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JP4650082B2 - Ideal value arithmetic unit - Google Patents
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Description

本発明は、管を流れる空気流量や管内の圧力など、物理量の理想的な値を演算する理想値演算装置に関する。   The present invention relates to an ideal value calculation device that calculates an ideal value of a physical quantity such as a flow rate of air flowing through a pipe and a pressure in the pipe.

一般的に、内燃機関の吸気通路を流れる空気流量や吸気通路内の圧力など、物理量の計測値は、物理現象をエアフロメータの電気的信号など別の現象に変換した後に演算することで定量的に計測できるようにしている。   In general, measured values of physical quantities such as the flow rate of air flowing through the intake passage of an internal combustion engine and the pressure in the intake passage are quantitatively calculated by converting the physical phenomenon into another phenomenon such as an electrical signal of the air flow meter. Can be measured.

エアフロメータにより計測した値は精度が良好であるが、内燃機関の空気流量が増加している場合には、変換および演算の過程で実際の流量よりも応答が遅れる結果、計測値に時間的な誤差が生じてしまう。また、エアフロメータは吸気脈動やノイズまでも信号として出力してしまうため、計測値への影響は大きかった。   The value measured by the air flow meter is good in accuracy, but when the air flow rate of the internal combustion engine is increasing, the response is delayed from the actual flow rate in the process of conversion and calculation. An error will occur. In addition, since the air flow meter outputs even intake pulsation and noise as a signal, the influence on the measured value was great.

これに対して、特許文献1〜4では、エアフロメータにおける応答遅れを一次進み補正モデルなどにより応答遅れ分だけを進み補正することで時間的な誤差を少なくし、平均手段により吸気脈動やノイズの影響を軽減していた。
特許第3297890号公報 特開2003−314347号公報 特許第3356799号公報 特開2002−130042号公報
On the other hand, in Patent Documents 1 to 4, the response delay in the air flow meter is corrected by advancing and correcting only the response delay by a primary advance correction model or the like, and the time error is reduced by the averaging means. The impact was reduced.
Japanese Patent No. 3297890 JP 2003-314347 A Japanese Patent No. 3356799 JP 2002-130042 A

しかしながら、補正モデルにおいては空気流量の応答が一次遅れとならない限り時間的な誤差が生じることとなり、進み補正によって吸気脈動やノイズによる影響が増幅され真の流量との間に変動誤差を生じることになる。また、平均手段によって応答性が悪化するなど副作用的な問題があった。   However, in the correction model, a time error occurs unless the response of the air flow rate becomes the first order lag, and the influence of the intake pulsation and noise is amplified by the advance correction, resulting in a fluctuation error between the true flow rate. Become. In addition, there are side effects such as deterioration of responsiveness by means of averaging.

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、空気流量や圧力などの物理量計測値と、計測対象のモデル計測値とに基づいて、応答遅れおよび誤差の影響を抑制しつつ物理量の理想値を演算することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and based on physical quantity measurement values such as air flow rate and pressure, and model measurement values to be measured, the ideal value of the physical quantity while suppressing the influence of response delay and error. The purpose is to calculate

そのため本発明では、物理量を計測し、その計測値の変化量を積算する一方、計測対象をモデルによりモデル計測値として演算し、その変化量を積算し、モデル計測値変化量積算値と計測値変化量積算値とから偏差を演算し、物理量計測値に偏差を加算して理想値を演算する。   Therefore, in the present invention, the physical quantity is measured and the change amount of the measurement value is integrated, while the measurement target is calculated as a model measurement value by the model, the change amount is integrated, and the model measurement value change integration value and the measurement value are integrated. The deviation is calculated from the change amount integrated value, and the ideal value is calculated by adding the deviation to the physical quantity measurement value.

本発明によれば、物理量計測値に基づいて計測対象の物理量を精度良く計測し、モデル計測値に基づいて物理量計測値の応答遅れを抑制する一方、計測対象の物理量が変動する場合などにおいても、偏差により物理量計測値若しくはモデル計測値の影響する割合を変化させるため、応答性の向上および物理量計測値の変動成分の除去を図りつつ計測対象の物理量の理想値を演算できるという効果がある。   According to the present invention, the physical quantity of the measurement target is accurately measured based on the physical quantity measurement value, and the response delay of the physical quantity measurement value is suppressed based on the model measurement value, while the physical quantity of the measurement target varies. Since the ratio of the influence of the physical quantity measurement value or the model measurement value is changed by the deviation, there is an effect that the ideal value of the physical quantity to be measured can be calculated while improving the responsiveness and removing the fluctuation component of the physical quantity measurement value.

以下、図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、第1の実施形態におけるエンジン1の制御装置のシステム構成図である。   FIG. 1 is a system configuration diagram of a control device for an engine 1 according to the first embodiment.

エンジン1の各気筒のシリンダ2及びピストン3により画成される燃焼室4には、点火プラグ5を囲むように、吸気バルブ6と排気バルブ7とを備えている。8は排気通路、9は吸気通路である。   The combustion chamber 4 defined by the cylinder 2 and the piston 3 of each cylinder of the engine 1 is provided with an intake valve 6 and an exhaust valve 7 so as to surround the spark plug 5. 8 is an exhaust passage, and 9 is an intake passage.

吸気通路9には、上流側からエアクリーナ12および電制スロットルバルブ(バタフライバルブ)13が配設されており、電制スロットルバルブ13のバルブ開口面積に応じて空気をシリンダ2内に導入する。電制スロットルバルブ13は、エンジン制御装置(ECU)30のスロットル開度指令に基づいてバルブ開口面積が決定される。   An air cleaner 12 and an electric throttle valve (butterfly valve) 13 are disposed in the intake passage 9 from the upstream side, and air is introduced into the cylinder 2 in accordance with the valve opening area of the electric throttle valve 13. The electric throttle valve 13 has a valve opening area determined based on a throttle opening command of an engine control unit (ECU) 30.

吸気通路9のコレクタ11の下流のマニホールドブランチ部には、燃料噴射弁10が配設されている。   A fuel injection valve 10 is disposed in the manifold branch portion of the intake passage 9 downstream of the collector 11.

また、ECU30には、エアフロメータ23、スロットル開度センサ24、ブーストセンサ(圧力センサ)25、温度センサ26、クランク角センサ27及び大気圧センサ28からの信号が入力される。   In addition, signals from the air flow meter 23, the throttle opening sensor 24, the boost sensor (pressure sensor) 25, the temperature sensor 26, the crank angle sensor 27, and the atmospheric pressure sensor 28 are input to the ECU 30.

エアフロメータ23は、電制スロットルバルブ13より上流の吸気通路9に設けられた熱線式流量計であり、電制スロットルバルブ13を通過する空気量に応じた信号を出力する。   The air flow meter 23 is a hot-wire flow meter provided in the intake passage 9 upstream from the electric throttle valve 13 and outputs a signal corresponding to the amount of air passing through the electric throttle valve 13.

スロットル開度センサ24は、電制スロットルバルブ13の開度に応じた信号を出力する。   The throttle opening sensor 24 outputs a signal corresponding to the opening degree of the electric throttle valve 13.

ブーストセンサ25は、電制スロットルバルブ13より下流のコレクタ11に設けられ、コレクタ11内の圧力に応じた信号を出力する。   The boost sensor 25 is provided in the collector 11 downstream from the electric throttle valve 13 and outputs a signal corresponding to the pressure in the collector 11.

温度センサ26は、コレクタ11に設けられ、吸気温度に応じた信号を出力する。なお、温度センサ26は、エアフロメータ23またはブーストセンサ25に一体的に設けられるものであってもよい。   The temperature sensor 26 is provided in the collector 11 and outputs a signal corresponding to the intake air temperature. The temperature sensor 26 may be provided integrally with the air flow meter 23 or the boost sensor 25.

クランク角センサ27は、エンジン1に設けられ、エンジン1のクランク角に応じた信号を出力する。このクランク角センサ27の信号によりエンジン回転数を検出可能である。   The crank angle sensor 27 is provided in the engine 1 and outputs a signal corresponding to the crank angle of the engine 1. The engine speed can be detected from the signal of the crank angle sensor 27.

大気圧センサ28は、大気圧に応じた信号を出力する。   The atmospheric pressure sensor 28 outputs a signal corresponding to the atmospheric pressure.

なお、スロットル開度センサ24およびクランク角センサ27は、エアフロメータ23からの信号より時間的に先行して信号が出力されるものを用いている。   Note that the throttle opening sensor 24 and the crank angle sensor 27 use signals that are output in time before the signal from the air flow meter 23.

ECU30は、各種センサの出力信号に基づいて各種演算および各種制御を行う。例えば、各種演算では、スロットル開度、吸入空気量、エンジン回転数、コレクタ圧力、スロットル開度、吸気温度、大気圧などの演算を行う。各種制御では、電制スロットルバルブ13の開度制御、燃料噴射弁10からの燃料噴射時期および燃料噴射量の制御、点火プラグ5の点火時期制御などを行う。   The ECU 30 performs various calculations and various controls based on output signals from various sensors. For example, in various calculations, calculations such as throttle opening, intake air amount, engine speed, collector pressure, throttle opening, intake temperature, atmospheric pressure, and the like are performed. In various controls, opening control of the electric throttle valve 13, control of the fuel injection timing and fuel injection amount from the fuel injection valve 10, control of ignition timing of the spark plug 5, and the like are performed.

ここで、エンジン1が定常状態である場合において、エアフロメータ23などのセンサにより物理量計測値Qaを計測した場合には、計測値の精度は良いという利点があるが、センサ出力に基づいてECU30が演算を行わなければならないため、吸気通路9を流れる空気流量が増加した場合には応答遅れが生じてしまうこと、および吸気脈動やノイズのように変動(外乱)が生じている状態で計測値Qaが計測されてしまうという問題点がある。   Here, in the case where the engine 1 is in a steady state, when the physical quantity measurement value Qa is measured by a sensor such as the air flow meter 23, there is an advantage that the accuracy of the measurement value is good, but the ECU 30 is based on the sensor output. Since the calculation must be performed, the measured value Qa in a state where a response delay occurs when the flow rate of air flowing through the intake passage 9 increases and fluctuations (disturbances) such as intake pulsation and noise occur. There is a problem that is measured.

一方、エアフロメータ23による計測対象である空気流量をモデルによりモデル計測値Qmとして演算する場合には、スロットル開度やエンジン回転など、空気流量以外のパラメータに基づいてモデル計測値Qmを演算するため、空気流量の変動を受けずに計測値Qmの応答性は良いという利点があるが、モデル計測値Qmの精度は低下するという問題点がある。   On the other hand, when the air flow rate to be measured by the air flow meter 23 is calculated as a model measured value Qm using a model, the model measured value Qm is calculated based on parameters other than the air flow rate, such as throttle opening and engine rotation. Although there is an advantage that the responsiveness of the measured value Qm is good without receiving fluctuations in the air flow rate, there is a problem that the accuracy of the model measured value Qm is lowered.

