opening diameter by the linear function.
ここで、スロットルバルブ開度と前記開口径との相関は、特に低中開度域では1次関数(開口径=スロットルバルブ開度×a+b)により精度良く近似できるが、高開度域では、1次関数による近似誤差が大きくなるので、目標バルブ開度を、1次関数を用いた演算で求める場合には、前記近似誤差分を補正値として与えるようにすることができる。 Here, the correlation between the throttle valve opening and the opening diameter can be accurately approximated by a linear function (opening diameter = throttle valve opening × a + b) particularly in the low and medium opening ranges, but in the high opening range, Since the approximation error due to the linear function becomes large, when the target valve opening is obtained by calculation using the linear function, the approximation error can be given as a correction value.
前記吸気系の汚れや詰まりに対応するための目標開口径の補正値は、図2に示すようにして演算される。 The correction value of the target opening diameter for dealing with dirt and clogging of the intake system is calculated as shown in FIG.
まず、スロットルセンサ28で検出されたスロットルバルブ開度に対応する開口径を、図6に示す特性に基づいて基本開口径として求める。
First, an opening diameter corresponding to the throttle valve opening detected by the
前記基本開口径は、スロットルバルブ周りにおける汚れや詰まりのない初期状態におけるスロットルバルブ開度と開口径との相関から求められる。 The basic opening diameter is obtained from the correlation between the throttle valve opening and the opening diameter in the initial state where there is no dirt or clogging around the throttle valve.
尚、スロットルバルブ開度を図5に示す特性に基づいて開口面積に変換し、該開口面積と同じ面積の円の径を基本開口径とすることができる。 The throttle valve opening can be converted into an opening area based on the characteristics shown in FIG. 5, and the diameter of a circle having the same area as the opening area can be used as the basic opening diameter.
一方、そのときのスロットルバルブ7の実際の開口面積を測定し(測定手段)、更に、測定された開口面積と同じ面積の円の径を求め、これを測定開口径とする(第3変換手段)。 On the other hand, the actual opening area of the throttle valve 7 at that time is measured (measuring means), and the diameter of a circle having the same area as the measured opening area is obtained and used as the measured opening diameter (third converting means). ).
前記基本開口径が、スロットルバルブ周りにおける汚れや詰まりがないとの仮定に基づく推定値であるのに対し、前記測定開口径は、スロットルバルブ周りにおける汚れや詰まりを検知した実際値である。 The basic opening diameter is an estimated value based on the assumption that there is no dirt or clogging around the throttle valve, whereas the measured opening diameter is an actual value obtained by detecting dirt or clogging around the throttle valve.
ここで、汚れや詰まりのない初期状態では、前記基本開口径と測定開口径とは略一致するが、経時的な汚れや詰まりの発生によって、スロットルバルブ開度に対する開口面積が初期よりも小さくなると、基本開口径に対して測定開口径が小さい値になり、この基本開口径と測定開口径との差が、汚れや詰まりによる開口面積の減少変化分を示すことになる。 Here, in the initial state where there is no dirt or clogging, the basic opening diameter and the measurement opening diameter are substantially the same, but if the opening area with respect to the throttle valve opening becomes smaller than the initial due to the occurrence of dirt or clogging over time. The measured aperture diameter is smaller than the basic aperture diameter, and the difference between the basic aperture diameter and the measured aperture diameter indicates the amount of change in the aperture area due to dirt or clogging.
従って、各スロットルバルブ開度に対応する基本開口径から、基本開口径と測定開口径との差分を減算した結果(即ち、測定開口径)が、そのときのスロットル開度に対する実際のバルブ開口面積を表し、補正された開口径から求められる開口面積(補正開口面積)が、実際のスロットル開口面積を示すことになる(図7参照)。 Therefore, the result of subtracting the difference between the basic opening diameter and the measured opening diameter from the basic opening diameter corresponding to each throttle valve opening (that is, the measured opening diameter) is the actual valve opening area with respect to the throttle opening at that time. The opening area (corrected opening area) obtained from the corrected opening diameter represents the actual throttle opening area (see FIG. 7).
