JP4534672B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
内燃機関の燃焼室において燃焼される混合気の空燃比を最適な値とするためには、吸気弁が閉じたときに燃焼室内に充填されている空気の量(以下、「筒内充填空気量」と称す)を正確に推定する必要がある。通常、筒内充填空気量は、流量センサ(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。ここで、マップを用いて筒内充填空気量を推定すると、必要なマップの数およびその引数の数が多くなり、これに伴いマップ作成時の適合工数が非常に多くなってしまう。そこで、近年において、流体力学等に基づく式で表される数値計算モデルを用いることにより、マップの数および引数を減らして筒内充填空気量を算出することが検討されている。 In order to optimize the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber of the internal combustion engine, the amount of air filled in the combustion chamber when the intake valve is closed (hereinafter referred to as “cylinder charged air amount”). It is necessary to estimate accurately. Usually, the cylinder air charge amount is estimated from a large number of sensors such as a flow rate sensor (air flow meter) and a large number of maps using output values from these sensors as arguments. Here, when the amount of air charged in the cylinder is estimated using the map, the number of necessary maps and the number of arguments thereof are increased, and accordingly, the number of matching man-hours at the time of creating the map is extremely increased. Therefore, in recent years, it has been studied to calculate the cylinder air charge amount by reducing the number of maps and arguments by using a numerical calculation model represented by a formula based on fluid dynamics.
筒内充填空気量は、機関負荷や機関回転数といった機関運転状態が同一であっても、各気筒毎にばらつくことが多い。このため、全ての気筒の筒内充填空気量が同一であると仮定して数値計算モデルを用いて筒内充填空気量を算出し、それに基づいて燃料噴射量を決定すると、各気筒毎に空燃比が異なったものとなってしまう。これにより、各気筒間でトルクにムラが生じたり、空燃比が適切でない気筒では排気性状が悪化したりするといった問題が生じる。 Even if the engine operating state such as the engine load and the engine speed is the same, the in-cylinder charged air amount often varies for each cylinder. For this reason, assuming that the in-cylinder charged air amount of all cylinders is the same, the in-cylinder charged air amount is calculated using a numerical calculation model, and the fuel injection amount is determined based on the calculated in-cylinder charged air amount. The fuel ratio will be different. As a result, there arises a problem that torque is uneven between the cylinders, or that the exhaust property is deteriorated in a cylinder where the air-fuel ratio is not appropriate.
したがって、数値計算モデルを用いて筒内充填空気量を算出するにあたっては、気筒間のばらつきを考慮する必要がある。特許文献1に記載した吸気量推定装置では、エアフロメータによって検出されたスロットル通過空気量と、吸気管内の気体密度に基づいて算出された吸気管内の気体の増加量とに基づいて各気筒毎の筒内充填空気量を推定し、推定した各気筒毎の筒内充填空気量に基づいて各気筒毎に燃料噴射量を決定するようにしている。これにより気筒間の空燃比のばらつきを無くすように各気筒毎に空燃比を精密に制御することができる。
Therefore, in calculating the cylinder air charge amount using the numerical calculation model, it is necessary to consider the variation among the cylinders. In the intake air amount estimation device described in
特許文献1の吸気量推定装置のようにスロットル通過空気量と吸気管内の気体密度または吸気管内圧力とに基づいて各気筒毎に筒内充填空気量を推定する場合、全ての運転状態で高精度に筒内充填空気量を推定することができるわけではない。例えば、内燃機関が吸気管内に排気ガスを流入させるEGR機構を備える場合、吸気管内には空気に加えて排気ガス(EGRガス)が流入することになる。このようなEGRガスの流入を考慮して各気筒毎の筒内充填空気量を推定しようとすると、数値計算モデルのモデル式が複雑になると共に数値計算で求められた筒内充填空気量の推定精度は低いものとなる。
When the cylinder charge air amount is estimated for each cylinder on the basis of the amount of air passing through the throttle and the gas density in the intake pipe or the pressure in the intake pipe as in the intake air amount estimation device of
そこで、本発明の目的は、各気筒毎の筒内充填空気量を高精度に推定することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can estimate the in-cylinder charged air amount for each cylinder with high accuracy.
上記課題を解決するために、第1の発明では、スロットル弁よりも吸気下流の吸気管部分内に該スロットル弁を通過した空気以外の流体を流入させることが可能な内燃機関の制御装置であって、スロットル弁を通過するスロットル通過空気量を検出するスロットル通過空気量検出手段と、上記吸気管部分内の圧力を検出する吸気管内圧力検出手段と、上記スロットル通過空気量検出手段によって検出されたスロットル通過空気量と上記吸気管内圧力検出手段によって検出された吸気管部分内の圧力とに基づいて各気筒毎に筒内充填空気量を推定する筒内充填空気量推定手段と、該筒内充填空気量推定手段によって推定された各気筒毎の筒内充填空気量に基づいて内燃機関を制御する機関制御手段とを具備する内燃機関の制御装置において、上記吸気管部分内に上記スロットル弁を通過した空気以外の流体が流入しないようにする流体流入防止手段をさらに具備し、上記筒内充填空気量推定手段は、上記流体流入防止手段によって上記吸気管部分内に上記スロットル弁を通過した空気以外の流体が流入しないようにされているときであって且つ上記吸気管部分内の圧力が所定圧力よりも低いときに推定を行う。
上述したように、スロットル弁を通過した空気以外の流体の流入を考慮して各気筒毎の筒内充填空気量を推定しようとすると、数値計算モデルのモデル式が複雑になると共に数値計算で求められた各気筒毎の筒内充填空気量の推定精度は低いものとなる。第1の発明によれば、流体流入防止手段によりスロットル弁を通過した空気以外の流体が吸気管部分内に流入しないようにされているときに各気筒毎の筒内充填空気量の推定が行われるため、高い精度で各気筒毎の筒内充填空気量を推定することができる場合にのみ推定が行われる。
なお、吸気管内圧力検出手段によって検出されるスロットル弁よりも吸気下流の吸気管部分内の圧力とは、スロットル弁から吸気弁までの吸気管(サージタンク等を含む)内の圧力を意味する。また、スロットル弁を通過した空気以外の流体が吸気管内に流入する場合とは、例えば、後述するEGRガスやパージガスが吸気管内に流入する場合等が挙げられる。
In order to solve the above-mentioned problem, the first invention is a control device for an internal combustion engine capable of allowing a fluid other than air that has passed through the throttle valve to flow into an intake pipe portion downstream of the throttle valve. The throttle passage air amount detecting means for detecting the throttle passage air amount passing through the throttle valve, the intake pipe pressure detecting means for detecting the pressure in the intake pipe portion, and the throttle passage air amount detecting means. In-cylinder charged air amount estimating means for estimating the in-cylinder charged air amount for each cylinder based on the throttle passage air amount and the pressure in the intake pipe portion detected by the intake pipe pressure detecting means, and the in-cylinder filling An internal combustion engine control device comprising: engine control means for controlling the internal combustion engine based on an in-cylinder charged air quantity for each cylinder estimated by an air quantity estimation means. Fluid inflow prevention means for preventing fluid other than air that has passed through the throttle valve from flowing into the intake pipe portion is further provided, and the in-cylinder charged air amount estimation means is provided by the fluid inflow prevention means by the intake pipe portion. An estimation is performed when fluid other than air that has passed through the throttle valve is prevented from flowing in and when the pressure in the intake pipe portion is lower than a predetermined pressure .