そこで本発明では、物理量計測対象としてエンジン1の吸気通路9を流れる空気流量を例にして説明すると、空気流量Qaおよびモデル計測値Qmの利点を融合するMSF(Model & Sensor value Fusion System)によってシステムのロバスト性(応答度合い)および変動要素の除去を高いレベルで両立しつつ計測対象の理想値(目標値)Qを演算する。なお、理想値Qとは、計測対象の物理量の真値(燃料噴射量などの演算に用いられるのに適した値)との誤差が略ゼロとなるように演算される値であり、真値に定常変動成分(吸気脈動やノイズ)があっても変動が略ゼロとなる値をいう。   Therefore, in the present invention, the air flow rate flowing through the intake passage 9 of the engine 1 as an example of the physical quantity measurement will be described as an example. The system is an MSF (Model & Sensor value Fusion System) that combines the advantages of the air flow rate Qa and the model measurement value Qm. The ideal value (target value) Q of the object to be measured is calculated while satisfying both the robustness (degree of response) and the removal of variable elements at a high level. The ideal value Q is a value that is calculated so that an error from a true value of a physical quantity to be measured (a value that is suitable for calculation of a fuel injection amount or the like) becomes substantially zero. Even if there is a steady fluctuation component (intake pulsation or noise), the value at which the fluctuation is substantially zero.

図2は、本発明の理想値演算を示すブロック図であり、これらの演算はECU30内で行われる。   FIG. 2 is a block diagram showing the ideal value calculation of the present invention, and these calculations are performed in the ECU 30.

理想値演算装置は、物理量計測手段100、モデル計測値演算手段101および融合手段102を備えて構成されている。   The ideal value calculation apparatus includes a physical quantity measurement unit 100, a model measurement value calculation unit 101, and a fusion unit 102.

物理量計測手段100は、エアフロメータ23により吸気通路9を流れる空気流量Qaを計測する。これにより計測された物理量計測値Qaは、エンジン1が定常状態においては真の空気流量と略同じ精度を有するという利点がある。   The physical quantity measuring means 100 measures the air flow rate Qa flowing through the intake passage 9 with the air flow meter 23. The physical quantity measurement value Qa thus measured has an advantage that the engine 1 has substantially the same accuracy as the true air flow rate when the engine 1 is in a steady state.

モデル計測値演算手段101は、後述するモデルにより空気流量をモデル計測値Qmとして演算する。具体的には、モデル計測値Qmは、エンジン回転数と電制スロットルバルブ13のスロットル開度とに基づいて演算する。このようにして演算されたモデル計測値Qmは、真の空気流量に対して応答性が良好であり、エアフロメータ23による計測値Qmに対して変動要素(吸気脈動やノイズ等)の影響を受けにくいという利点がある。   The model measurement value calculation means 101 calculates the air flow rate as a model measurement value Qm using a model described later. Specifically, the model measurement value Qm is calculated based on the engine speed and the throttle opening of the electric throttle valve 13. The model measurement value Qm calculated in this way has good responsiveness to the true air flow rate, and is influenced by fluctuation factors (intake pulsation, noise, etc.) with respect to the measurement value Qm by the air flow meter 23. There is an advantage that it is difficult.

融合手段102は、物理量計測手段100(エアフロメータ23)により計測された空気流量Qaと、モデル計測値演算手段101により演算されたモデル計測値Qmとに基づいて、吸気通路9を流れる空気流量の理想値Qを演算する。   Based on the air flow rate Qa measured by the physical quantity measurement unit 100 (air flow meter 23) and the model measurement value Qm calculated by the model measurement value calculation unit 101, the fusion unit 102 determines the flow rate of air flowing through the intake passage 9. The ideal value Q is calculated.

以下、これらの詳細について説明する。   Details of these will be described below.

図3は、モデル計測値演算手段101による演算を示すブロック図である。   FIG. 3 is a block diagram showing the calculation by the model measurement value calculation means 101.

ここで図1に示す通り、吸気通路9においては、コレクタ11が電制スロットルバルブ13とシリンダ2との間に配置されているため、図3のモデルでは、コレクタ11を基準として、コレクタ11に流入する空気流量(電制スロットルバルブ13を通過する空気量)と、コレクタ11から流出する空気流量(シリンダ2に流入する空気量)との収支を考慮する。   Here, as shown in FIG. 1, in the intake passage 9, the collector 11 is disposed between the electric throttle valve 13 and the cylinder 2. Therefore, in the model of FIG. The balance between the flow rate of air flowing in (the amount of air passing through the electric throttle valve 13) and the flow rate of air flowing out of the collector 11 (the amount of air flowing into the cylinder 2) is considered.

モデル計測値演算手段101は、スロットルモデル31、シリンダモデル41およびコレクタモデル51を備えて構成し、モデル計測値Qmを演算する。   The model measurement value calculation means 101 includes a throttle model 31, a cylinder model 41, and a collector model 51, and calculates a model measurement value Qm.

モデル計測値Qmとしては、吸気通路9を流れる空気流量、すなわちコレクタ11に流入する空気流量と、コレクタ11から流出する空気流量とのいずれか一方の値を用いる。以下、モデル計測値Qmを、コレクタ11に流入する空気流量として説明する。   As the model measurement value Qm, one of the flow rate of air flowing through the intake passage 9, that is, the flow rate of air flowing into the collector 11 and the flow rate of air flowing out of the collector 11 is used. Hereinafter, the model measurement value Qm will be described as the air flow rate flowing into the collector 11.

スロットルモデル31は、大気圧、スロットル開度およびコレクタモデル51により演算されたコレクタ圧に基づいて物質量流量[mol/s]を演算する。   The throttle model 31 calculates the substance flow rate [mol / s] based on the atmospheric pressure, the throttle opening, and the collector pressure calculated by the collector model 51.

シリンダモデル41は、エンジン1の回転数およびブーストセンサ25によるコレクタ圧に基づいて物質量流量[mol/s]を演算する。   The cylinder model 41 calculates a substance flow rate [mol / s] based on the rotational speed of the engine 1 and the collector pressure by the boost sensor 25.

コレクタモデル51は、スロットルモデル31による物質量流量と、シリンダモデル41による物質量流量とに基づいて現在のコレクタ圧を演算する。コレクタモデル51により演算したコレクタ圧は、サイクリック計算を行うため次回の演算においては前回値としてスロットルモデル31に入力される。   The collector model 51 calculates the current collector pressure based on the substance amount flow rate by the throttle model 31 and the substance amount flow rate by the cylinder model 41. The collector pressure calculated by the collector model 51 is inputted to the throttle model 31 as the previous value in the next calculation for performing cyclic calculation.

図4は、スロットルモデル31を示すブロック図である。   FIG. 4 is a block diagram showing the throttle model 31.

圧力比演算手段32は、コレクタモデル51により演算されたコレクタ圧から大気圧を除算することで圧力比(コレクタ圧/大気圧)を演算する。   The pressure ratio calculating means 32 calculates the pressure ratio (collector pressure / atmospheric pressure) by dividing the atmospheric pressure from the collector pressure calculated by the collector model 51.

マッハ係数演算手段33は、マッハ係数検索テーブルを参照することで圧力比に応じたマッハ係数Mを検索する。マッハ係数検索テーブルは、圧力比が0〜0.53ではマッハ係数Mが一定値(約0.54)となり、圧力比が0.53〜1.0では圧力比が大きくなるにつれマッハ係数Mが減少する。マッハ係数Mは、音速Cに対する流速u(u/C)を示す係数である。   The Mach coefficient calculation means 33 searches for the Mach coefficient M corresponding to the pressure ratio by referring to the Mach coefficient search table. The Mach coefficient search table shows that when the pressure ratio is 0 to 0.53, the Mach coefficient M is a constant value (approximately 0.54), and when the pressure ratio is 0.53 to 1.0, the Mach coefficient M increases as the pressure ratio increases. Decrease. The Mach coefficient M is a coefficient indicating the flow velocity u (u / C) with respect to the sound velocity C.

音速演算手段34は、吸気温度T(絶対温度;K)、比熱比κおよびガス定数Rから音速C[m/s]を演算する(C=√(κ×R×T))。   The sonic speed calculation means 34 calculates the sonic speed C [m / s] from the intake air temperature T (absolute temperature; K), the specific heat ratio κ, and the gas constant R (C = √ (κ × R × T)).

流速演算手段35は、マッハ係数Mに音速Cを乗算することで吸気通路9を流れる空気の流速[m/s]を演算する。   The flow velocity calculating means 35 calculates the flow velocity [m / s] of the air flowing through the intake passage 9 by multiplying the Mach coefficient M by the sound velocity C.

開口面積演算手段36は、開口面積検索テーブルを参照することでスロットル開度に応じた開口面積[m]を検索する。開口面積検索テーブルは、電制スロットルバルブ13の開度が所定値(最大開度近傍)まで大きくなるにつれ開口面積が大きくなるように設定されている。 The opening area calculation means 36 searches the opening area [m 2 ] corresponding to the throttle opening by referring to the opening area search table. The opening area search table is set so that the opening area increases as the opening degree of the electric throttle valve 13 increases to a predetermined value (near the maximum opening degree).

体積流量演算手段37は、開口面積および流速を乗算することで体積流量[m/s]を演算する。 The volume flow rate calculating means 37 calculates the volume flow rate [m 3 / s] by multiplying the opening area and the flow velocity.

モル密度演算手段38は、大気圧Pをガス定数Rおよび吸気通路9内を流れる空気の温度Tで除算することでモル密度n[mol/m]を演算する(n=P/(RT))。 The molar density calculating means 38 calculates the molar density n 0 [mol / m 3 ] by dividing the atmospheric pressure P 0 by the gas constant R and the temperature T of the air flowing in the intake passage 9 (n 0 = P 0). / (RT)).

物質量流量演算手段39は、体積流量およびモル密度nを乗算することでコレクタ11に流入する空気流量、すなわち物質量流量nin[mol/s]を演算する。 The substance flow rate calculating means 39 calculates the air flow rate flowing into the collector 11, that is, the substance amount flow rate n in [mol / s] by multiplying the volume flow rate and the molar density n 0 .

以上のようにして図2〜図4のモデルにより、コレクタ11に流入する物質量流量nin[mol/s]をモデル計測値Qmとする。 As described above, the substance amount flow rate n in [mol / s] flowing into the collector 11 is set as the model measurement value Qm by the models shown in FIGS.

図5は、シリンダモデル41を示すブロック図である。   FIG. 5 is a block diagram showing the cylinder model 41.

効率演算手段42は、効率検索テーブルを参照することでエンジン1の回転数Neに応じた効率ηを検索する。効率検索テーブルは、エンジン回転数Neが所定値まで増加するに伴い効率ηが増加し、エンジン回転数Neが所定値以上になると効率ηが減少するように設定されている。   The efficiency calculating means 42 searches for the efficiency η according to the rotational speed Ne of the engine 1 by referring to the efficiency search table. The efficiency search table is set so that the efficiency η increases as the engine speed Ne increases to a predetermined value, and the efficiency η decreases when the engine speed Ne exceeds a predetermined value.