たとえば、スロットルバルブ開度から開口面積を求め、該開口面積と機関回転速度から推定される吸入空気量に基づいて前記燃料噴射弁9による燃料噴射量を制御する場合には、上記の補正開口面積を用いることで、スロットルバルブ7の汚れや詰まりに対応して燃料噴射量を精度良く制御できることになる。
For example, when the opening area is obtained from the throttle valve opening and the fuel injection amount by the
また、本実施形態のように、目標開口面積に対応する目標バルブ開度を求める場合には、前記基本開口径と測定開口径との差を目標開口径の補正値として(補正値演算手段)、該補正値で目標開口径を増大補正し、該増大補正された目標開口径に対応する目標バルブ開度を設定させる(図2参照)。 Further, when the target valve opening corresponding to the target opening area is obtained as in this embodiment, the difference between the basic opening diameter and the measured opening diameter is used as a correction value for the target opening diameter (correction value calculating means). Then, the target opening diameter is increased and corrected with the correction value, and the target valve opening degree corresponding to the increased corrected target opening diameter is set (see FIG. 2).
これにより、汚れや詰まりによる開口面積の減少分を補うように、スロットルバルブ7の開度が初期よりも大きめに制御されることになる。 As a result, the opening of the throttle valve 7 is controlled to be larger than the initial value so as to compensate for the decrease in the opening area due to dirt or clogging.
前記基本開口径と測定開口径との差に基づく目標開口径の補正は、図6に示すような開口径とスロットルバルブ開度との1次関数で近似される相関を、汚れや詰まりの分だけオフセットさせたことになり、汚れや詰まりによる開口面積の減少分を全域で精度よく補正することができる。 The correction of the target opening diameter based on the difference between the basic opening diameter and the measured opening diameter is based on the correlation approximated by a linear function between the opening diameter and the throttle valve opening as shown in FIG. Therefore, the decrease in the opening area due to dirt or clogging can be accurately corrected over the entire area.
次に、前記スロットルバルブ7の開口面積の測定方法を説明する。 Next, a method for measuring the opening area of the throttle valve 7 will be described.
まず、スロットルバルブ7を含む機関1の吸気系を、図8に示すように、先細ノズルに近似する。 First, the intake system of the engine 1 including the throttle valve 7 is approximated to a tapered nozzle as shown in FIG.
そして、前記先細ノズルにおける空気の流れを準1次元定常エントロピー流れとして、その質量流量mが、スロート断面積A,入口側圧力P0,入口側温度T0,出口側圧力Pe,出口側温度Te,比熱比k,ガス定数Rを基に数3で求められるものとする。 Then, the air flow in the tapered nozzle is a quasi-one-dimensional steady entropy flow, and the mass flow rate m is the throat cross-sectional area A, the inlet side pressure P 0 , the inlet side temperature T 0 , the outlet side pressure Pe, and the outlet side temperature Te. , Based on the specific heat ratio k and the gas constant R.
上記数3を、スロート断面積Aを求める式に変換すると、数4に示すようになる。 When Equation 3 is converted into an equation for obtaining the throat cross-sectional area A, Equation 4 is obtained.
ここで、先細ノズル(スロットルバルブ7)を流れる空気の流速が音速(臨界速度)となる条件では、数3は、数5に示すように簡略化される。 Here, Equation 3 is simplified as shown in Equation 5 under the condition that the flow velocity of the air flowing through the tapered nozzle (throttle valve 7) is the sonic velocity (critical velocity).
上記数5を、スロート断面積Aを求める式に変換すると、数6に示すようになる。 When Equation 5 is converted into an equation for obtaining the throat cross-sectional area A, Equation 6 is obtained.