As described above, if it is attempted to estimate the in-cylinder charged air amount for each cylinder in consideration of the inflow of fluid other than air that has passed through the throttle valve, the model formula of the numerical calculation model becomes complicated and is obtained by numerical calculation. The estimated accuracy of the in-cylinder charged air amount for each cylinder is low. According to the first invention, when the fluid inflow prevention means prevents fluid other than air that has passed through the throttle valve from flowing into the intake pipe portion, the in-cylinder charged air amount for each cylinder is estimated. Therefore, the estimation is performed only when the cylinder charge air amount for each cylinder can be estimated with high accuracy.
Note that the pressure in the intake pipe portion downstream of the intake air detected by the intake pipe pressure detection means means the pressure in the intake pipe (including the surge tank) from the throttle valve to the intake valve. The case where fluid other than air that has passed through the throttle valve flows into the intake pipe includes, for example, the case where EGR gas or purge gas described later flows into the intake pipe.
第2の発明では、第1の発明において、上記吸気管部分内に排気ガスを流入させる排気ガス流入機構をさらに具備し、上記流体流入防止手段は、上記排気ガス流入機構によって排気ガスが上記吸気管部分内に流入せしめられないようにすることで、上記吸気管部分内に上記スロットル弁を通過した空気以外の流体が流入しないようにする。 According to a second invention, in the first invention, an exhaust gas inflow mechanism for allowing exhaust gas to flow into the intake pipe portion is further provided, and the fluid inflow prevention means has the exhaust gas introduced into the intake air by the exhaust gas inflow mechanism. By preventing the fluid from flowing into the pipe portion, fluid other than air that has passed through the throttle valve does not flow into the intake pipe portion.
第3の発明では、第1または第2の発明において、内燃機関の燃料供給系統から蒸発した燃料を含む気体を上記吸気管部分内に流入させるパージガス流入機構をさらに具備し、上記流入防止手段は、上記パージガス流入機構によって上記燃料を含む気体が上記吸気管部分内に流入せしめられないようにすることで、上記吸気管部分内に上記スロットル弁を通過した空気以外の流体が流入しないようにする。 According to a third aspect, in the first or second aspect of the present invention, the apparatus further comprises a purge gas inflow mechanism for causing a gas containing fuel evaporated from a fuel supply system of the internal combustion engine to flow into the intake pipe portion. By preventing the gas containing the fuel from flowing into the intake pipe portion by the purge gas inflow mechanism, fluid other than air that has passed through the throttle valve does not flow into the intake pipe portion. .
上記課題を解決するために、第4の発明では、スロットル弁を通過するスロットル通過空気量を検出するスロットル通過空気量検出手段と、上記スロットル弁よりも吸気下流の吸気管部分内の圧力を検出する吸気管内圧力検出手段と、上記スロットル通過空気量検出手段によって検出されたスロットル通過空気量と上記吸気管内圧力検出手段によって検出された吸気管部分内の圧力とに基づいて各気筒毎に筒内充填空気量を推定する筒内充填空気量推定手段と、該筒内充填空気量推定手段によって推定された各気筒毎の筒内充填空気量に基づいて内燃機関を制御する機関制御手段とを具備し、上記筒内充填空気量推定手段は、上記吸気管部分内の圧力が所定圧力よりも低いときに推定を行う。
吸気管内圧力がスロットル弁の吸気上流における吸気管部分内の圧力と同程度の圧力であると、スロットル弁通過空気流量が吸気管内圧力の脈動の影響を受けて脈動する。応答性の低いエアフロメータではこのようなスロットル弁通過空気流量の脈動を高精度に検出するのは困難であり、また応答性の低いエアフロメータを用いてスロットル弁通過空気流量の脈動を高精度に検出できたとしても、スロットル弁通過空気流量の脈動を考慮して各気筒毎の筒内充填空気量を推定しようとすると、数値計算モデルのモデル式が複雑になると共に数値計算で求められた各気筒毎の筒内充填空気量の推定精度は低いものとなる。第4の発明によれば、吸気管部分内の圧力が所定圧力よりも低いときに各気筒毎の筒内充填空気量の推定が行われるため、スロットル弁通過空気流量の脈動が抑制され、その結果、高い精度で各気筒毎の筒内充填空気量を推定することができる場合にのみ推定が行われる。
なお、「所定圧力」とは、スロットル弁の吸気上流における吸気管部分内の圧力よりも低い圧力であり、好ましくはスロットル通過空気流量が吸気管内圧力の脈動の影響をほとんど受けない程度に低い圧力である。
In order to solve the above-mentioned problem, in the fourth invention, a throttle passage air amount detecting means for detecting a throttle passage air amount passing through the throttle valve, and a pressure in an intake pipe portion downstream of the throttle valve are detected. In-cylinder for each cylinder based on the intake pipe pressure detecting means, the throttle passing air quantity detected by the throttle passing air quantity detecting means, and the pressure in the intake pipe portion detected by the intake pipe pressure detecting means. In-cylinder charged air amount estimating means for estimating the charged air amount; and engine control means for controlling the internal combustion engine based on the in-cylinder charged air amount for each cylinder estimated by the in-cylinder charged air amount estimating means. The in-cylinder charged air amount estimation means estimates when the pressure in the intake pipe portion is lower than a predetermined pressure.
If the pressure in the intake pipe is the same as the pressure in the intake pipe portion upstream of the throttle valve, the flow rate of air passing through the throttle valve is affected by the pulsation of the pressure in the intake pipe. It is difficult to detect the pulsation of the air flow through the throttle valve with high accuracy using an air flow meter with low responsiveness, and the pulsation of the air flow through the throttle valve with high accuracy using an air flow meter with low responsiveness. Even if it can be detected, if it is attempted to estimate the in-cylinder charged air amount for each cylinder in consideration of the pulsation of the air flow rate through the throttle valve, the model formula of the numerical calculation model becomes complicated and each numerical value obtained by numerical calculation The estimation accuracy of the in-cylinder charged air amount for each cylinder is low. According to the fourth aspect of the invention, when the pressure in the intake pipe portion is lower than the predetermined pressure, the cylinder charge air amount for each cylinder is estimated. As a result, estimation is performed only when the cylinder air charge amount for each cylinder can be estimated with high accuracy.