体積流量演算手段43は、エンジン排気量V、エンジン回転数Neおよび効率ηに基づいて体積流量[m/s]を演算する(体積流量=V×Ne/120×η)。 The volume flow rate calculating means 43 calculates the volume flow rate [m 3 / s] based on the engine displacement V, the engine speed Ne, and the efficiency η (volume flow rate = V × Ne / 120 × η).

モル密度演算手段44は、吸気温度Tおよびブーストセンサ25によるコレクタ圧Pに基づいて、コレクタ圧Pをガス定数Rおよび吸気通路9内を流れる空気の温度Tで除算することでモル密度n[mol/m]を演算する(n=P/(RT))。 The molar density calculating means 44 divides the collector pressure P 1 by the gas constant R and the temperature T of the air flowing in the intake passage 9 based on the intake air temperature T and the collector pressure P 1 by the boost sensor 25 to thereby obtain the molar density n. 1 [mol / m 3 ] is calculated (n 1 = P 1 / (RT)).

物質量流量演算手段45は、体積流量およびモル密度nを乗算することでコレクタ11から流出する空気の流量、すなわち物質量流量nout[mol/s]を演算する。 The substance flow rate calculating means 45 calculates the flow rate of air flowing out from the collector 11, that is, the substance flow rate n out [mol / s] by multiplying the volume flow rate and the molar density n 1 .

なお、以上のようにして図2および図5のモデルにより、コレクタ11から流出する物質量流量nout[mol/s]をモデル計測値Qmとしてもよい。 As described above, the substance flow rate n out [mol / s] flowing out from the collector 11 may be used as the model measurement value Qm according to the models shown in FIGS.

図6は、コレクタモデル51を示すブロック図である。   FIG. 6 is a block diagram showing the collector model 51.

コレクタ圧演算手段52(コレクタモデル51)は、スロットルモデル31の物質量流量演算手段39による物質量流量ninと、シリンダモデル41の物質量流量演算手段45による物質量流量noutとに基づいて気体の状態方程式からコレクタ圧Pを演算する。 The collector pressure calculation means 52 (collector model 51) is based on the substance quantity flow rate n in by the substance quantity flow rate calculation means 39 of the throttle model 31 and the substance quantity flow rate n out by the substance quantity flow rate calculation means 45 of the cylinder model 41. the state equation of gas to calculate a collector pressure P 2.

コレクタ圧Pを演算する場合、気体の状態方程式はP×V=n×R×Tで与えられるため、これをコレクタ圧P、コレクタ容積Vc、気体モル数n、ガス定数Rおよび吸気温度T[絶対温度:K]とするとP×Vc=n×R×Tとなる。 When calculating the collector pressure P 2 , the gas equation of state is given by P × V = n × R × T. Therefore, this is expressed as collector pressure P 2 , collector volume Vc, number of moles of gas n, gas constant R and intake air temperature. If T [absolute temperature: K], then P 2 × Vc = n × R × T.

これを演算周期である所定時間Δtにおけるコレクタ圧変化量ΔPは、ΔP=Δn×R×T×Δt/Vcとなる。コレクタ圧変化量ΔPは、今回のコレクタ圧Pから前回のコレクタ圧P2(n−1)を引いた値である。Δnは、演算周期Δtにおけるコレクタ11内の空気のモル流量変化量、すなわちコレクタ11内に流入する物質量流量ninからシリンダ2へ流出する物質量流量noutを引いた値である(Δn=nin−nout)。 The collector pressure change amount ΔP 2 at a predetermined time Δt, which is the calculation cycle, is ΔP 2 = Δn × R × T × Δt / Vc. Collector pressure variation [Delta] P 2 is a value obtained by subtracting the previous collector pressure P 2 (n-1) from the current collector pressure P 2. Δn is a value obtained by subtracting the amount of change in the molar flow rate of air in the collector 11 in the calculation period Δt, that is, the amount of material flow n in flowing into the collector 11 from the amount of material flow out n out flowing into the cylinder 2 (Δn = n in −n out ).

従って、演算周期Δtにおける気体の状態方程式をPについて演算すると、P=P2(n−1)+(nin−nout)×Δt×R×T/Vcとなる。 Accordingly, when the gas state equation in the calculation period Δt is calculated for P 2 , P 2 = P 2 (n−1) + (n in −n out ) × Δt × R × T / Vc.

なお、計測対象をコレクタ圧として理想値を演算する場合においては、以上のようにしてモデルにより、コレクタ11内の圧力P[kPa]をモデル計測値Qmとしてもよい。 In the case where the ideal value is calculated using the measurement target as the collector pressure, the pressure P 2 [kPa] in the collector 11 may be set as the model measurement value Qm by the model as described above.

なお、吸気通路9を流れる空気が準一次元定常等エントロピーである場合には、質量流量の演算値nin[kg/s]は、電制スロットルバルブ13の開口面積をAとして次式に示すような流体力学の理論式にて演算可能である。そして、モル相当にして物質量流量nin[mol/s]を演算可能であるため、これをモデル計測値Qmとしてもよい。この場合、Pをコレクタ圧とし、マッハ係数M(=u/C)が1未満の時(M<1)には次式(1a)、マッハ係数Mが1の時(M=1)には次式(1b)により質量流量の演算値ninを演算する。 When the air flowing through the intake passage 9 is quasi-one-dimensional steady isentropic, the calculated mass flow value n in [kg / s] is expressed by the following equation, where the opening area of the electric throttle valve 13 is A. It can be calculated by the theoretical formula of fluid dynamics. Since the substance flow rate n in [mol / s] can be calculated in a molar equivalent, this may be used as the model measurement value Qm. In this case, when Pe is a collector pressure and the Mach coefficient M (= u / C) is less than 1 (M <1), the following equation (1a) is obtained, and when the Mach coefficient M is 1 (M = 1): Calculates a mass flow rate calculation value n in by the following equation (1b).

Figure 0004650082
Figure 0004650082

なお、本発明では計測対象の物理量としてコレクタ圧を用いて同様にコレクタ圧の理想値を演算することができる。この場合には、物理量計測値としてブーストセンサ25によるコレクタ圧Pを用いる一方、モデル計測値Qmとしてコレクタモデル51(コレクタ圧演算手段52)によるコレクタ圧Pを用いることで融合手段102によりコレクタ圧の理想値を演算する。 In the present invention, the ideal value of the collector pressure can be similarly calculated using the collector pressure as the physical quantity to be measured. In this case, while using a collector pressure P 1 by the boost sensor 25 as a physical quantity measurement value, the collector by fusion means 102 by using the collector pressure P 2 by the collector model 51 (collector pressure operating unit 52) as a model measured value Qm Calculate the ideal pressure value.

次に、物理量計測手段100、モデル計測値演算手段101および融合手段102により物理量の理想値Qを演算する処理について図7を用いて説明する。   Next, processing for calculating the ideal value Q of the physical quantity by the physical quantity measuring means 100, the model measured value calculating means 101, and the fusion means 102 will be described with reference to FIG.

図7は、本発明における理想値演算処理を示すフローチャートである。なお、この処理は演算周期(例えば4ms)Δt毎に行われる。   FIG. 7 is a flowchart showing ideal value calculation processing in the present invention. This process is performed every calculation cycle (for example, 4 ms) Δt.

ステップ1(図では「S1」と示す。以下同様)では、物理量を計測する。ここで物理量は、吸気通路9を流れる空気流量Qaをエアフロメータ23により測定する。   In step 1 (shown as “S1” in the figure, the same applies hereinafter), the physical quantity is measured. Here, the physical quantity is obtained by measuring the air flow rate Qa flowing through the intake passage 9 with the air flow meter 23.

ステップ2では、モデル計測値Qmを演算する。モデル計測値Qmは、前述のスロットルモデル31により吸気通路9を流れる空気流量を、スロットル開度とエンジン回転数Neに基づいて演算した値を用いる。   In step 2, the model measurement value Qm is calculated. As the model measurement value Qm, a value obtained by calculating the air flow rate flowing through the intake passage 9 by the throttle model 31 based on the throttle opening and the engine speed Ne is used.

ステップ3では、空気流量Qaの変化量ΔQaを演算する。空気流量変化量ΔQaは、ステップ1にて計測した空気流量Qaから前回計測した空気流量Qazを減算した値とする(ΔQa=Qa−Qaz)。   In step 3, the change amount ΔQa of the air flow rate Qa is calculated. The air flow rate change amount ΔQa is a value obtained by subtracting the previously measured air flow rate Qaz from the air flow rate Qa measured in step 1 (ΔQa = Qa−Qaz).

ステップ4では、空気流量変化量ΔQaの積分値IntΔQaを演算する。この積分値IntΔQaは、前回までの空気流量変化量積算値IntΔQazに所定の減衰定数Wを乗算した後、演算周期Δtにおける空気流量変化量ΔQを加算することで演算する(IntΔQa=IntΔQaz×W+ΔQa)。なお、減衰乗数Wについての詳細は後述する。   In step 4, the integral value IntΔQa of the air flow rate change amount ΔQa is calculated. This integral value IntΔQa is calculated by multiplying the air flow rate change integrated value IntΔQaz up to the previous time by a predetermined attenuation constant W and then adding the air flow rate change ΔQ in the calculation period Δt (IntΔQa = IntΔQaz × W + ΔQa). . Details of the attenuation multiplier W will be described later.

ステップ5では、モデル計測値Qmの変化量ΔQmを演算する。   In step 5, a change amount ΔQm of the model measurement value Qm is calculated.

ステップ6では、モデル計測値変化量ΔQmの積分値IntΔQmを演算する。この積分値IntΔQmは、前回までのモデル計測値変化量積分値IntΔQmzに所定の減衰定数Wを乗算した後、演算周期Δtにおけるモデル計測値変化量ΔQmを加算することで演算する(IntΔQm=IntΔQmz×W+ΔQm)。   In step 6, an integral value IntΔQm of the model measurement value change amount ΔQm is calculated. This integrated value IntΔQm is calculated by multiplying the model measured value change integrated value IntΔQmz up to the previous time by a predetermined attenuation constant W and then adding the model measured value change ΔQm in the calculation period Δt (IntΔQm = IntΔQmz × W + ΔQm).

ステップ7では、空気流量偏差Qeを演算する。この偏差Qeは、理想値Qに対して理想的に変化する値であり、モデル計測値変化量積分値IntΔQmから空気流量変化量積分値IntΔQaを減算することで演算する(Qe=IntΔQm−IntΔQa)。   In step 7, the air flow rate deviation Qe is calculated. The deviation Qe is a value that changes ideally with respect to the ideal value Q, and is calculated by subtracting the air flow rate change integrated value IntΔQa from the model measured value change integrated value IntΔQm (Qe = IntΔQm−IntΔQa). .

ステップ8では、空気流量の理想値Qを演算する。この理想値Qは、空気流量Qaに偏差Qeを加算することで演算する(Q=Qa+Qe)。   In step 8, the ideal value Q of the air flow rate is calculated. This ideal value Q is calculated by adding the deviation Qe to the air flow rate Qa (Q = Qa + Qe).