前記比熱比k,ガス定数Rは既知の値として予め記憶させておくことができるから、流速が音速(臨界速度)となる条件では、入口側の温度T0及び圧力P0、更に、質量流量mが検出できれば、スロットルバルブ7の開口面積を、数6に基づき測定できる。 Since the specific heat ratio k and gas constant R can be stored in advance as known values, the temperature T 0 and the pressure P 0 on the inlet side, and the mass flow rate under the condition that the flow velocity is the sonic velocity (critical velocity). If m can be detected, the opening area of the throttle valve 7 can be measured based on Equation 6.
前記入口側の温度T0は、機関1における吸気温度に相当するから、前記吸気温度センサ29で検出することができ、入口側圧力P0は機関1では大気圧であり、前記大気圧センサ22で検出することができ、質量流量mは、エアフローメータ23で検出することができる。
Since the inlet-side temperature T 0 corresponds to the intake air temperature in the engine 1, it can be detected by the intake-
従って、臨界速度条件では、前記吸気温度センサ29,大気圧センサ22,エアフローメータ23の検出結果から、スロットルバルブ開口面積を簡便に測定できる。
Therefore, under the critical speed condition, the throttle valve opening area can be easily measured from the detection results of the intake
尚、大気圧は一定であると見なすことができ、また、大気圧センサ22を備えない場合には、機関1の停止状態での吸気圧力センサ24の検出結果を大気圧と見なすことができる。
It should be noted that the atmospheric pressure can be regarded as constant, and if the
また、臨界速度でない条件で、スロットルバルブ7の開口面積を、数4に基づいて演算する場合には、出口側圧力Pe及び出口側温度Teを検出する必要があるが、出口側圧力Peは機関1の吸気圧力であるから、吸気圧力センサ24で検出することができ、また、出口側温度Teは、コレクタ内温度センサ30で検出することができる。
Further, in the case where the opening area of the throttle valve 7 is calculated based on Equation 4 under conditions other than the critical speed, it is necessary to detect the outlet side pressure Pe and the outlet side temperature Te. Since the intake pressure is 1, the
更に、吸気圧力センサ24を備えない場合には、コレクタ内圧力(出口側圧力Pe)を推定し、該推定値に基づいてスロットルバルブ7の開口面積を測定させることができる。
Further, when the
即ち、コレクタ圧力をP2、コレクタ容積をVc、コレクタ内のモル密度をn、吸気温度をT2とすると、数7の関係が成り立つ。 That is, when the collector pressure is P 2 , the collector volume is Vc, the molar density in the collector is n, and the intake air temperature is T 2 , the relationship of Equation 7 is established.
上記数7を演算周期Δt当たりのコレクタ圧力P2変化の式に変換すると、数8のようになる。 When the above equation 7 is converted into an expression for the change in collector pressure P 2 per calculation period Δt, the following equation 8 is obtained.
ここで、Δnをスロットル通過流量ninとシリンダへの吸入流量noutとの差とし、コレクタ圧力P2の前回値をP2(n-1)とすると、数8は数9のように書き換えられる。
Here, if Δn is the difference between the throttle flow rate n in and the intake flow rate n out to the cylinder, and the previous value of the collector pressure P 2 is P 2 (n−1) , then Equation 8 is rewritten as
上記数9を、コレクタ圧力P2を求める式に書き換えると、数10のようになる。
When
従って、スロットル通過流量nin、シリンダへの吸入流量nout及びコレクタ内の温度を検出することで、コレクタ圧力P2を推定できる。 Accordingly, the collector pressure P 2 can be estimated by detecting the throttle flow rate n in , the intake flow rate n out to the cylinder, and the temperature in the collector.