The “predetermined pressure” is a pressure lower than the pressure in the intake pipe portion upstream of the intake of the throttle valve, and preferably a pressure that is low enough that the throttle passage air flow rate is hardly affected by the pulsation of the intake pipe pressure. It is.
第5の発明では、第1〜第4の発明のいずれか一つにおいて、上記吸気弁は機関運転状態に応じて作用角が変更され、上記筒内充填空気量算出手段によって算出された筒内充填空気量に基づいて各気筒における実際の作用角を推定する作用角推定手段をさらに具備する。 In a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the intake valve has an in-cylinder calculated by the in-cylinder charged air amount calculating means in which an operating angle is changed according to an engine operating state. A working angle estimating means for estimating an actual working angle in each cylinder based on the amount of charged air is further provided.
第1〜第3の発明によれば、流体流入防止手段によりスロットル弁を通過した空気以外の流体が吸気管部分内に流入しないようにされているときに各気筒毎の筒内充填空気量の推定が行われるため、高精度に各気筒毎の筒内充填空気量を推定することができる場合にのみ推定が行われる。よって、各気筒毎の筒内充填空気量を高精度に推定することができる。 According to the first to third aspects of the invention, when the fluid inflow prevention means prevents fluid other than air that has passed through the throttle valve from flowing into the intake pipe portion, Since the estimation is performed, the estimation is performed only when the cylinder air charge amount for each cylinder can be estimated with high accuracy. Therefore, the cylinder air charge amount for each cylinder can be estimated with high accuracy.
第4および第5の発明によれば、吸気管部分内の圧力が所定圧力よりも低いときに筒内充填空気量の推定が行われるため、スロットル弁通過空気流量の脈動が抑制され、その結果、高い精度で各気筒毎の筒内充填空気量を推定することができる場合にのみ推定が行われる。よって、各気筒毎の筒内充填空気量を高精度に推定することができる。 According to the fourth and fifth aspects of the present invention, the cylinder charge air amount is estimated when the pressure in the intake pipe portion is lower than the predetermined pressure, so that the pulsation of the air flow rate through the throttle valve is suppressed, and as a result, The estimation is performed only when the cylinder air charge amount for each cylinder can be estimated with high accuracy. Therefore, the cylinder air charge amount for each cylinder can be estimated with high accuracy.
以下、図面を参照して本発明の第一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, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The
図1に示したように、本発明の第一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。吸気弁6には可変動弁機構13が取付けられており、これにより吸気弁6の位相角および作用角が変更せしめられる。
As shown in FIG. 1, in the first 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。また、スロットル弁19上流の吸気管16には、吸気管16を通過する空気(吸気ガス)の流量を検出するためのエアフロメータ20が配置される。一方、各気筒の排気ポート9は排気管21に連結され、この排気管21は排気浄化装置22に連結される。燃料タンク(図示せず)等には燃料タンク等内の蒸発燃料を蓄えるためのキャニスタ23に連結され、キャニスタ23はパージ制御弁24を介してスロットル弁19下流において吸気管16に連結される。
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15には、吸気管内の空気(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および吸気管内の空気の温度を検出するための吸気管内温度センサ41が設けられており、これら吸気管内圧力センサ40および吸気管内温度センサ41はそれぞれ吸気管内圧力および吸気管内温度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の開度を検出するためのスロットル開度センサ42と、内燃機関の周囲の大気温度、または吸気管16に吸入される空気の温度(吸気温)を検出するための大気温度センサ43と、内燃機関の周囲の大気圧力、または吸気管16に吸入される空気の圧力(吸気圧)を検出するための大気圧センサ44とが設けられ、これらセンサの出力電圧は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。また、アクセルペダル45にはアクセルペダル45の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ46が接続され、負荷センサ46の出力電圧は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。クランク角センサ47は例えばクランクシャフトが30度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート36に入力される。CPU35ではこのクランク角センサ47の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート37は対応する駆動回路39を介して点火プラグ10、燃料噴射弁11、スロットル弁制御用ステップモータ18、およびEGR制御弁制御用ステップモータ24に接続される。
In addition, a
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は、吸気弁6が閉弁されたときに燃焼室5内に充填されている空気(吸気ガス)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から内燃機関の燃焼室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, in order to set the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the
通常、筒内充填空気量Mcは、流量センサ(エアフロメータ)、大気温度センサおよび大気圧センサ等の多数のセンサ、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 a flow rate sensor (air flow meter), an atmospheric temperature sensor, and an atmospheric pressure sensor, 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。 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.
このようなモデルでは、機関運転状態が同一であれば全ての気筒において筒内充填空気量Mcが同量になるものとして筒内充填空気量Mcを求めているものが多い。しかしながら、実際には、製造誤差等により気筒間で吸気弁の開閉弁時期が異なること等により、機関運転状態が同一であっても各気筒間で筒内充填空気量は異なる。 In many of these models, if the engine operating state is the same, the cylinder charge air amount Mc is calculated assuming that the cylinder charge air amount Mc is the same in all cylinders. However, in actuality, the cylinder charge air amount differs between the cylinders even if the engine operating state is the same, for example, because the opening / closing valve timing of the intake valve differs among the cylinders due to manufacturing errors or the like.
このように実際には気筒間で筒内充填空気量が異なるにも関わらず、全ての気筒において筒内充填空気量が同一であるものとして筒内充填空気量を算出し、算出された筒内充填空気量に基づいて燃料噴射量を決定すると、混合気の空燃比が各気筒毎に異なったものとなってしまう。このような状態で内燃機関を運転すると、各気筒毎に発生するトルクが異なったり、空燃比が適切でない気筒では排気性状が悪化したりするといった問題が生じる。 In this way, the cylinder charge air amount is calculated assuming that the cylinder charge air amount is the same in all the cylinders even though the cylinder charge air amount is actually different among the cylinders. If the fuel injection amount is determined based on the charge air amount, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture becomes different for each cylinder. When the internal combustion engine is operated in such a state, there are problems that the torque generated for each cylinder differs, or that the exhaust property deteriorates in a cylinder where the air-fuel ratio is not appropriate.
そこで、本実施形態では、各気筒毎に筒内充填空気量が異なることを考慮して、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、「スロットル弁通過空気流量mt」と称す)と、スロットル弁19から吸気弁6までの吸気管16等の部分(以下、「吸気管部分」と称す)内に存在する空気(吸気ガス)の圧力(以下、「吸気管内圧力Pm」と称す)とから、各気筒毎に筒内充填空気量Mcを算出するようにしている。
Therefore, in the present embodiment, taking into consideration that the cylinder charge air amount differs for each cylinder, the flow rate of air passing through the
以下、図2および図3を参照して、筒内充填空気量の算出方法について説明する。なお、図2は、吸気管部分におけるモデル(以下、「吸気管モデル」と称す)の基本概念を示している。図3(a)は、クランク角に対する流量の変化を示している。図3中の実線mtはスロットル弁通過空気流量を示しており、実線mcは全ての気筒への筒内吸入空気流量を示している。また、図3(b)は、クランク角に対する吸気管内圧力の変化を示している。 Hereinafter, with reference to FIG. 2 and FIG. 3, a method of calculating the in-cylinder charged air amount will be described. FIG. 2 shows a basic concept of a model in the intake pipe portion (hereinafter referred to as “intake pipe model”). FIG. 3A shows a change in the flow rate with respect to the crank angle. The solid line mt in FIG. 3 indicates the throttle valve passing air flow rate, and the solid line mc indicates the in-cylinder intake air flow rate to all the cylinders. FIG. 3B shows a change in the intake pipe pressure with respect to the crank angle.