以上のようにして理想値Qを演算した後は、この理想値Qに基づいて各種演算および各種制御を行い、エンジン1の運転の適正化を図る。例えば、ECU30が理想値Qに基づいて燃料噴射弁10の燃料噴射量および燃料噴射時期の演算および制御、点火プラグ5の点火時期の演算および制御などを行う。   After calculating the ideal value Q as described above, various calculations and various controls are performed based on the ideal value Q to optimize the operation of the engine 1. For example, the ECU 30 performs calculation and control of the fuel injection amount and fuel injection timing of the fuel injection valve 10 and calculation and control of the ignition timing of the spark plug 5 based on the ideal value Q.

図8は、ステップ5におけるモデル計測値変化量ΔQmを演算するフローチャートである。   FIG. 8 is a flowchart for calculating the model measurement value change amount ΔQm in step 5.

ステップ11では、理想値Qの前回値Qzが所定の下限値以上であるか否か(Qz≧下限値)を判断する。前回値Qzが下限値以上である場合(Qz≧下限値)には、ステップ12へ進む。この下限値は、略ゼロに設定しておく。   In step 11, it is determined whether or not the previous value Qz of the ideal value Q is equal to or greater than a predetermined lower limit value (Qz ≧ lower limit value). If the previous value Qz is greater than or equal to the lower limit value (Qz ≧ lower limit value), the process proceeds to step 12. This lower limit value is set to substantially zero.

ステップ12では、理想値Qの前回値Qzと、モデル計測値変化率、すなわちモデル計測値変化量ΔQmをモデル計測値の前回値Qmzで除算した値ΔQm/Qmzとの乗算によりモデル計測値変化量ΔQmを演算する(ΔQm=Qz×ΔQm/Qmz)。   In step 12, the model measurement value change amount is obtained by multiplying the previous value Qz of the ideal value Q by the model measurement value change rate, that is, the value ΔQm / Qmz obtained by dividing the model measurement value change amount ΔQm by the previous value Qmz of the model measurement value. ΔQm is calculated (ΔQm = Qz × ΔQm / Qmz).

一方、ステップ11で前回値Qzが下限値未満である場合(Qz<下限値)には、ステップ13へ進む。   On the other hand, if the previous value Qz is less than the lower limit value in step 11 (Qz <lower limit value), the process proceeds to step 13.

ステップ13では、理想値Qの前回値Qzをモデル計測値変化量ΔQmにした後(Qz=ΔQmz)、ステップ12にてモデル計測値変化量ΔQmを演算する(ΔQm=ΔQmz×ΔQmz/Qmz)。   In step 13, the previous value Qz of the ideal value Q is set to the model measurement value change amount ΔQm (Qz = ΔQmz), and in step 12, the model measurement value change amount ΔQm is calculated (ΔQm = ΔQmz × ΔQmz / Qmz).

なお、ステップ13において理想値Qの前回値Qzを空気流量変化量ΔQaにした後(Qz=ΔQa)、ステップ12にてモデル計測値変化量ΔQmを演算してもよい(ΔQm=ΔQa×ΔQmz/Qmz)。   Note that after the previous value Qz of the ideal value Q is set to the air flow rate change amount ΔQa in step 13 (Qz = ΔQa), the model measurement value change amount ΔQm may be calculated in step 12 (ΔQm = ΔQa × ΔQmz / Qmz).

以上のようにモデル計測値変化量ΔQmを演算した後は、前述のステップ6以降の処理を行う。   After calculating the model measurement value change amount ΔQm as described above, the processing after Step 6 described above is performed.

次に、融合手段102(ステップ8)により空気流量の理想値Qを数学的に求める式の導出について説明する。   Next, derivation of an equation for mathematically determining the ideal value Q of the air flow rate by the fusion means 102 (step 8) will be described.

前述の通り、理想値Qは次式のように空気流量Qaと偏差Qeとの和により演算される。   As described above, the ideal value Q is calculated by the sum of the air flow rate Qa and the deviation Qe as in the following equation.

Figure 0004650082
Figure 0004650082

これはエアフロメータ23による計測値Qaは時間的な応答遅れがあるため、この遅れを偏差Qeにより補正することで理想値Qを演算することが可能であることを意味している。   This means that since the measured value Qa by the air flow meter 23 has a temporal response delay, the ideal value Q can be calculated by correcting this delay with the deviation Qe.

ここでエアフロメータ23とモデルとにおける利点、すなわちエアフロメータ23は定常状態では計測精度がよいこと、およびモデルは空気流量が変動状態では応答性がよいことという前提条件からまとめてみると、第1前提条件としてt=0でQ=Qa、Qe=0、第2前提条件としてΔQ/Q=ΔQm/Qm(ただし、Q≒0ではΔQ=ΔQmとする)、第3前提条件としてlimΔt→0となる。   Here, the advantages of the air flow meter 23 and the model, that is, the air flow meter 23 has a high measurement accuracy in a steady state, and the model has a good responsiveness in a state where the air flow rate fluctuates. As a precondition, t = 0, Q = Qa, Qe = 0, as a second precondition, ΔQ / Q = ΔQm / Qm (however, when Q≈0, ΔQ = ΔQm), and as a third precondition, limΔt → 0 Become.

第1前提条件は、エンジン1が定常(平衡)状態である場合には、吸気通路9を流れる空気流量は一定(偏差なし)であり、エアフロメータ23による計測値Qaの方がモデル計測値Qmより信頼できることを意味する。第2前提条件は、空気流量が変化する場合には、モデルによる空気流量の変化量(応答性)が、エアフロメータ23による空気流量の変化量と比較して信頼できることを意味する。第3前提条件は、演算周期Δtを0に近づけて演算することを意味する。   The first precondition is that when the engine 1 is in a steady (equilibrium) state, the flow rate of air flowing through the intake passage 9 is constant (no deviation), and the measured value Qa by the air flow meter 23 is the model measured value Qm. It means more reliable. The second precondition means that when the air flow rate changes, the change amount (responsiveness) of the air flow rate by the model is reliable compared to the change amount of the air flow rate by the air flow meter 23. The third precondition means that the calculation period Δt is calculated close to 0.

また時間tにおける理想値Qをエアフロメータ23の計測値Qaと偏差Qeとで表すと次式になる。   Also, the ideal value Q at time t is expressed by the following equation when measured by the measured value Qa of the air flow meter 23 and the deviation Qe.

Figure 0004650082
Figure 0004650082

第1前提条件より、定常状態ではt=0でQ=QaかつQe=0となり、時間Δtにおける偏差Qeは次式のように積分系で表せる。   From the first precondition, in steady state, t = 0, Q = Qa and Qe = 0, and the deviation Qe at time Δt can be expressed by an integral system as shown in the following equation.

Figure 0004650082
Figure 0004650082

この式を更に理想値変化量ΔQとして解くために次式のようにΔQ(t)にQ(t−Δt)/Q(t−Δt)を乗算する。   In order to further solve this equation as an ideal value change amount ΔQ, ΔQ (t) is multiplied by Q (t−Δt) / Q (t−Δt) as shown in the following equation.

Figure 0004650082
Figure 0004650082

ここで、第2前提条件よりΔQ/Q=ΔQm/Qmは次式のように表せる。   Here, from the second precondition, ΔQ / Q = ΔQm / Qm can be expressed by the following equation.

Figure 0004650082
Figure 0004650082

そして、(5)式を(4)式に代入すると次式のようになる。   Substituting equation (5) into equation (4) yields the following equation.

Figure 0004650082
Figure 0004650082

すなわち偏差Qeは、モデル計測値変化量ΔQmの積分値IntΔQmから物理量計測値変化量ΔQaの積分値IntΔQaを減算した値で演算可能である(Qe=IntΔQm−IntΔQm)ことを示している。(6)式を(2’)式に代入すると次式で表せる。   That is, the deviation Qe can be calculated by a value obtained by subtracting the integral value IntΔQa of the physical quantity measurement value change amount ΔQa from the integral value IntΔQm of the model measurement value change amount ΔQm (Qe = IntΔQm−IntΔQm). Substituting equation (6) into equation (2 ') can be expressed by the following equation.

Figure 0004650082
Figure 0004650082

(7)式を離散系に変形すると偏差Qeについて次式が得られる。   When the equation (7) is transformed into a discrete system, the following equation is obtained for the deviation Qe.

Figure 0004650082
Figure 0004650082

この式は、現在の偏差Qeは、前回の偏差Qezに、モデルにより演算した空気流量の変化量(IntΔQm)とエアフロメータ23による実際の空気流量の変化量(IntΔQa)との差を加算した値であることを意味している。現在の偏差Qeが演算されれば、前述の(2)式により吸気通路9を流れる空気流量の理想値をQ=Qa+Qeとして演算できる。   In this equation, the current deviation Qe is a value obtained by adding a difference between the air flow rate change amount (IntΔQm) calculated by the model and the actual air flow rate change amount (IntΔQa) to the previous deviation Qez. It means that. If the current deviation Qe is calculated, the ideal value of the air flow rate flowing through the intake passage 9 can be calculated as Q = Qa + Qe according to the above-described equation (2).

しかしながら、理想値Qを演算する(2)式の実用上の問題点として第3前提条件がある。すなわち、数学的に演算周期Δtを0に近づけた場合には(8)式では、偏差Qeが常に積算されるので偏差Qeの累積誤差が発散してしまい、t=∞のとき偏差Qe=∞となってしまう。   However, there is a third precondition as a practical problem of equation (2) for calculating the ideal value Q. That is, when the calculation cycle Δt is mathematically brought close to 0, the deviation Qe is always accumulated in the equation (8), so that the accumulated error of the deviation Qe diverges, and when t = ∞, the deviation Qe = ∞. End up.

そこで、次式のように積分項である偏差Qeの発散を収束させる減衰定数Wを偏差Qeの前回値Qezに乗算することで偏差Qeの累積誤差の発散を防止すれば、時間t>0でも運転状態が定常になれば前述の(2)式において偏差Qe≒0となるため、Q≒Qaになる。すなわち、定常状態においてはエアフロメータ23の値を積極的に信頼可能であること意味する。   Therefore, by multiplying the previous value Qez of the deviation Qe by the attenuation constant W that converges the divergence of the deviation Qe, which is an integral term, as shown in the following equation, the divergence of the accumulated error of the deviation Qe can be prevented even at time t> 0. If the operating state becomes steady, the deviation Qe≈0 in the above-described equation (2), so Q≈Qa. That is, it means that the value of the air flow meter 23 is positively reliable in a steady state.

Figure 0004650082
Figure 0004650082

減衰定数Wは、0〜1の範囲の値であり(0<W<1)、Wの値を変更することで偏差Qeの値を変更することが可能であり、この結果、理想値Q(=Qa+Qe)を補正することができる。   The attenuation constant W is a value in the range of 0 to 1 (0 <W <1), and the value of the deviation Qe can be changed by changing the value of W. As a result, the ideal value Q ( = Qa + Qe) can be corrected.