前記シリンダへの吸入流量noutは、機関1の排気量をV、回転速度(rpm)をNe、回転速度Neに応じた効率をηとすると、数11に基づいて算出される。
The intake flow rate n out to the cylinder is calculated based on
また、スロットル通過流量ninは、前記エアフローメータ23で検出される質量流量を用いることができる。
Further, the mass flow rate detected by the
更に、前記スロットルバルブ7の開口面積の測定方法としては、スロットルバルブ7の開度から求めた開口面積に基づき、目標当量比になるように燃料噴射量を制御した結果、実際の当量比が目標に一致したか否かに基づき、汚れや詰まりによる開口面積の減少変化分を測定できる。 Further, as a method for measuring the opening area of the throttle valve 7, the actual equivalent ratio is obtained as a result of controlling the fuel injection amount so as to be the target equivalent ratio based on the opening area obtained from the opening degree of the throttle valve 7. It is possible to measure the amount of change in the decrease in the opening area due to dirt or clogging based on whether or not they match.
即ち、汚れや詰まりによりスロットルバルブ開度に対応する実際の開口面積が小さくなると、スロットル開度から推定される吸入空気量よりも実際の吸入空気量が少なくなり、空燃比としてはリッチ化する。 That is, when the actual opening area corresponding to the throttle valve opening becomes small due to dirt or clogging, the actual intake air amount becomes smaller than the intake air amount estimated from the throttle opening, and the air-fuel ratio becomes rich.
そこで、目標当量比と空燃比センサ25で検出される実際の当量比(排気当量比)との差から、汚れや詰まりによる開口面積の減少変化分を推定でき、スロットル開度から求めた開口面積を前記減少変化分で補正した結果が、実際の開口面積であると判断される。
Therefore, from the difference between the target equivalence ratio and the actual equivalence ratio (exhaust equivalence ratio) detected by the air /
図9は、前述した排気当量比に基づく開口面積の測定方法を示すブロック図である。 FIG. 9 is a block diagram showing a method for measuring the opening area based on the above-described exhaust equivalence ratio.
まず、初期状態に対応して設定されるスロットルバルブ開度と開口径との変換特性(変換テーブル又は演算式)に基づき、スロットルバルブ開度を基本開口径に変換し、該基本開口径に基づいて基本開口面積を演算する。 First, the throttle valve opening is converted into a basic opening diameter based on a conversion characteristic (a conversion table or an arithmetic expression) between the throttle valve opening and the opening diameter set corresponding to the initial state, and based on the basic opening diameter. To calculate the basic opening area.
一方、前記基本開口面積と機関回転速度とから目標当量比になるように燃料噴射量を制御し、該燃料噴射量制御の結果としての排気当量比を空燃比センサ25で検出する。
On the other hand, the fuel injection amount is controlled from the basic opening area and the engine rotational speed so as to achieve a target equivalent ratio, and the exhaust equivalent ratio as a result of the fuel injection amount control is detected by the air-
そして、前記目標当量比と排気当量比とから経時的な開口面積の減少変化分を推定し、該減少変化分に基づいて前記基本開口面積を補正することで、実際の開口面積(推定開口面積)を求める。 Then, a decrease change in the opening area over time is estimated from the target equivalence ratio and the exhaust equivalence ratio, and the basic opening area is corrected based on the decrease change, thereby obtaining an actual opening area (estimated opening area). )
次いで、前記推定開口面積を開口径に変換して推定開口径とし、前記基本開口径と推定開口径との差分を、汚れや詰まりによる開口面積の減少変化分に相当する補正値として設定する。 Next, the estimated opening area is converted into an opening diameter to obtain an estimated opening diameter, and a difference between the basic opening diameter and the estimated opening diameter is set as a correction value corresponding to a decrease change in the opening area due to dirt or clogging.
図10のフローチャートは、前記開口径の補正値を求める処理の流れを示す。 The flowchart of FIG. 10 shows a flow of processing for obtaining the correction value of the opening diameter.
尚、図10のフローチャートに示すルーチンは、所定時間(例えば10ms)毎に実行されるようになっている。 The routine shown in the flowchart of FIG. 10 is executed every predetermined time (for example, 10 ms).