まず、図2に示した吸気管モデルについて考える。吸気管部分について質量保存則を適用すると、吸気管内圧力Pmと、吸気管部分に流入する空気流量(すなわち、スロットル弁通過空気流量mt)と、吸気管部分から流出する吸気ガスの流量(すなわち、i番気筒への筒内吸入空気流量mci)とには下記式(1)の関係が成り立つ。
式(2)より、吸気管部分への流入空気流量(mt)が流出空気流量(mci)よりも多ければ吸気管内圧力が上昇し、少なければ吸気管内圧力が降下し、等しければ吸気管内圧力が一定であり、Δt秒間における吸気管内圧力の変化量ΔPmは吸気管部分内の空気量の変化分に相当することがわかる。なお、機関運転状態が後述するような定常状態にある場合、吸気管部分からの流出空気流量(mci)は吸気弁6の開閉に依存して間欠的であるのに対し、吸気管部分からの流入空気流量(mt)は吸気管部分が緩衝となりその変化が穏やかである。このため、流出空気流量(mci)と流入空気流量(mt)との大小関係は反転を繰り返す(図3(a)参照)。これは、上記式(2)の右辺のカッコ内の値が一定周期で正負反転を繰り返すこと、すなわち吸気管内圧力が一定周期で上昇・降下を繰り返すことを意味し、吸気管内圧力の脈動を表す。
From equation (2), if the inflow air flow rate (mt) to the intake pipe portion is larger than the outflow air flow rate (mci), the intake pipe pressure increases, if it is less, the intake pipe pressure decreases, and if equal, the intake pipe pressure decreases. It can be seen that the amount of change ΔPm in the intake pipe pressure during Δt seconds corresponds to the change in the amount of air in the intake pipe portion. When the engine operating state is in a steady state as will be described later, the outflow air flow rate (mci) from the intake pipe portion is intermittent depending on the opening and closing of the
ここで、図3(a)に示したように各気筒の吸気弁6の開弁期間は重複しないと仮定する。この場合、第i気筒への吸入に関して、吸気管内圧力が最大値Pmmaxをとるのは、吸気管内圧力の時間(クランク角)微分値が零のとき(dPm/dt=0)、すなわちスロットル弁通過空気流量mtと第i気筒への筒内吸入空気流量mciとの大きさが釣合ったとき(mt=mci)であって、筒内吸入ガス量mciが増大しているとき、すなわち上記大きさが釣合うまでスロットル弁通過空気流量mtの方が大きかったときである(このときを時刻を最大値時刻tmaxとする)。一方、第i気筒への吸入に関して、吸気管内圧力が最小値Pmminをとるのは、吸気管内圧力の時間微分値が零のときであって、筒内吸入ガス量mciが減少しているとき、すなわち上記大きさが釣合うまで筒内吸入ガス量mciの方が大きかったときである(このときの時刻を最小値時刻tminとする)。
Here, it is assumed that the valve opening periods of the
したがって、第i気筒への吸気ガスの吸入によって生じる吸気管内圧力の降下量(以下、「吸気管内圧力降下量」と称す)ΔPmdwn(すなわち、吸気管内圧力の最大値Pmmaxと最小値Pmminとの差分)は、下記式(3)のように表すことができる。なお、式(3)の積分項は図3(a)の面積Aに相当し、ΔPmdwnは面積Aに比例することがわかる。したがって、面積Aに対応する空気量は、第i気筒に対応する吸気弁が開弁することによる吸気管内圧力の降下量に相当する第i気筒への余分空気量と称することができる。
各気筒の吸気弁6の開弁期間は重複しないとの仮定より、上記式(3)は下記式(4)のように変形することができる。
したがって、機関運転状態が定常状態にあって且つ各気筒の吸気弁6の開弁期間が重複しない場合には、スロットル弁通過空気流量mt、吸気管内温度Tm、吸気管内圧力降下量ΔPmdwnを検出または算出することによって、上記式(4)から第i気筒への筒内充填空気量Mciを算出することができる。
Accordingly, when the engine operating state is in a steady state and the valve opening periods of the
なお、式(4)を実装するにあたっては、式(4)を下記式(5)のように変形してもよい。
ただし、式(4)および式(5)を用いて筒内充填空気量を算出することができるのは、基本的に各気筒の吸気弁6の開弁時期が重複しない場合に限られる。これは、第一実施形態の制御装置を各気筒の吸気弁6の開弁時期が重複している場合について利用すると、算出される各気筒毎の筒内充填空気量Mciの誤差が大きくなってしまうためである。すなわち、図3(a)を用いて説明したように、式(4)または式(5)を用いて筒内充填空気量を算出する場合、筒内充填空気量は面積Cに相当するガス量を微少として無視した近似値となっている。ところが、気筒間の吸気弁6の開弁時期が重複する場合、図4に示したようにスロットル弁通過空気流量mtが大きく、よって面積Cに相当するガス量が無視できないほど大きい。
However, the in-cylinder charged air amount can be calculated using the equations (4) and (5) only when the opening timings of the
そこで、各気筒の吸気弁6の開弁時期が重複する場合、各気筒毎の筒内充填空気量Mciのうち、面積Aに相当するガス量以外のガス量を、図3に示したように長方形の面積として求めるのではなく、台形の面積として求めることとしている。すなわち、上記式(5)中のmt・Δtdwnの代わりにmt・(Δtdwn+Δtioc)/2を用いる。ここで、Δtdwnは上述したように吸気管内圧力が最大値Pmmaxをとるときの最大値時刻tmaxと最小値Pmminをとるときの最小値時刻tminとの間の時間であり(Δtdwn=tmin−tmax)、Δtiocは第i気筒の吸気弁6が開弁する時刻(開弁時期)tioと吸気弁6が閉弁する時刻(閉弁時期)ticとの間の時間、すなわち第i気筒の吸気弁6が開弁している時間である(Δtioc=tic−tio)。したがって、本実施形態では、上記式(5)は、下記式(6)のように書き換えて用いられる。
式(6)では、ΔPmdwnを含む項が図5(b)中の面積Aに相当するガス量を表し、mtを含む項が図5(b)中の面積Bに相当するガス量を表すため、第i気筒への筒内充填空気量Mciは図5(b)中の面積Aと面積Bとを加算した値となっている。図5(a)から分かるように、面積Aに相当するガス量以外のガス量を台形として求めることにより、図4に示した面積Cに相当するガス量の大部分を筒内充填空気量に含めることができる。したがって、式(6)によれば、筒内充填空気量Mciは、第i気筒の吸気弁6の開弁期間中に第i気筒の燃焼室5内に充填されたガス量をより正確に表す値となっており、各気筒の吸気弁6の開弁時期が重複している場合であっても筒内充填空気量Mciの算出誤差を小さく抑えることができる。
In Expression (6), a term including ΔPmdwn represents a gas amount corresponding to the area A in FIG. 5B, and a term including mt represents a gas amount corresponding to the area B in FIG. The in-cylinder charged air amount Mci to the i-th cylinder is a value obtained by adding the area A and the area B in FIG. As can be seen from FIG. 5 (a), by obtaining a gas amount other than the gas amount corresponding to the area A as a trapezoid, most of the gas amount corresponding to the area C shown in FIG. Can be included. Therefore, according to the equation (6), the in-cylinder charged air amount Mci more accurately represents the amount of gas charged in the