ここで理想値Qのステップ応答は、時間t=0における偏差Qe(0)は1、偏差Qeの変化量ΔQeの積算値IntΔQeは0、空気流量Qaの計測値の積分値IntΔQaは0であるから、減衰定数W、時間t、演算間隔Δtを用いて次式にて表される。すなわち、減衰率を1から0に近づけるまでに要する時間tを計算するには次式を用いればよい。   Here, the step response of the ideal value Q is that the deviation Qe (0) at time t = 0 is 1, the integrated value IntΔQe of the variation ΔQe of the deviation Qe is 0, and the integrated value IntΔQa of the measured value of the air flow rate Qa is 0. From the following expression, the attenuation constant W, time t, and calculation interval Δt are used. That is, the following equation may be used to calculate the time t required for the attenuation factor to approach 1 to 0.

Figure 0004650082
Figure 0004650082

図9(イ)には、経過時間tに対する減衰率Wt/Δtを示している。なお、演算周期Δt=4msとしている。図中の(i)は、減衰定数Wを0.996に設定した場合の減衰率曲線であり、同様に(ii)〜(vii)まで減衰定数Wを0.994から0.002刻みで0.984まで設定した場合の減衰率曲線を示している。また図9(イ)には、減衰率が0.368、すなわち63.2%応答(1−0.632を時定数τとした場合)した時の時間xを示している。 FIG. 9 (a) shows the attenuation rate W t / Δt with respect to the elapsed time t. Note that the calculation cycle Δt = 4 ms. (I) in the figure is an attenuation rate curve when the attenuation constant W is set to 0.996. Similarly, the attenuation constant W is reduced from 0.994 to 0.002 in steps of (ii) to (vii). The attenuation rate curve when .984 is set is shown. FIG. 9A shows the time x when the attenuation rate is 0.368, that is, a response of 63.2% (when 1-0.632 is set as the time constant τ).

図9(ロ)は、(イ)において減衰率Wt/Δtが時定数τ=0.368(63.2%応答)で対応する値を減衰定数Wと時定数τで表している。なお、時定数τは指数関数[ms]として表している。 FIG. 9B shows the values corresponding to the attenuation rate W t / Δt with the time constant τ = 0.368 (63.2% response) in (A) as the attenuation constant W and the time constant τ. The time constant τ is expressed as an exponential function [ms].

例えば、図9(イ)に示すように、減衰率Wt/Δtを0.368とした場合に、W=0.990とした場合における減衰曲線(iv)と対応する時間x[秒]は、(ロ)の縦軸に示すx[ms]と同じになることを示している。 For example, as shown in FIG. 9A, when the attenuation rate W t / Δt is 0.368, the time x [seconds] corresponding to the attenuation curve (iv) when W = 0.990 is obtained. , (B) indicates the same x [ms] shown on the vertical axis.

例えば、車両を一定速度で走らせている場合など、吸気通路9を流れる空気流量が定常である状態においては、スロットル開度およびエンジン回転数が略一定であるため、モデル計測値Qmの変化量ΔQmが小さくなる。   For example, when the vehicle is running at a constant speed, the amount of change ΔQm in the model measurement value Qm is constant because the throttle opening and the engine speed are substantially constant when the air flow rate through the intake passage 9 is steady. Becomes smaller.

この状態では、モデル計測値Qmよりもエアフロメータ23による計測値Qaの方が信頼できるため、減衰定数Wを1より小さい値(0<W<1)にすることで、(9)式において演算周期Δtごとに偏差Qeを0に収束させる。この結果、理想値Qは(2)式よりエアフロメータ23による計測値Qaに収束する(Q=Qa)。   In this state, the measured value Qa measured by the air flow meter 23 is more reliable than the model measured value Qm. Therefore, by setting the attenuation constant W to a value smaller than 1 (0 <W <1), the calculation is performed in the equation (9). The deviation Qe is converged to 0 every period Δt. As a result, the ideal value Q converges to the measured value Qa by the air flow meter 23 from the equation (2) (Q = Qa).

なお、減衰定数Wは、モデル計測値Qmの変化量ΔQmが所定値未満の状態が所定時間だけ継続した後に小さくする。この条件を満たした状態では、吸気通路9を流れる空気流量が定常となっていると判断でき、エアフロメータ23による計測値Qaが信頼可能である。所定時間は、理想値Qの演算周期Δtと減衰定数Wとに基づいて決まる。   The attenuation constant W is decreased after a state where the change amount ΔQm of the model measurement value Qm is less than a predetermined value continues for a predetermined time. In a state where this condition is satisfied, it can be determined that the flow rate of air flowing through the intake passage 9 is steady, and the measured value Qa by the air flow meter 23 is reliable. The predetermined time is determined based on the calculation period Δt of the ideal value Q and the attenuation constant W.

一方、前述のステップ11において理想値Qの前回値Qzが下限値未満である場合(Qz<下限値)には、理想値Qを演算する式は、前述の(2)式および(8)式により次のように変形できる。   On the other hand, when the previous value Qz of the ideal value Q is less than the lower limit value in the above step 11 (Qz <lower limit value), the formulas for calculating the ideal value Q are the formulas (2) and (8) described above. Can be transformed as follows.

Figure 0004650082
Figure 0004650082

また理想値Qの前回値Qzに減衰定数Wを乗算すると次式のように表せる。   Further, when the previous value Qz of the ideal value Q is multiplied by the attenuation constant W, it can be expressed as the following equation.

Figure 0004650082
Figure 0004650082

すなわち、吸気通路9を流れる空気流量が増加している場合や空気が脈動している場合、エアフロメータ23による計測値Qaが大きく変動している場合などノイズがある場合には、その変動が大きいほど減衰定数Wを1.0に近づけることで、(9)式において偏差Qe(モデル計測値Qmによる影響)を大きくする。これにより、(2)式において理想値Qを演算する場合にエアフロメータ23による計測値Qaを補正する量が大きくなる。すなわち、吸気通路9を流れる空気流量が変動している場合などにおいては、理想値Qを演算する際にはモデル計測値Qmの値が信頼できるため、モデル計測値Qmに基づく補正量である偏差Qeによりエアフロメータ23による計測値Qaを補正する。   That is, when there is noise such as when the flow rate of air flowing through the intake passage 9 is increasing, when the air is pulsating, or when the measured value Qa by the air flow meter 23 is greatly fluctuating, the fluctuation is large. By making the attenuation constant W closer to 1.0, the deviation Qe (influence by the model measurement value Qm) is increased in the equation (9). Thereby, when calculating the ideal value Q in the equation (2), the amount of correction of the measured value Qa by the air flow meter 23 is increased. That is, when the flow rate of air flowing through the intake passage 9 is fluctuating, the value of the model measurement value Qm is reliable when calculating the ideal value Q. Therefore, the deviation that is the correction amount based on the model measurement value Qm The measured value Qa by the air flow meter 23 is corrected by Qe.

次に、前述の装置により理想値Qを演算した結果について図10を用いて説明する。   Next, the result of calculating the ideal value Q by the above-described apparatus will be described with reference to FIG.

図10には、吸気通路9を流れる空気流量が所定量だけ増加する場合に、経過時間[秒]に対して吸気通路9を流れる各空気流量を示している。図中の(1)は真の流量Qt、(2)はエアフロメータ23の出力信号に基づいて演算された流量(空気流量計測値)Qa、(3)はモデル流量(モデル計測値)Qm、(4)は本発明(融合手段102、ステップ8)により求められたMSF流量(理想値)Qをそれぞれ示している。   FIG. 10 shows the flow rates of air flowing through the intake passage 9 with respect to the elapsed time [seconds] when the flow rate of air flowing through the intake passage 9 increases by a predetermined amount. In the figure, (1) is the true flow rate Qt, (2) is the flow rate (air flow measurement value) Qa calculated based on the output signal of the air flow meter 23, (3) is the model flow rate (model measurement value) Qm, (4) shows the MSF flow rate (ideal value) Q obtained by the present invention (fusion means 102, step 8).

空気流量計測値Qaは、流量演算精度は良いが、ECU30により流量を演算する時間がかかるため、真値Qtに対して時間遅れを持っている。   Although the air flow rate measurement value Qa has good flow rate calculation accuracy, it takes time to calculate the flow rate by the ECU 30, and therefore has a time delay with respect to the true value Qt.

またモデル計測値Qmは、流量変化に対する応答性はよいが、スロットル開度やエンジン回転数に基づいて演算を行っているため、真値Qtに対して流量演算精度が悪いことを示している。   Further, the model measurement value Qm has good responsiveness to a change in the flow rate, but the calculation is performed based on the throttle opening and the engine speed, and thus the flow rate calculation accuracy is poor with respect to the true value Qt.

一方、本発明により求められた理想値Qは、前述のように空気流量計測値Qaとモデル計測値Qmとに基づいて演算を行っており、エアフロメータ23による流量演算精度の利点と、モデルによる流量変化に対する応答性の利点とを生かすように融合しているため、真の流量Qtとほぼ一致している。   On the other hand, the ideal value Q obtained by the present invention is calculated based on the air flow rate measurement value Qa and the model measurement value Qm as described above. Since the fusion is made so as to take advantage of the responsiveness to the flow rate change, it is almost coincident with the true flow rate Qt.

これは理想値Qが、エアフロメータ23による応答遅れの影響を受けることなく、時間的に先行するスロットル開度とエンジン回転数Neとに基づいて演算されるモデル計測値Qmによる偏差Qeで補正することで真の値に近づけていることを意味する。   The ideal value Q is corrected by the deviation Qe by the model measurement value Qm calculated based on the throttle opening and the engine speed Ne that are temporally advanced without being affected by the response delay by the air flow meter 23. This means that it is close to the true value.

空気流量が増加している場合において、理想値Qの演算には、前述の減衰定数Wが1.0に近い値で定められるため、モデル計測値Qmにより応答性向上という効果が発揮されている。   When the air flow rate is increasing, the ideal value Q is calculated by setting the above-described attenuation constant W to a value close to 1.0. Therefore, the effect of improving the responsiveness is exhibited by the model measured value Qm. .

また定常状態では減衰定数Wが1.0より小さい値が用いられるため、エアフロメータ23による計測値Qaにより精度向上という効果が発揮されている。   In the steady state, a value smaller than 1.0 is used for the attenuation constant W, so that the effect of improving accuracy is exhibited by the measured value Qa by the air flow meter 23.

図11には、エアフロメータ23が断線により故障した場合における各流量演算値を示している。この場合、空気流量計測値Qaと、本発明により求められた理想値Qとが変化する。   FIG. 11 shows each flow rate calculation value when the air flow meter 23 fails due to disconnection. In this case, the air flow rate measurement value Qa and the ideal value Q obtained by the present invention change.

空気流量計測値Qaが断線した場合には、エアフロメータ23による計測値Qaの値が大きく変動するため、前述の減衰定数Wを1.0に近づけてモデル計測値Qmによる効果を強く発揮させることで理想値Qが急激に低下することを防止している。   When the air flow rate measurement value Qa is disconnected, the value of the measurement value Qa by the air flow meter 23 fluctuates greatly, so that the above-described attenuation constant W is brought close to 1.0 and the effect of the model measurement value Qm is exerted strongly. Therefore, the ideal value Q is prevented from rapidly decreasing.

図12には、エアフロメータ23の電気ノイズがある場合にエアフロメータ23の出力信号に基づいて演算された空気流量Qaが変動する場合を示している。   FIG. 12 shows a case where the air flow rate Qa calculated based on the output signal of the air flow meter 23 fluctuates when there is an electrical noise of the air flow meter 23.