ステップS1では、スロットルセンサ28で検出されたスロットルバルブ7の開度(回転角度)を読み込む。
In step S1, the opening degree (rotation angle) of the throttle valve 7 detected by the
ステップS2では、スロットルバルブ開度が上限開度(例えば5deg)よりも小さいか否かを判別する。 In step S2, it is determined whether or not the throttle valve opening is smaller than an upper limit opening (for example, 5 deg).
スロットルバルブ開度が上限開度以上である場合には、補正値の演算等を行うことなく、そのまま処理を終了させ、スロットルバルブ開度が上限開度より小さい場合に、次のステップS3に進む。 If the throttle valve opening is greater than or equal to the upper limit opening, the process is terminated without performing correction value calculation or the like. If the throttle valve opening is smaller than the upper limit opening, the process proceeds to the next step S3. .
スロットルバルブ開度が上限開度以上の領域では、汚れや詰まりによる開口面積の減少変化分が全体の開口面積に占める割合が小さくために、前記減少変化分の検知精度が悪くなり、補正値の設定精度を悪化させてしまう。 In the region where the throttle valve opening is greater than or equal to the upper limit opening, the ratio of the decrease in the opening area due to dirt or clogging to the entire opening area is small. Setting accuracy is deteriorated.
そこで、スロットルバルブ開度が上限開度以上であるときには、開口面積の測定や補正値の演算を禁止して、補正制御の精度の悪化を防ぐ。 Therefore, when the throttle valve opening is equal to or larger than the upper limit opening, the measurement of the opening area and the calculation of the correction value are prohibited to prevent the accuracy of the correction control from deteriorating.
また、スロットルバルブ開度が上限開度以上であるときに開口面積の測定や補正値の演算を禁止することで、無駄な演算処理の実行を回避でき、演算負荷を軽減できる。 Further, by prohibiting the measurement of the opening area and the calculation of the correction value when the throttle valve opening is greater than or equal to the upper limit opening, it is possible to avoid performing unnecessary calculation processing and reduce the calculation load.
尚、汚れや詰まりによる開口面積の減少変化が小さい初期状態においては、該減少変化分を精度良く検知できる開度が小さく、汚れや詰まりの進行によって開口面積の減少変化分が大きくなるほど、減少変化分を精度良く検知できる開度がより高開度側に変化する。 In the initial state where the decrease in the opening area due to dirt or clogging is small, the opening that can accurately detect the decrease is small, and the decrease in the opening area increases due to the progress of dirt or clogging. The opening at which the minute can be detected accurately changes to the higher opening.
従って、補正値が大きくなるほど(汚れや詰まりが進行するほど)前記上限開度をより大きく変化させ、開口面積の測定や補正値の演算を実行させる開度領域を高開度側に拡大させることができる。 Therefore, the larger the correction value (the more the dirt or clogging progresses), the more the upper limit opening is changed, and the opening range for executing the measurement of the opening area and the calculation of the correction value is expanded to the high opening side. Can do.
ステップS3では、スロットルバルブ開度が下限開度(例えば0.8deg)を超えているか否かを判別する。 In step S3, it is determined whether or not the throttle valve opening exceeds a lower limit opening (for example, 0.8 deg).
スロットルバルブ開度が下限開度以下である場合には、補正値の演算等を行うことなく、そのまま処理を終了させ、スロットルバルブ開度が下限開度を超えているときに次のステップS4に進む。 If the throttle valve opening is equal to or lower than the lower limit opening, the process is terminated as it is without calculating a correction value, and the next step S4 is performed when the throttle valve opening exceeds the lower limit opening. move on.