なお、上記実施形態では、サージタンク15に吸気管内温度センサ41が取付けられ、吸気管部分内の吸気ガスの温度を検出しているが、スロットル弁19の吸気上流側に温度センサを取付けるかまたはエアフロメータ20と一体的に温度センサを設け、この温度センサによって検出された温度を吸気管内温度として用いてもよい。これは、特に機関運転状態が定常状態にある場合に、吸気管内温度をスロットル弁19の吸気上流側の空気の温度とほぼ等しいものと近似でき、且つ本実施形態では、第i気筒への筒内充填空気量Mciの算出は機関運転状態が定常状態にあるときに行われることによる。
In the above-described embodiment, the intake
このように、機関運転状態が定常状態にあるときに各気筒毎の筒内充填空気量を算出することにより、各気筒毎の筒内充填空気量の相対偏差を求めることができる。このため、例えば、上記数値計算モデルとは別のモデルによってスロットル弁開度等から全気筒への筒内充填空気量の平均値を算出することができれば、このように算出された全気筒への筒内充填空気量の平均値に、上記数値計算モデルによって算出された各気筒毎の筒内充填空気量の相対偏差を乗算することで、各気筒毎の筒内充填空気量が算出される。この場合、上記スロットル弁開度等から全気筒への筒内充填空気量の平均値を算出するモデルが機関運転状態が過渡状態にあるときに対応するモデルであれば、機関運転状態が過渡状態にあっても各気筒毎の筒内充填空気量を算出することができる。 Thus, by calculating the in-cylinder charged air amount for each cylinder when the engine operating state is in a steady state, the relative deviation of the in-cylinder charged air amount for each cylinder can be obtained. Therefore, for example, if the average value of the in-cylinder charged air amount to all the cylinders can be calculated from the throttle valve opening etc. by a model different from the above numerical calculation model, The in-cylinder charged air amount for each cylinder is calculated by multiplying the average value of the in-cylinder charged air amount by the relative deviation of the in-cylinder charged air amount for each cylinder calculated by the numerical calculation model. In this case, if the model for calculating the average value of the in-cylinder charged air amount to all cylinders from the throttle valve opening etc. is a model corresponding to when the engine operating state is in the transient state, the engine operating state is in the transient state. Even in this case, the in-cylinder charged air amount for each cylinder can be calculated.
ところで、上述したような各気筒毎の筒内充填空気量Mciの算出は、機関運転状態が定常状態にあれば常に正確に行えるわけではなく、機関運転状態が定常状態にあっても各気筒毎の筒内充填空気量Mciの算出精度が低い機関運転状態が存在する。このような機関運転状態としては例えば以下のようなものが挙げられる。 By the way, the calculation of the in-cylinder charged air amount Mci for each cylinder as described above is not always accurate if the engine operating state is in a steady state. There is an engine operating state in which the calculation accuracy of the in-cylinder charged air amount Mci is low. Examples of such engine operating states include the following.
一つ目の運転状態としては内部EGRが行われている状態が挙げられる。多くの内燃機関では、燃焼室5から排出される排気ガス中のNOX濃度を低下させるためまたは燃焼室5内で成層燃焼を行う際にスロットル弁19によるポンピングロスを低減させるために、吸気弁6を介して燃焼室5内の排気ガスの一部を吸気ポート7へ戻して、再び燃焼室5へ流入させる内部EGR機構を有する。本実施形態では、内部EGR機構は、クランクシャフトの回転角度に対するカムシャフトの回転角度を相対的に変更させること等によって吸気弁6等の位相角および作用角を変更させる機械式の可変動弁機構から構成され、吸気弁6の位相角および作用角に応じて燃焼室5から吸気ポート7へ戻される排気ガス(EGRガス)の量が変わる。すなわち、各気筒の排気行程中に吸気弁6が開弁している期間を長くすることで、換言すると排気弁8と吸気弁6とが同時に開弁している(バルブオーバーラップ)期間を長くすることでEGRガスが増大する。逆に、排気行程中に吸気弁6を全く開弁させなければ、または排気弁8と吸気弁6とのバルブオーバーラップ期間が全くなければ、吸気ポート7へ戻されるEGRガスの量は零になる。
The first operating state includes a state in which internal EGR is performed. In many internal combustion engines, an intake valve is used to reduce the NO x concentration in the exhaust gas discharged from the
内部EGRが行われていて排気ガスが吸気ポート7内へ戻されている場合、すなわちバルブオーバーラップがある場合、吸気管部分にはスロットル弁19を介して流入する空気に加えてEGRガスが流入せしめられる。図2に示したように吸気管モデルでは、吸気管に流入する気体をスロットル弁通過空気のみとして上記数値計算モデルを作成しているため、上記吸気管モデルは吸気管部分にEGRガスが流入せしめられる場合に対応しておらず、よって吸気管部分にEGRガスが流入せしめられる場合に上記吸気管モデルを用いると、この吸気管モデルによって算出される各気筒毎の筒内充填空気量の算出精度は低いものとなる。一方、吸気管部分にEGRガスが流入せしめられる場合に対応するように数値計算モデルを作成した場合、モデルが複雑になってECU31に対する負荷が大きくなると共に、数値計算モデルでの計算に用いられる運転パラメータが増大して各気筒毎の筒内充填空気量の算出精度が低下する。したがって、内部EGRが行われている場合、すなわちバルブオーバーラップがある場合には、機関運転状態が定常状態にあっても各気筒毎の筒内充填空気量Mciの算出精度は低いものとなってしまう。
When the internal EGR is performed and the exhaust gas is returned into the intake port 7, that is, when there is a valve overlap, the EGR gas flows into the intake pipe portion in addition to the air flowing in through the
二つ目の運転状態としてはパージ制御が行われている状態が挙げられる。本実施形態では、燃料タンク等などの燃料供給系統から蒸発した燃料蒸気を一時的に蓄えるためのキャニスタ23が設けられている。キャニスタ23は、燃料蒸気を吸着し且つ空気を流すと再び燃料蒸気を離脱させる性質を有する活性炭を収容しており、例えば機関停止時等、燃料の蒸発が盛んなときに蒸発燃料をトラップすると共に、機関運転時にはキャニスタの外部から大気を取り入れて、活性炭に吸着している蒸発燃料を離脱させてスロットル弁19下流の吸気管16に吸い込ませ、パージさせている(パージ制御)。蒸発燃料を含んだ空気(以下、「パージガス」と称す)のキャニスタ23から吸気管16への流通は、パージ制御弁24によって行われる。パージ制御弁24の開閉は、機関運転状態に応じて行われ、基本的にパージ制御弁24の開度が大きいほど吸気管16へ流入せしめられるパージガスの流量が多くなる。