この場合、本発明では、偏差Qeの演算において空気流量Qaの変化量ΔQaを考慮することで(ステップ3,4,7)理想値Qを演算しているため、エアフロメータ23の電気ノイズによる瞬間的なエラーを許容する。   In this case, in the present invention, since the ideal value Q is calculated by considering the variation ΔQa of the air flow rate Qa in the calculation of the deviation Qe (steps 3, 4 and 7), the instantaneous noise caused by the electric noise of the air flow meter 23 is calculated. Tolerate common errors.

なお、本発明では物理量計測値として吸気通路9を流れる空気流量をエアフロメータ23により計測した値Qaとしたが、これに限定されるものではなく、例えば吸気通路9内の圧力(コレクタ圧)を計測対象としても同様に理想値を演算可能である。   In the present invention, the flow rate of air flowing through the intake passage 9 is set to the value Qa measured by the air flow meter 23 as a physical quantity measurement value. However, the present invention is not limited to this. For example, the pressure (collector pressure) in the intake passage 9 is Similarly, an ideal value can be calculated as a measurement target.

また、物理量計測値として、時間的に先行したパラメータを用いれば現在の理想値のみならず、未来の予測理想値の演算も可能である。   In addition, if a temporally advanced parameter is used as the physical quantity measurement value, not only the current ideal value but also the predicted future ideal value can be calculated.

本実施形態によれば、物理量(吸気通路9を通過する空気流量Qa)を計測する物理量計測手段(ステップ1、エアフロメータ23)と、物理量計測手段による計測値Qaの変化量ΔQaを積算する物理量計測値変化量積算手段(ステップ4)と、物理量計測手段による計測対象をモデル(スロットルモデル31,シリンダモデル41,コレクタモデル51)によりモデル計測値Qmとして演算するモデル計測値演算手段(ステップ2)と、モデル計測値Qmの変化量ΔQmを積算するモデル計測値変化量積算手段(ステップ6)と、モデル計測値変化量積算値IntΔQmと物理量計測値変化量積算値IntΔQaとから偏差Qe(=IntΔQm−IntΔQa)を演算する偏差演算手段(ステップ7)と、物理量計測値Qaに偏差Qeを加算して理想値Q(=Qa+Qe)を演算する理想値演算手段(ステップ8)と、を備える。このため、エアフロメータ23により計測対象の空気流量Qaを精度良く計測し、モデル計測値Qmに基づいて空気流量の応答遅れを抑制する一方、空気流量が変動する場合などにおいても、偏差Qeにより計測値Qa若しくはモデル計測値Qmの影響する割合を変化させるため、応答性の向上および計測値の変動成分の除去を図りつつ空気流量の理想値Qを演算できる。また前述の特許文献1〜4と比較して特別な設定をすることなく理想値Qを簡素に演算できる。   According to the present embodiment, the physical quantity measuring means (step 1, air flow meter 23) for measuring the physical quantity (the air flow rate Qa passing through the intake passage 9), and the physical quantity for integrating the variation ΔQa of the measured value Qa by the physical quantity measuring means. A measured value change amount integrating means (step 4) and a model measured value calculating means (step 2) for calculating a measurement target by the physical quantity measuring means as a model measured value Qm by a model (throttle model 31, cylinder model 41, collector model 51). And a deviation Qe (= IntΔQm) from the model measurement value change amount integration means (step 6) for integrating the change amount ΔQm of the model measurement value Qm, and the model measurement value change amount integration value IntΔQm and the physical quantity measurement value change amount integration value IntΔQa. Deviation calculating means (step 7) for calculating -IntΔQa), and adding the deviation Qe to the physical quantity measurement value Qa Comprises, an ideal value calculating means (step 8) for calculating the ideal value Q (= Qa + Qe) and. Therefore, the air flow meter Qa accurately measures the measurement target air flow rate Qa, suppresses the response delay of the air flow rate based on the model measurement value Qm, and measures the deviation Qe even when the air flow rate fluctuates. Since the ratio of influence of the value Qa or the model measurement value Qm is changed, the ideal value Q of the air flow rate can be calculated while improving the responsiveness and removing the fluctuation component of the measurement value. Further, the ideal value Q can be simply calculated without special setting as compared with the above-mentioned Patent Documents 1 to 4.

また本実施形態によれば、モデル計測値変化量ΔQmは、理想値Qの前回値Qzと、モデル計測値Qmの変化率との乗算により求め(ステップ12)、モデル計測値Qmの変化率は、モデル計測値変化量ΔQmをモデル計測値Qmの前回値Qmzで除算した値(ΔQm/Qmz)とする一方、モデル計測値変化量ΔQmは、理想値Qの前回値Qzが所定値(略ゼロ)未満の時には(ステップ11)、モデル計測値変化量ΔQm若しくは計測値変化量ΔQaのいずれか一方を用いて演算する(ステップ13)。このため、モデル計測値Qmの絶対値精度が悪くとも理想値Qの精度誤差を小さくできる。また、理想値Qの前回値Qzが略ゼロだと変化率を乗じてもモデル計測値変化量ΔQmはゼロのままになってしまうので、変化量ΔQm,ΔQaを用いることでモデル計測値変化量ΔQmがゼロになることを防止することができる。   According to the present embodiment, the model measurement value change amount ΔQm is obtained by multiplying the previous value Qz of the ideal value Q by the change rate of the model measurement value Qm (step 12), and the change rate of the model measurement value Qm is The model measurement value change amount ΔQm is divided by the previous value Qmz of the model measurement value Qm (ΔQm / Qmz). On the other hand, the model measurement value change amount ΔQm has a predetermined value (substantially zero) of the previous value Qz of the ideal value Q. ) (Step 11), calculation is performed using either the model measured value change amount ΔQm or the measured value change amount ΔQa (step 13). For this reason, even if the absolute value accuracy of the model measurement value Qm is poor, the accuracy error of the ideal value Q can be reduced. Further, if the previous value Qz of the ideal value Q is substantially zero, the model measurement value change amount ΔQm remains zero even when multiplied by the change rate. Therefore, by using the change amounts ΔQm and ΔQa, the model measurement value change amount It is possible to prevent ΔQm from becoming zero.

また本実施形態によれば、物理量計測値変化量積算手段は、前回までの物理量計測値変化量積算値IntΔQaに所定の減衰定数Wを乗算してから今回の物理量計測値変化量ΔQaを加算する(ステップ4)。このため、減衰定数Wにより前回までの物理量計測値変化量積算値IntΔQaを次第にゼロに収束させることで発散を防止できる。   Further, according to the present embodiment, the physical quantity measurement value change amount integration means multiplies the physical quantity measurement value change amount integration value IntΔQa up to the previous time by the predetermined attenuation constant W, and then adds the current physical quantity measurement value change amount ΔQa. (Step 4). Therefore, divergence can be prevented by gradually converging the physical quantity measured value variation integrated value IntΔQa up to the previous time with the attenuation constant W to zero.

また本実施形態によれば、モデル計測値変化量積算手段は、前回までのモデル計測値変化量積算値IntΔQmに所定の減衰定数Wを乗算してから今回のモデル計測値変化量ΔQmを加算する(ステップ6)。このため、減衰定数Wにより前回までのモデル計測値変化量積算値IntΔQmを次第にゼロに収束させることで発散を防止できる。   Further, according to the present embodiment, the model measurement value change amount integration means multiplies the model measurement value change amount integration value IntΔQm up to the previous time by the predetermined attenuation constant W and then adds the current model measurement value change amount ΔQm. (Step 6). For this reason, divergence can be prevented by gradually converging the model measurement value change amount integrated value IntΔQm up to the previous time to zero by the attenuation constant W.

また本実施形態によれば、減衰定数Wは、モデル計測値変化量ΔQmが小さい程1.0より小さい値を用いる。このため、モデル計測値変化量ΔQmが小さい程、吸気通路9を流れる空気流量は一定値に近づいている状態であり、減衰定数Wを小さくすることでエアフロメータ23による計測値Qaを理想値Qとして近づけることで精度の向上を図ることができる。   Further, according to the present embodiment, the attenuation constant W uses a value smaller than 1.0 as the model measurement value change amount ΔQm is smaller. For this reason, the smaller the model measurement value change amount ΔQm is, the closer the air flow rate through the intake passage 9 is to a constant value. By reducing the attenuation constant W, the measurement value Qa by the air flow meter 23 is reduced to the ideal value Q. As a result, the accuracy can be improved.

また本実施形態によれば、減衰定数Wは、モデル計測値変化量ΔQmが小さくなった状態が所定時間だけ継続した後に小さくし、この所定時間は、理想値Qの演算周期Δtと減衰定数Wとに基づいて決まる時間とする。このため、空気流量がほぼ一定値である状態に安定した後において減衰定数Wを小さくすることができる。   Further, according to the present embodiment, the attenuation constant W is decreased after the state in which the model measurement value change amount ΔQm has decreased for a predetermined time, and the predetermined time is reduced by the calculation period Δt of the ideal value Q and the attenuation constant W. Time determined based on the above. For this reason, the attenuation constant W can be reduced after the air flow rate is stabilized at a substantially constant value.

また本実施形態によれば、減衰定数Wは、物理量計測手段による計測値Qaの変動が大きい時など、物理量計測値Qaのノイズが大きい程1.0に近づける。このため、吸気通路9を流れる空気が脈動など、エアフロメータ23による計測値Qaが信頼できない場合にモデル計測値Qmによる変動除去という効果を発揮させて理想値Qの演算精度を向上させることができる。   Further, according to the present embodiment, the attenuation constant W approaches 1.0 as the noise of the physical quantity measurement value Qa increases, such as when the fluctuation of the measurement value Qa by the physical quantity measurement means is large. For this reason, when the measured value Qa measured by the air flow meter 23 is unreliable, such as when the air flowing through the intake passage 9 is pulsating, the effect of eliminating fluctuations due to the model measured value Qm can be exhibited to improve the calculation accuracy of the ideal value Q. .

また本実施形態によれば、モデル計測値演算手段(ステップ6)による計測対象は、内燃機関1の吸気通路9を流れる空気流量Qmであるため、この流量Qmに基づいて理想値Qの演算を行うことができる。   Further, according to the present embodiment, since the measurement target by the model measurement value calculation means (step 6) is the air flow rate Qm flowing through the intake passage 9 of the internal combustion engine 1, the ideal value Q is calculated based on this flow rate Qm. It can be carried out.

また本実施形態によれば、空気流量Qmは、内燃機関1のスロットル開度とエンジン回転数との少なくとも1つを含む複数のパラメータを用いて演算した値である(ステップ2)。このため、吸気通路9を流れる空気に脈動が発生しても、その影響を受けることがなく、安定した値Qmを演算することができる。また、エアフロメータ23より時間的に先行したパラメータを用いることができ、理想値Qの応答性を向上させることができる。   Further, according to the present embodiment, the air flow rate Qm is a value calculated using a plurality of parameters including at least one of the throttle opening degree and the engine speed of the internal combustion engine 1 (step 2). For this reason, even if pulsation occurs in the air flowing through the intake passage 9, it is not affected by this, and a stable value Qm can be calculated. In addition, a parameter that precedes the air flow meter 23 can be used, and the response of the ideal value Q can be improved.