スロットルバルブ開度が前記下限開度以下の領域では、汚れ・詰まりや部品公差の影響が大き過ぎて、かえって補正値の設定誤差を招くことがあり、また、スロットルバルブ開度の検出精度が悪化し、基本開口径・基本開口面積の演算精度が低下するため、補正値の設定精度が悪化する。 When the throttle valve opening is below the lower limit opening, the influence of dirt, clogging, and component tolerances is too great, which may lead to correction value setting errors, and the detection accuracy of the throttle valve opening will deteriorate. However, since the calculation accuracy of the basic opening diameter and the basic opening area is lowered, the setting accuracy of the correction value is deteriorated.
そこで、スロットルバルブ開度が下限開度以下であるときには、開口面積の測定や補正値の演算を禁止して、補正値の設定精度の悪化を防ぐものである。 Therefore, when the throttle valve opening is equal to or lower than the lower limit opening, the measurement of the opening area and the calculation of the correction value are prohibited to prevent the correction value setting accuracy from deteriorating.
尚、汚れや詰まりによる開口面積の減少が大きいほど、開口面積変化の検知誤差が低開度側で大きくなるので、補正値が大きくなるほど(汚れや詰まりが進行するほど)前記下限開度をより大きく変化させ、開口面積の測定や補正値の演算を実行させる開度領域をより高開度側に限定することが好ましい。 The larger the decrease in the opening area due to dirt or clogging, the larger the detection error of the opening area change on the low opening side. Therefore, the larger the correction value (the more the dirt or clogging progresses), the more the lower limit opening is increased. It is preferable to greatly change the opening area where the opening area is measured and the correction value is calculated to be limited to a higher opening side.
スロットルバルブ開度が上限開度を下回り、かつ、下限開度を上回る場合には、ステップS4へ進み、スロットルバルブ開度の本ルーチン実行周期当たりの変化量の絶対値が、閾値(例えば0.2deg)よりも小さいか否かを判別する。 If the throttle valve opening is below the upper limit opening and exceeds the lower limit opening, the process proceeds to step S4, where the absolute value of the change amount of the throttle valve opening per routine execution cycle is a threshold value (for example, 0.2 deg). ) Or less.
前記変化量の絶対値が前記閾値以上であるときには、補正値の演算等を行うことなく、そのまま処理を終了させ、前記変化量の絶対値が前記閾値よりも小さい場合に、ステップS5へ進む。 If the absolute value of the change amount is equal to or greater than the threshold value, the process is terminated without performing a correction value calculation or the like. If the absolute value of the change amount is smaller than the threshold value, the process proceeds to step S5.
スロットルバルブ開度が変動している状態では、補正値の演算精度が悪化するので、前記変化量の絶対値が閾値以上であるときには、開口面積の測定や補正値の演算を禁止して、補正精度の悪化を防ぐものである。 When the throttle valve opening is fluctuating, the calculation accuracy of the correction value deteriorates. Therefore, if the absolute value of the change amount is greater than or equal to the threshold value, the measurement of the opening area and the calculation of the correction value are prohibited and correction is performed. This prevents the deterioration of accuracy.
ステップS5では、前述したようにして、スロットルバルブ7の開口面積を測定する。 In step S5, the opening area of the throttle valve 7 is measured as described above.
ステップS6では、ステップS5で測定した開口面積の変化率(%)が閾値(例えば5%)を下回っているか否かを判別する。 In step S6, it is determined whether or not the change rate (%) of the opening area measured in step S5 is below a threshold value (for example, 5%).
前記変化率が前記閾値以上であるときには、補正値の演算等を行うことなく、そのまま処理を終了させ、前記変化率が前記閾値よりも小さい場合に、ステップS7へ進む。 If the change rate is equal to or greater than the threshold value, the process is terminated without performing correction value calculation or the like. If the change rate is smaller than the threshold value, the process proceeds to step S7.