The second operating state includes a state where purge control is performed. In the present embodiment, a
パージ制御が行われていてパージガスが吸気管16内へ流入せしめられている場合、すなわちパージ制御弁24が開弁されている場合、吸気管部分にはスロットル弁19を介して流入する空気に加えてパージガスが流入せしめられる。上述したように吸気管モデルでは、吸気管に流入する気体をスロットル弁通過空気量のみとして上記数値計算モデルを作成しているため、パージガスが吸気管部分内に流入せしめられると、この吸気管モデルによって算出される各気筒毎の筒内充填空気量の算出精度は低いものとなる。一方、吸気管部分にパージガスが流入せしめられる場合に対応するように数値計算モデルを作成した場合、モデルが複雑になってECU31に対する負荷が大きくなると共に、数値計算モデルでの計算に用いられる運転パラメータが増大して各気筒毎の筒内充填空気量の算出精度が低下する。したがって、パージ制御が行われている場合、すなわちパージ制御弁24が開弁せしめられている場合には、機関運転状態が定常状態にあっても各気筒毎の筒内充填空気量Mciの算出精度は低いものとなってしまう。
When purge control is being performed and purge gas is flowing into the
三つ目の運転状態としては、吸気管負圧が低い場合、すなわち吸気管部分の圧力が高い場合が挙げられる。上述したように、式(6)を利用する上記吸気管モデルでは、最大値時刻tmaxから最小値時刻tminまでの期間に亘ってスロットル通過空気流量mtがほぼ一定であると近似して各気筒毎の筒内充填空気量が算出されており、式(6)で利用されるスロットル通過空気流量mtは、例えば最大値時刻tmaxから最小値時刻tminまでの期間または吸気弁6の開弁期間中にエアフロメータ20によって検出されたスロットル通過空気流量を平均した値とされている。
The third operating state includes a case where the intake pipe negative pressure is low, that is, a case where the pressure in the intake pipe portion is high. As described above, in the intake pipe model using the equation (6), it is approximated that the throttle passage air flow rate mt is substantially constant over the period from the maximum value time tmax to the minimum value time tmin. The in-cylinder charged air amount is calculated, and the throttle passage air flow rate mt used in the equation (6) is, for example, during the period from the maximum value time tmax to the minimum value time tmin or during the valve opening period of the
しかしながら、実際にはスロットル通過空気流量は脈動しており、スロットル通過空気流量の脈動が大きいと、式(6)で近似的に利用されるスロットル通過空気流量mtとの誤差が大きくなり、結果的に上記吸気管モデルで算出される各気筒毎の筒内充填空気量Mciの算出精度が低いものとなってしまう。 However, in actuality, the throttle passage air flow rate pulsates, and if the pulsation of the throttle passage air flow rate is large, an error from the throttle passage air flow rate mt approximately used in the equation (6) increases. In addition, the calculation accuracy of the cylinder air charge amount Mci for each cylinder calculated by the intake pipe model is low.
実際のスロットル通過空気流量の脈動が大きい場合としては、例えば、スロットル弁19のスロットル開度が大きい場合および吸気弁6の作用角が小さい場合が挙げられる。スロットル開度が大きい場合には、吸気管部分にはスロットル弁19を介して空気が流入し易い。このため、吸気管部分の負圧は低く、すなわち吸気管内圧力は高く、スロットル弁19上流における吸気管16内の空気の圧力(以下、「上流吸気管内圧力」と称す)と吸気管内圧力との差圧は小さい。同様に、吸気弁6の作用角が小さい場合には、吸気管部分から吸気弁6を介して燃焼室5内へ流出する空気は少ない。このため、吸気管内圧力は低下しにくく、上流吸気管内圧力と吸気管内圧力との差圧は小さい。
Examples of the case where the actual pulsation of the throttle passage air flow rate is large include a case where the throttle opening of the
ここで、吸気弁6の開閉によって生じる吸気管内圧力の脈動は、吸気管内圧力と上流吸気管内圧力との差圧が大きいほど、すなわち吸気管部分の負圧が大きいほど、吸気管部分を越えて伝わりにくく、よってスロットル通過空気流量も脈動しにくい。逆に、吸気管内圧力と上流吸気管内圧力との差圧が小さいほど、すなわち吸気管部分の負圧が小さいほど、吸気管部分を越えて伝わり、よってスロットル通過空気流量も脈動し易い。したがって、スロットル弁19のスロットル開度が大きい場合および吸気弁6の作用角が小さい場合に、上記吸気管モデルで算出される各気筒毎の筒内充填空気量Mciの算出精度が低いものとなる。
Here, the pulsation of the intake pipe pressure caused by opening and closing of the
このように、機関運転状態が上述した三つの運転状態にある場合には、機関運転状態が定常状態にあっても各気筒毎の筒内充填空気量Mciの算出精度が低い。そこで、本発明では、機関運転状態が上述した三つの運転状態にある場合、各気筒毎の筒内充填空気量Mciの算出を行わないようにしている。これにより、算出精度が低い状態で各気筒毎の筒内充填空気量Mciの算出が行われることが防止され、各気筒毎の筒内充填空気量Mciの算出は常に高い精度で行われるようになり、その結果、常に各気筒毎の筒内充填空気量の相対偏差を正確に求めることができる。 Thus, when the engine operating state is in the three operating states described above, the calculation accuracy of the in-cylinder charged air amount Mci for each cylinder is low even if the engine operating state is in a steady state. Therefore, in the present invention, when the engine operating state is the above-described three operating states, the cylinder charge air amount Mci for each cylinder is not calculated. This prevents the calculation of the cylinder charge air amount Mci for each cylinder in a state where the calculation accuracy is low, so that the calculation of the cylinder charge air amount Mci for each cylinder is always performed with high accuracy. As a result, the relative deviation of the in-cylinder charged air amount for each cylinder can always be accurately obtained.