また本実施形態によれば、物理量計測手段(ステップ1)は、内燃機関1の吸気系に取り付けられた熱線式流量計(エアフロメータ23)であるため、定常状態においては精度よく流量を計測できる。   Further, according to the present embodiment, the physical quantity measuring means (step 1) is a hot-wire flow meter (air flow meter 23) attached to the intake system of the internal combustion engine 1, so that the flow rate can be accurately measured in a steady state. .

また本実施形態によれば、モデル計測値演算手段(ステップ6)による計測対象は、内燃機関1の吸気通路9内の気体圧力Pであるため、この圧力Pをモデル計測値Qmとして、吸気通路9を流れる空気流量の理想値を演算する場合と同様にして理想とする気体圧力の値を演算できる。 According to the present embodiment, the measurement target by the model measured value calculating means (step 6) are the gas pressure P 2 in the intake passage 9 of the engine 1, the pressure P 2 as a model measurement Qm, The ideal gas pressure value can be calculated in the same manner as when calculating the ideal value of the air flow rate flowing through the intake passage 9.

また本実施形態によれば、物理量計測手段(ステップ1)は、内燃機関1の吸気系に取り付けられた圧力センサ(ブーストセンサ25)であるため、吸気系の圧力Pに基づいて理想値Qの演算を行うことができる。 According to the present embodiment, the physical quantity measuring means (step 1) are the pressure sensor mounted in the intake system of an internal combustion engine 1 (boost sensor 25), the ideal value Q based on the pressure P 1 of the intake system Can be performed.

次に、本発明の第2の実施形態について説明する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described.

本実施形態では、理想値Qを演算している間にエアフロメータ23の断線など、物理量計測手段に異常があった場合に、これを検知して理想値Qをモデル計測値Qmとすることで、エアフロメータ23の異常による理想値Qへの影響を抑制する耐故障システムを備えさせている。   In the present embodiment, when there is an abnormality in the physical quantity measuring means such as disconnection of the air flow meter 23 while calculating the ideal value Q, this is detected and the ideal value Q is set as the model measured value Qm. A failure-tolerant system that suppresses the influence on the ideal value Q due to an abnormality in the air flow meter 23 is provided.

図13は、偏差増加判定フラグに基づいてエアフロメータ23の故障判定(異常判定)を行い、故障があった場合には理想値Qをモデル演算値Qmに移行させる処理を示すフローチャートである。この処理は、所定の演算間隔Δt(例えば4ms)ごとに行う。   FIG. 13 is a flowchart showing a process of making a failure determination (abnormality determination) of the air flow meter 23 based on the deviation increase determination flag and shifting the ideal value Q to the model calculation value Qm when there is a failure. This process is performed every predetermined calculation interval Δt (for example, 4 ms).

ステップ21では、後述する図14にてエアフロメータ23の偏差増加判定フラグの演算を行う。このフラグは、偏差増加が大きい場合には1を示す。   In step 21, the deviation increase determination flag of the air flow meter 23 is calculated in FIG. This flag indicates 1 when the deviation increase is large.

ステップ22では、偏差増加判定フラグが1であるか否かを判定する。判定フラグが1である場合には、ステップ23へ進み、カウンタ値のインクリメントを行う。一方、判定フラグが0(判定フラグ≠1)である場合には、ステップ24にてカウンタ値をリセットする(カウンタ値=0)。   In step 22, it is determined whether or not the deviation increase determination flag is 1. If the determination flag is 1, the process proceeds to step 23 where the counter value is incremented. On the other hand, if the determination flag is 0 (determination flag ≠ 1), the counter value is reset in step 24 (counter value = 0).

ステップ25では、カウンタ値が故障判定回数を超えているか否かを判定する。カウンタ値が故障判定回数を超えている(カウンタ値>故障判定回数)場合には、エアフロメータ23が故障していると判定する。一方、カウンタ値が故障判定回数以下(カウンタ値≦故障判定回数)である場合には、エアフロメータ23が正常状態であると判定して処理を終了する。これにより所定時間経過した後にエアフロメータ23が故障した状態が確実に検知でき、瞬間的なエラーにより偏差Qeが増加した場合を排除することできる。   In step 25, it is determined whether or not the counter value exceeds the failure determination count. If the counter value exceeds the failure determination count (counter value> failure determination count), it is determined that the air flow meter 23 is defective. On the other hand, if the counter value is less than or equal to the failure determination number (counter value ≦ failure determination number), it is determined that the air flow meter 23 is in a normal state and the process is terminated. As a result, it is possible to reliably detect a state in which the air flow meter 23 has failed after a predetermined time has elapsed, and to eliminate the case where the deviation Qe has increased due to an instantaneous error.

ステップ26では、エアフロメータ23の出力信号に基づく演算値(物理量計測値)Qaは信頼できないため、モデルにより演算したモデル計測値Qmに理想値Qを移行させる。   In step 26, since the calculated value (physical quantity measured value) Qa based on the output signal of the air flow meter 23 is not reliable, the ideal value Q is shifted to the model measured value Qm calculated by the model.

理想値Qをモデル計測値Qmに移行させるには、前述のステップ8にて理想値Qを演算する式をモデル計測値Qmと偏差Qeとの和により求める式(Q=Qm+Qe)に置き換える。偏差Qeの演算には、1度だけモデル計測値Qmからエアフロメータ23による計測値Qaを減算した値(Qm−Qa)を用い、次回の演算以降は、偏差Qeの前回値Qezと、減衰定数Wとを乗算した値を代入し(Qe=W×Qez)、前述の(9)式における積分項であるIntΔQmおよびIntΔQaの演算を中止することにより、エアフロメータ23の出力信号に基づく演算値Qaの影響を抑制する。   In order to shift the ideal value Q to the model measurement value Qm, the equation for calculating the ideal value Q in the above-described step 8 is replaced with an equation (Q = Qm + Qe) obtained by the sum of the model measurement value Qm and the deviation Qe. For the calculation of the deviation Qe, a value (Qm−Qa) obtained by subtracting the measured value Qa from the air flow meter 23 from the model measured value Qm once is used. After the next calculation, the previous value Qez of the deviation Qe and the attenuation constant A value obtained by multiplying W by Q is substituted (Qe = W × Qez), and calculation of IntΔQm and IntΔQa, which are integral terms in the above-described equation (9), is stopped, whereby a calculation value Qa based on the output signal of the air flow meter 23 is obtained. To suppress the effects of

すなわち、エアフロメータ23の故障を検知した時点において偏差QeとしてQm−Qaの値を保持しておき、演算間隔Δtごとに段階的に理想値Qをモデル計測値Qmに移行させる。減衰定数Wは0から1の範囲の値であるため、偏差を求める式Qe=W×Qezより、偏差Qeが演算周期Δt毎に段階的に0に近づくこととなる結果、理想値Qはモデル計測値Qmに近づくことになる。   That is, when a failure of the air flow meter 23 is detected, the value of Qm−Qa is held as the deviation Qe, and the ideal value Q is gradually shifted to the model measurement value Qm at every calculation interval Δt. Since the attenuation constant W is a value in the range of 0 to 1, from the equation Qe = W × Qez for obtaining the deviation, the deviation Qe gradually approaches 0 every calculation period Δt. As a result, the ideal value Q is a model. It approaches the measured value Qm.

図14には、エアフロメータ23の故障判定を行うために用いる偏差増加判定フラグの有無を出力するブロック図を示している。   FIG. 14 is a block diagram for outputting the presence / absence of a deviation increase determination flag used for determining the failure of the air flow meter 23.

物理量計測手段61は、エアフロメータ23の出力信号(電圧)に応じた質量流量計測テーブルにより、吸気通路9を通過する空気流量Qa[kg/s]を計測する。   The physical quantity measuring means 61 measures the air flow rate Qa [kg / s] passing through the intake passage 9 by using a mass flow rate measurement table corresponding to the output signal (voltage) of the air flow meter 23.

偏差演算手段62は、空気流量Qaと、モデル計測値Qm[kg/s]とに基づいて偏差Qe[kg/s]を演算する。なお、次回の偏差Qeは、偏差の積算値を用いる。   The deviation calculating means 62 calculates the deviation Qe [kg / s] based on the air flow rate Qa and the model measurement value Qm [kg / s]. The next deviation Qe uses an integrated value of deviation.

除算手段63は、偏差Qeからモデル計測値Qmを除算して誤差比を求める(Qe/Qm)。   The division means 63 divides the model measurement value Qm from the deviation Qe to obtain an error ratio (Qe / Qm).

加算手段64は、1から誤差比Qe/Qmを差し引いて正味比(=1−Qe/Qm)を演算する。偏差Qeは空気流れが定常である場合には0となるが、故障時においては偏差Qeが大きくなり、誤差比Qe/Qmの値が1を越えてしまうことがある。   The adding means 64 calculates the net ratio (= 1−Qe / Qm) by subtracting the error ratio Qe / Qm from 1. The deviation Qe becomes 0 when the air flow is steady, but the deviation Qe becomes large at the time of failure, and the value of the error ratio Qe / Qm may exceed 1.

このため、絶対値演算手段65は、正味比の絶対値|x|を取ることとしている。   For this reason, the absolute value calculating means 65 takes the absolute value | x | of the net ratio.

偏差増加判定手段66は、絶対値|x|が所定の判定しきい値を超えているか否かを判定する。ここでは判定しきい値を0.2とする。絶対値が判定しきい値を越えている(|x|>0.2)場合には、偏差Qeの増加が大きいと判断して、偏差増加判定フラグを1にする。   The deviation increase determination means 66 determines whether or not the absolute value | x | exceeds a predetermined determination threshold value. Here, the determination threshold is set to 0.2. If the absolute value exceeds the determination threshold (| x |> 0.2), it is determined that the increase in the deviation Qe is large, and the deviation increase determination flag is set to 1.

なお、除算手段64により演算する値は誤差率[%]としてもよい。この場合は、前述の誤差比を%にして同様にして処理する。   Note that the value calculated by the dividing means 64 may be an error rate [%]. In this case, the above-described error ratio is set to% and the same processing is performed.

図15には、エアフロメータ23の故障を検知した後に、理想値Qをモデル計測値Qmに移行させた場合を示している。   FIG. 15 shows a case where the ideal value Q is shifted to the model measurement value Qm after the failure of the air flow meter 23 is detected.

エアフロメータ23が断線により故障した場合には、前述の偏差増加判定フラグに基づいて故障発生から所定時間経過後に理想値Qをモデル計測値Qmに移行させる処理を行う。図では、理想値Qをモデル計測値Qmに移行させる時点をt1で示しており、これ以降の理想値Qがモデル計測値Qmに追随するように変化する。   When the air flow meter 23 fails due to disconnection, the ideal value Q is shifted to the model measurement value Qm after a predetermined time has elapsed from the occurrence of the failure based on the above-described deviation increase determination flag. In the figure, the time point at which the ideal value Q is shifted to the model measurement value Qm is indicated by t1, and the ideal value Q thereafter changes so as to follow the model measurement value Qm.