開口面積の測定結果が変動している状態では、補正値の演算精度が悪化するので、前記変化率が閾値以上であるときには、開口面積の測定や補正値の演算を禁止して、補正精度の悪化を防ぐものである。 When the measurement result of the opening area is fluctuating, the calculation accuracy of the correction value is deteriorated. Therefore, when the change rate is equal to or greater than the threshold, the measurement of the opening area and the calculation of the correction value are prohibited, Prevents deterioration.
ステップS7では、ステップS5における開口面積の測定結果を、同じ面積の円の径に変換し、これを測定開口径とする。 In step S7, the measurement result of the opening area in step S5 is converted into a circle diameter having the same area, and this is used as the measurement opening diameter.
ステップS8では、そのときのスロットルバルブ7の開度から開口面積に示す開口径を求め、これを基本開口径とする。 In step S8, the opening diameter shown in the opening area is obtained from the opening of the throttle valve 7 at that time, and this is set as the basic opening diameter.
ステップS9では、前記測定開口径と前記基本開口径との差を、目標開口径を補正するための補正値として設定する。 In step S9, the difference between the measured opening diameter and the basic opening diameter is set as a correction value for correcting the target opening diameter.
前記測定開口径と前記基本開口径との差は、汚れや詰まりによる開口面積の減少変化分を示すから、目標開口径に前記補正値を加算することで、汚れや詰まりによる開口面積の減少変化分を補うように、より大きくスロットルバルブ7が開かれることになり、汚れや詰まりがあっても目標の開口面積を得ることが可能となる。 Since the difference between the measured opening diameter and the basic opening diameter indicates the change in the opening area due to dirt or clogging, the change in the opening area due to dirt or clogging can be obtained by adding the correction value to the target opening diameter. The throttle valve 7 is opened larger so as to compensate for the minute, and it becomes possible to obtain the target opening area even if there is dirt or clogging.
特に、スロットルバルブ開度と開口径との相関は1次関数で近似できるから、開口面積の減少変化分の補正を目標開口径について行わせ、該目標開口径を目標バルブ開度に変換させることで、補正値を学習した条件以外でも、開口面積の減少変化分を精度良く補正でき、簡便な補正制御で吸入空気量の制御精度を改善できる。 In particular, since the correlation between the throttle valve opening and the opening diameter can be approximated by a linear function, correction of the reduction change of the opening area is performed on the target opening diameter, and the target opening diameter is converted into the target valve opening. Thus, even if the correction value is not learned, the amount of change in the opening area can be accurately corrected, and the control accuracy of the intake air amount can be improved with simple correction control.
尚、上記実施形態では、開口面積を検出するバルブを内燃機関1のスロットルバルブ7としたが、この他、排気還流量を制御するEGRバルブや、キャニスタからのパージエア量を制御するパージバルブや、ブローバイガス量を制御するブローバイバルブについて、その開度を開口径に変換してから開口面積を求める処理や、目標開口面積の目標開口径に変換してから目標開度を求める処理を行わせることができる。 In the above embodiment, the valve for detecting the opening area is the throttle valve 7 of the internal combustion engine 1, but in addition, an EGR valve for controlling the exhaust gas recirculation amount, a purge valve for controlling the purge air amount from the canister, For the blow-by valve that controls the amount of gas, the processing to obtain the opening area after converting the opening to the opening diameter or the processing to obtain the target opening after converting to the target opening diameter of the target opening area can be performed. it can.
更に、内燃機関1の外気導入口からコレクタ入り口までの吸気系を包括して1つのバルブと見なし、該バルブの開口面積と開度との間の変換を、一旦開口径に変換して行わせることができる。 Further, the intake system from the outside air inlet of the internal combustion engine 1 to the collector inlet is comprehensively regarded as one valve, and the conversion between the opening area and the opening of the valve is once converted into the opening diameter. be able to.
また、バルブを、内燃機関1において気体流量を制御するバルブに限定するものではない。 Further, the valve is not limited to the valve that controls the gas flow rate in the internal combustion engine 1.