図6は、筒内充填空気量を算出する時期を決定する算出時期決定制御の制御ルーチンを示す。まず、ステップ101において、機関運転状態が定常状態にあるか否かが判定され、機関運転状態が定常状態にないと判定された場合、すなわち過渡状態にある場合には制御ルーチンが終了せしめられ、筒内充填空気量の算出が行われない。一方、機関運転状態が定常状態にあると判定された場合にはステップ102へと進む。ステップ102では、バルブオーバーラップがあるか否かが判定され、バルブオーバーラップがある場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ102でバルブオーバーラップがないと判定された場合にはステップ103へと進み、パージ制御弁24が閉弁されているか否かが判定される。パージ制御弁24が開弁されていると判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、パージ制御弁24が閉弁されていると判定された場合には、ステップ104へと進む。
FIG. 6 shows a control routine of calculation timing determination control for determining the timing for calculating the cylinder charge air amount. First, in
ステップ104では、スロットル開度Dtが所定スロットル開度Dtp以下であるか否かが判定される。所定スロットル開度Dtpは、例えば、スロットル通過空気流量が吸気管内圧力の脈動の影響をほとんど受けない程度に吸気管内圧力が低くなるような開度とされる。スロットル開度Dtが所定スロットル開度Dtpよりも大きいと判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、スロットル開度Dtが所定スロットル開度Dtp以下であると判定された場合には、ステップ105へと進む。ステップ105では、作用角Anが所定作用角Anp以上であるか否かが判定される。所定作用角Anpは、例えば、スロットル通過空気流量が吸気管内圧力の脈動の影響をほとんど受けない程度に吸気管内圧力が低くなるような作用角とされる。作用角Anが所定作用角Anpよりも小さいと判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、作用角Anが所定作用角Anp以上であると判定された場合には、ステップ106へと進む。ステップ106では、スロットル通過空気流量mtおよび吸気管圧力Pmに基づいて上記式(6)を用いて各気筒毎の筒内充填空気量Mciが算出され、制御ルーチンが終了せしめられる。
In
なお、上記実施形態では、機関運転状態が定常状態であることに加えて、バルブオーバーラップがないこと、パージ制御弁が閉弁していること、スロットル開度が所定スロットル開度以下であること、および作用角が所定作用角以上であることの四つの条件全てを満たしている場合にのみ筒内充填空気量Mciを算出することとしている。しかしながら、これら四つの条件全てを満たしていなくても、これら条件のうち少なくともいずれか一つの条件を満たしていれば、筒内充填空気流量の算出を行ってもよい。また、上記実施形態では、可変動弁機構は機械式であるとしているが、電磁駆動式吸気弁を用いる等、他の可変動弁機構を用いてもよい。 In the above embodiment, in addition to the engine operating state being a steady state, there is no valve overlap, the purge control valve is closed, and the throttle opening is equal to or less than a predetermined throttle opening. The cylinder air charge amount Mci is calculated only when all the four conditions that the working angle is equal to or larger than the predetermined working angle are satisfied. However, even if all of these four conditions are not satisfied, the in-cylinder charged air flow rate may be calculated as long as at least one of these conditions is satisfied. In the above embodiment, the variable valve mechanism is mechanical. However, another variable valve mechanism such as an electromagnetically driven intake valve may be used.
次に、本発明の第一実施形態の制御装置の変更例について説明する。本変更例では、図7に示すように、可変動弁機構が設けられておらず、替わりに排気管21とサージタンク15とが再循環排気ガス(以下、EGRガスという)通路25を介して互いに連結される。EGRガス通路25内にはステップモータ27によって駆動されるEGRガス制御弁26が配置されている。
Next, a modified example of the control device according to the first embodiment of the present invention will be described. In this modified example, as shown in FIG. 7, the variable valve mechanism is not provided. Instead, the
本変更例では、可変動弁機構による内部EGRを実行することはできないが、替わりにEGRガス通路25を用いた外部EGRを行うことができる。すなわち、EGRガス通路25、EGRガス制御弁26等は外部EGR機構を構成し、この外部EGR機構は内部EGR機構の場合と同様な理由で、燃焼室5から排気ポート9へと排出された排気ガスの一部をサージタンク15内へ流入させて再び燃焼室5へ流入させる。外部EGR機構では、EGRガス制御弁26の開度に応じて排気ポート9からサージタンク15内へ流入する排気ガス(EGRガス)の流量が変わる。
In this modification, internal EGR by the variable valve mechanism cannot be executed, but external EGR using the
外部EGRが行われていて排気ガスがサージタンク15内へ流入せしめられている場合、すなわちEGRガス制御弁26が開弁されている場合、吸気管部分にはスロットル弁19を介して流入する空気に加えてEGRガスが流入せしめられる。このため、外部EGRが行われている場合、すなわちEGRガス制御弁26が開弁せしめられている場合には、上述した外部EGRの場合と同様に、機関運転状態が定常状態にあっても各気筒毎の筒内充填空気量Mciの算出精度は低いものとなってしまう。
When external EGR is performed and exhaust gas is allowed to flow into the
そこで、本変更例では、EGRガス制御弁26が開弁されている場合、各気筒毎の筒内充填空気量Mciの算出を行わないようにしている。これにより、算出精度が低い状態で各気筒毎の筒内充填空気量Mciの算出が行われることが防止され、その結果、常に各気筒毎の筒内充填空気量の相対偏差を正確に求めることができる。
Therefore, in this modified example, when the EGR
次に、本発明の第二実施形態の内燃機関の制御装置について説明する。第二実施形態の制御装置は、基本的に第一実施形態の制御装置と同様である。ところで、機関回転数、吸気弁の位相角、吸気管内圧力等、内燃機関の運転パラメータがそれぞれ同一である場合、第i気筒への筒内充填空気量Mciは第i気筒の吸気弁6の作用角によって一意に決定される。例えば、作用角以外の運転パラメータを固定した場合、筒内充填空気量Mciと実際の作用角との関係は図8に示したような曲線となる。したがって、作用角以外の運転パラメータをそれぞれ特定の値またはその近傍の値に固定した状態で、上記実施形態における操作(以下、「空気量算出操作」と称す)よって算出された第i気筒への筒内充填空気量Mciから、図8に示したようなマップに基づいて第i気筒の吸気弁6の実際の作用角を推定することができる。
Next, an internal combustion engine control apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described. The control device of the second embodiment is basically the same as the control device of the first embodiment. By the way, when the operating parameters of the internal combustion engine, such as the engine speed, the intake valve phase angle, and the intake pipe pressure, are the same, the in-cylinder charged air amount Mci to the i-th cylinder is the function of the
具体的には、本実施形態では、作用角以外の運転パラメータ(例えば、機関回転数、吸気弁6の位相角、吸気管内圧力の平均値)が特定の値またはその近傍の値をとる場合における筒内充填空気量と作用角との図8に示したような曲線を予め実験的にまたは計算によって求め、図8に示したようなマップとしてECU31のROM34に保存する。そして、内燃機関の運転中に作用角以外の運転パラメータが上記特定の値またはその近傍の値をとっている場合に、上記空気量算出操作によって各気筒毎の筒内充填空気量Mciを算出する。算出された各気筒毎の筒内充填空気量Mciと、上記ROM34に保存されたマップとから、吸気弁6の実際の作用角を算出する。これにより、本実施形態によれば、比較的正確に吸気弁6の実際の作用角を算出することができる。
Specifically, in the present embodiment, when the operating parameters other than the operating angle (for example, the engine speed, the phase angle of the
ところで、機械式の可変動弁機構13によって吸気弁6が駆動されている場合、可変動弁機構に用いられるカムの摩耗等によりECU31から可変動弁機構へ指令される目標作用角と吸気弁6の実際の作用角との間にずれが生じてしまう。吸気弁6を駆動するために電磁式の吸気弁6の可変動弁機構(図示せず)が設けられた場合、可変動弁機構内に用いられるスプリングの劣化等によりECU31から可変動弁機構へ指令される目標作用角と吸気弁6の実際の作用角との間にずれが生じてしまう。このようなずれが生じると、吸気弁6の作用角を適切に制御することができなくなり、機関出力や燃費または排気性状の悪化を招いてしまう。