1…内燃機関,2…エアクリーナ,3…吸気ダクト,4…吸気コレクタ,5…吸気マニホールド,6…吸気バルブ,7…スロットルバルブ,8…ストッロルモータ,9…燃料噴射弁,10…燃焼室,11…排気バルブ,12…排気マニホールド,13…排気ダクト,14…触媒コンバータ,21…エンジンコントロールユニット,22…大気圧センサ,23…エアフローメータ,24…吸気圧力センサ,25…空燃比センサ,26…回転速度センサ,27…アクセル開度センサ,28…スロットルセンサ,29…吸気温度センサ,30…コレクタ内温度センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine, 2 ... Air cleaner, 3 ... Intake duct, 4 ... Intake collector, 5 ... Intake manifold, 6 ... Intake valve, 7 ... Throttle valve, 8 ... Stroll motor, 9 ... Fuel injection valve, 10 ... Combustion chamber , 11 ... exhaust valve, 12 ... exhaust manifold, 13 ... exhaust duct, 14 ... catalytic converter, 21 ... engine control unit, 22 ... atmospheric pressure sensor, 23 ... air flow meter, 24 ... intake pressure sensor, 25 ... air-fuel ratio sensor, 26 ... Rotational speed sensor, 27 ... Accelerator opening sensor, 28 ... Throttle sensor, 29 ... Intake air temperature sensor, 30 ... Collector internal temperature sensor
Claims (18)
前記バルブの開度を前記相関に基づいて円の径に変換する第1変換手段と、
前記第1変換手段で得られた円の径をバルブの開口面積に変換する第2変換手段と、
を含むことを特徴とする請求項2記載のバルブ開口演算装置。 The converting means is
First conversion means for converting the opening of the valve into a diameter of a circle based on the correlation;
Second conversion means for converting the diameter of the circle obtained by the first conversion means into the opening area of the valve;
The valve opening calculating device according to claim 2, comprising:
前記測定手段で測定されたバルブの開口面積を、該開口面積と近似する面積を有する円の径に変換する第3変換手段と、
前記基本径と前記第3変換手段で得られた径との差に基づいて、前記バルブ開度に対応する径を補正するための補正値を演算する補正値演算手段と、
を備えたことを特徴とする請求項5記載のバルブ開口演算装置。 Measuring means for measuring the actual opening area of the valve;
A third converting means for converting the opening area of the valve measured by the measuring means into a diameter of a circle having an area approximating the opening area;
Correction value calculation means for calculating a correction value for correcting the diameter corresponding to the valve opening based on the difference between the basic diameter and the diameter obtained by the third conversion means;
6. The valve opening arithmetic device according to claim 5, further comprising:
前記径の目標を設定する目標設定手段と、
前記目標の径を前記補正値に基づいて補正する目標補正手段と、
前記補正値で補正された目標の径を前記相関に基づいて目標バルブ開度に変換する第4変換手段と、
を備えたことを特徴とするバルブ制御装置。 While comprising the valve opening arithmetic unit according to any one of claims 6 to 13,
Target setting means for setting a target of the diameter;
Target correction means for correcting the target diameter based on the correction value;
Fourth conversion means for converting the target diameter corrected by the correction value into a target valve opening based on the correlation;
A valve control device comprising:
前記目標設定手段が、前記内燃機関の目標吸入空気量又はアクセル開度から前記目標の径を設定することを特徴とする請求項15記載のバルブ制御装置。 The valve is a throttle valve of an internal combustion engine;
The valve control device according to claim 15, wherein the target setting means sets the target diameter from a target intake air amount or an accelerator opening of the internal combustion engine.
前記目標設定手段が、前記目標のバルブ開口面積に対応する目標の径を設定することを特徴とする請求項15記載のバルブ制御装置。 A target opening area setting means for setting a target valve opening area;
16. The valve control device according to claim 15, wherein the target setting means sets a target diameter corresponding to the target valve opening area.
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