When the
そこで、本実施形態では、空気量算出操作に基づいて算出された実際の作用角がECU31から可変動弁機構へ指令された目標作用角と異なる場合には、算出された実際の作用角と目標作用角との差分を補償するような補正をすることにより、吸気弁6の実際の作用角を常に目標作用角に一致させるようにする。
Therefore, in the present embodiment, when the actual operating angle calculated based on the air amount calculation operation is different from the target operating angle commanded from the
例えば、推定された実際の作用角と目標作用角とが異なる場合に、これらの差分を算出する。そして、次サイクル以降ではECU31から可変動弁機構へは、目標作用角に上記算出された差分を加算された値が指令される。
For example, when the estimated actual working angle is different from the target working angle, these differences are calculated. Then, after the next cycle, a value obtained by adding the calculated difference to the target operating angle is commanded from the
したがって、第二実施形態によれば、吸気弁6の実際の作用角を常に目標作用角に一致させるように制御することにより、すなわち推定された実際の作用角に基づいて内燃機関を制御することにより、機関出力や燃費または排気性状の悪化を抑制することができる。
Therefore, according to the second embodiment, the internal combustion engine is controlled by controlling the actual working angle of the
なお、本明細書において、機関運転状態が定常状態にある場合とは、内燃機関の運転パラメータ(例えば、機関回転数、機関負荷、筒内充填空気量等)がほとんど変動せずにほぼ一定に維持されているような運転状態を意味し、一方、機関運転状態が過渡状態にある場合とは、内燃機関の運転パラメータが大きく変動しているような運転状態を意味する。 In this specification, when the engine operating state is in a steady state, the operating parameters of the internal combustion engine (for example, engine speed, engine load, in-cylinder charged air amount, etc.) hardly change and are almost constant. On the other hand, it means that the operating state is maintained, while the case where the engine operating state is in a transient state means an operating state in which the operating parameters of the internal combustion engine vary greatly.
1 機関本体
5 燃焼室
6 吸気弁
7 吸気ポート
8 排気弁
11 燃料噴射弁
13 可変動弁機構
14 吸気枝管
15 サージタンク
16 吸気管
19 スロットル弁
20 エアフロメータ
23 キャニスタ
31 ECU
40 吸気管内圧力センサ
41 吸気管内温度センサ
DESCRIPTION OF
40 Intake
Claims (5)
スロットル弁を通過するスロットル通過空気量を検出するスロットル通過空気量検出手段と、
上記吸気管部分内の圧力を検出する吸気管内圧力検出手段と、
上記スロットル通過空気量検出手段によって検出されたスロットル通過空気量と上記吸気管内圧力検出手段によって検出された吸気管部分内の圧力とに基づいて各気筒毎に筒内充填空気量を推定する筒内充填空気量推定手段と、
該筒内充填空気量推定手段によって推定された各気筒毎の筒内充填空気量に基づいて内燃機関を制御する機関制御手段とを具備する内燃機関の制御装置において、
上記吸気管部分内に上記スロットル弁を通過した空気以外の流体が流入しないようにする流体流入防止手段をさらに具備し、
上記筒内充填空気量推定手段は、上記流体流入防止手段によって上記吸気管部分内に上記スロットル弁を通過した空気以外の流体が流入しないようにされているときであって且つ上記吸気管部分内の圧力が所定圧力よりも低いときに推定を行う内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine capable of causing a fluid other than air that has passed through the throttle valve to flow into an intake pipe portion downstream of the throttle valve.
A throttle passage air amount detecting means for detecting a throttle passage air amount passing through the throttle valve;
Intake pipe pressure detection means for detecting the pressure in the intake pipe portion;
In-cylinder for estimating the in-cylinder charged air amount for each cylinder based on the throttle-passing air amount detected by the throttle-passing air amount detecting means and the pressure in the intake pipe portion detected by the intake pipe pressure detecting means Filling air amount estimation means;
An internal combustion engine control device comprising engine control means for controlling the internal combustion engine based on the in-cylinder charged air amount for each cylinder estimated by the in-cylinder charged air amount estimating means;
Fluid inflow prevention means for preventing fluid other than air that has passed through the throttle valve from flowing into the intake pipe portion;
The in-cylinder charged air amount estimation means is configured to prevent fluid other than air that has passed through the throttle valve from flowing into the intake pipe portion by the fluid inflow prevention means and in the intake pipe portion. A control device for an internal combustion engine that estimates when the pressure of the engine is lower than a predetermined pressure .
上記スロットル弁よりも吸気下流の吸気管部分内の圧力を検出する吸気管内圧力検出手段と、
上記スロットル通過空気量検出手段によって検出されたスロットル通過空気量と上記吸気管内圧力検出手段によって検出された吸気管部分内の圧力とに基づいて各気筒毎に筒内充填空気量を推定する筒内充填空気量推定手段と、
該筒内充填空気量推定手段によって推定された各気筒毎の筒内充填空気量に基づいて内燃機関を制御する機関制御手段とを具備し、
上記筒内充填空気量推定手段は、上記吸気管部分内の圧力が所定圧力よりも低いときに推定を行う内燃機関の制御装置。 A throttle passage air amount detecting means for detecting a throttle passage air amount passing through the throttle valve;
Intake pipe pressure detection means for detecting the pressure in the intake pipe portion downstream of the throttle valve,
In-cylinder for estimating the in-cylinder charged air amount for each cylinder based on the throttle-passing air amount detected by the throttle-passing air amount detecting means and the pressure in the intake pipe portion detected by the intake pipe pressure detecting means Filling air amount estimation means;
Engine control means for controlling the internal combustion engine based on the in-cylinder charged air amount for each cylinder estimated by the in-cylinder charged air amount estimating means,
The in-cylinder charged air amount estimation means is a control device for an internal combustion engine that performs estimation when the pressure in the intake pipe portion is lower than a predetermined pressure.
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