これによりエアフロメータ23が故障した時には、モデル計測値Qmにより最低限の演算精度が確保できる。   Thereby, when the air flow meter 23 breaks down, the minimum calculation accuracy can be secured by the model measurement value Qm.

本実施形態によれば、物理量計測手段(エアフロメータ23、ステップ1)の異常を検知する異常検知手段(ステップ25)と、異常検知手段が異常を検知した時に理想値Qをモデル計測値Qmに移行させる理想値移行手段(ステップ26)と、を備える。このため、エアフロメータ23に故障が生じた場合等において、エアフロメータ23による計測値Qaによる影響を受けることなく車両の運転状態を安定したものにすることができる。   According to the present embodiment, the abnormality detection means (step 25) for detecting an abnormality of the physical quantity measurement means (air flow meter 23, step 1), and the ideal value Q is changed to the model measurement value Qm when the abnormality detection means detects the abnormality. Ideal value shifting means (step 26) for shifting. For this reason, when a failure occurs in the air flow meter 23, the driving state of the vehicle can be stabilized without being affected by the measurement value Qa by the air flow meter 23.

また本実施形態によれば、異常検知手段は、偏差Qeとモデル計測値Qmとに基づいて、偏差Qeとモデル計測値Qmとの比(Qe/Qm)、または偏差Qeとモデル計測値Qmとの率(Qe/qm[%])のいずれか一方が所定範囲外になった時もしくはその状態が所定時間経過した時に物理量計測手段が異常と判定する(偏差増加判定手段66、ステップ21,ステップ25)。このため、エアフロメータ23が瞬間的に計測エラーを起こした場合においても故障があるか否かの判定を行うことができる。   Further, according to the present embodiment, the abnormality detection means is configured to determine the ratio (Qe / Qm) between the deviation Qe and the model measurement value Qm or the deviation Qe and the model measurement value Qm based on the deviation Qe and the model measurement value Qm. When any one of the ratios (Qe / qm [%]) is out of the predetermined range or when the state has elapsed for a predetermined time, the physical quantity measuring means determines that it is abnormal (deviation increase determining means 66, step 21, step 21). 25). For this reason, even when the air flow meter 23 momentarily causes a measurement error, it can be determined whether or not there is a failure.

次に、本発明の第3の実施形態について説明する。   Next, a third embodiment of the present invention will be described.

本実施形態では、エアフロメータ23が正常な場合において予め規範となるものを定めておき、エアフロメータ23の異常により計測値Qaに変化があった場合には、規範と比較することで異常を検知する。   In this embodiment, when the air flow meter 23 is normal, a standard is determined in advance, and when the measured value Qa is changed due to an abnormality of the air flow meter 23, the abnormality is detected by comparing with the standard. To do.

図16は、本実施形態における異常検知システムのブロック図を示している。   FIG. 16 shows a block diagram of the abnormality detection system in the present embodiment.

異常検知システムは、前述の物理量計測手段100およびモデル計測値演算手段101の他に、規範物理量演算手段71、規範偏差演算手段72、通常偏差演算手段73および異常検知手段74を備えて構成されている。   The abnormality detection system includes a reference physical quantity calculation means 71, a reference deviation calculation means 72, a normal deviation calculation means 73, and an abnormality detection means 74 in addition to the physical quantity measurement means 100 and the model measurement value calculation means 101 described above. Yes.

規範物理量演算手段71は規範物理量を演算するモデルであり、モデル計測値Qmと、エアフロメータ23が正常な時における計測値Qaとに基づいて吸気通路9を流れる空気流量Qの規範物理量Qasを演算する。例えば、エアフロメータ23が正常で且つ定常状態において、モデル計測値Qmに対するエアフロメータ23の計測値Qaを規範物理量Qasとしてテーブル化しておく。   The reference physical quantity calculating means 71 is a model for calculating the reference physical quantity, and calculates the reference physical quantity Qas of the air flow rate Q flowing through the intake passage 9 based on the model measured value Qm and the measured value Qa when the air flow meter 23 is normal. To do. For example, when the air flow meter 23 is normal and in a steady state, the measurement value Qa of the air flow meter 23 with respect to the model measurement value Qm is tabulated as a reference physical quantity Qas.

規範偏差演算手段72は、規範物理量Qasおよびモデル計測値Qmに基づいて規範偏差Qesを演算する。   The normative deviation calculating means 72 calculates the normative deviation Qes based on the normative physical quantity Qas and the model measurement value Qm.

通常偏差演算手段73は、エアフロメータ23の出力信号に基づいて演算した空気流量Qaと、モデル計測値Qmとに基づいて、前述のステップ7と同じ処理を行い通常偏差Qeを演算する。   The normal deviation calculating means 73 calculates the normal deviation Qe by performing the same processing as in the above-described step 7 based on the air flow rate Qa calculated based on the output signal of the air flow meter 23 and the model measured value Qm.

異常検知手段74は、規範偏差Qesと通常偏差Qeとに基づいて異常検知を行う。例えば、規範偏差Qesから通常偏差Qaを減算し(Qes−Qe)、この値が所定のしきい値を越える場合にはエアフロメータ23が異常であると検知するようにする。これによりエアフロメータ23が故障した場合には、エアフロメータ23による現在の計測値Qaが通常とは異なった値を示すことから偏差Qeは通常のものとは異なり、異常検知が可能となる。   The abnormality detection unit 74 performs abnormality detection based on the standard deviation Qes and the normal deviation Qe. For example, the normal deviation Qa is subtracted from the standard deviation Qes (Qes−Qe), and when this value exceeds a predetermined threshold value, it is detected that the air flow meter 23 is abnormal. Thus, when the air flow meter 23 fails, the current measured value Qa by the air flow meter 23 shows a value different from the normal value, so that the deviation Qe is different from the normal value, and an abnormality can be detected.

なお、異常検知手段74により理想値Qを演算している間にエアフロメータ23の断線による故障など、物理量計測手段に異常があった場合には、前述の第2の実施形態にて説明したように理想値Qをモデル計測値Qmとすることで、エアフロメータ23の故障による理想値Qへの影響を抑制する。   Note that when there is an abnormality in the physical quantity measuring means such as a failure due to disconnection of the air flow meter 23 while the ideal value Q is being calculated by the abnormality detecting means 74, as described in the second embodiment. Further, by setting the ideal value Q as the model measurement value Qm, the influence on the ideal value Q due to the failure of the air flow meter 23 is suppressed.

本実施形態によれば、異常検知手段74は、モデル計測値Qmと物理量計測手段(エアフロメータ23)100が正常な時の物理量計測値Qaとに基づいて物理量計測値Qaの規範値Qasを演算する物理量規範値演算手段71と、物理量規範値Qasとモデル計測値Qmとに基づいて偏差の規範値Qesを演算する偏差規範値演算手段72と、モデル計測値Qmと物理量計測手段100による現在の物理量計測値Qaとに基づいて通常偏差値Qeを演算する通常偏差値演算手段73と、を備え、偏差規範値Qesと通常偏差値Qeとを比較して物理量計測手段100の異常を検知する。このため、エアフロメータ23が正常なときにおける計測値Qaに基づいて規範値を設定でき、エアフロメータ23に異常があった場合にその出力に基づいて異常を正確且つ迅速に検知できる。   According to the present embodiment, the abnormality detection means 74 calculates the reference value Qas of the physical quantity measurement value Qa based on the model measurement value Qm and the physical quantity measurement value Qa when the physical quantity measurement means (air flow meter 23) 100 is normal. Physical quantity normative value calculating means 71, deviation normative value calculating means 72 for calculating a deviation normative value Qes based on the physical quantity normative value Qas and the model measured value Qm, and the model measured value Qm and the physical quantity measuring means 100 A normal deviation value calculating means 73 for calculating a normal deviation value Qe based on the physical quantity measurement value Qa, and detecting the abnormality of the physical quantity measuring means 100 by comparing the deviation reference value Qes and the normal deviation value Qe. For this reason, a reference value can be set based on the measured value Qa when the air flow meter 23 is normal, and when there is an abnormality in the air flow meter 23, the abnormality can be detected accurately and quickly based on the output.

第1実施形態におけるエンジン1の制御装置のシステム構成図The system block diagram of the control apparatus of the engine 1 in 1st Embodiment. 本発明の理想値演算を示すブロック図The block diagram which shows the ideal value calculation of this invention モデル計測値演算手段による演算を示すブロック図Block diagram showing calculation by model measurement value calculation means スロットルモデルを示すブロック図Block diagram showing the throttle model シリンダモデルを示すブロック図Block diagram showing the cylinder model コレクタモデルを示すブロック図Block diagram showing the collector model 理想値演算処理を示すフローチャートFlow chart showing ideal value calculation processing モデル計測値変化量を演算するフローチャートFlowchart for calculating model measurement value variation 減衰率を示す図Diagram showing attenuation rate 理想値の演算結果を示す図Diagram showing the calculation result of the ideal value エアフロメータが断線により故障した場合における各流量演算値を示す図The figure which shows each flow calculation value when the air flow meter breaks down due to disconnection 電気ノイズが大きい場合における各流量演算値を示す図Figure showing each flow rate calculation value when electrical noise is large 故障判定と理想値をモデル演算値に移行させる処理とを示す図Diagram showing failure determination and processing for shifting ideal values to model calculation values 偏差増加判定フラグの有無を出力するブロック図Block diagram to output the presence / absence of deviation increase judgment flag 故障を検知した後に、理想値をモデル計測値に移行させた場合を示す図Diagram showing a case where an ideal value is transferred to a model measurement value after a failure is detected 異常検知を規範偏差に基づいて行う場合を示すブロック図Block diagram showing the case where abnormality detection is performed based on the standard deviation

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン
2 シリンダ
5 点火プラグ
9 吸気通路
10 燃料噴射弁
11 コレクタ
13 電制スロットルバルブ
23 エアフロメータ
24 スロットル開度センサ
25 ブーストセンサ
26 温度センサ
27 クランク角センサ
28 大気圧センサ
30 ECU
31 スロットルモデル
41 シリンダモデル
51 コレクタモデル
100 物理量計測手段
101 モデル計測値演算手段
102 融合手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Cylinder 5 Spark plug 9 Intake passage 10 Fuel injection valve 11 Collector 13 Electric throttle valve 23 Air flow meter 24 Throttle opening sensor 25 Boost sensor 26 Temperature sensor 27 Crank angle sensor 28 Atmospheric pressure sensor 30 ECU
31 Throttle model 41 Cylinder model 51 Collector model 100 Physical quantity measurement means 101 Model measurement value calculation means 102 Fusion means

Claims (23)

物理量を計測する物理量計測手段と、
前記物理量計測手段による計測値の変化量を積算する物理量計測値変化量積算手段と、
前記物理量計測手段による計測対象をモデルによりモデル計測値として演算するモデル計測値演算手段と、
前記モデル計測値の変化量を積算するモデル計測値変化量積算手段と、
前記モデル計測値変化量積算値と前記物理量計測値変化量積算値とから偏差を演算する偏差演算手段と、
前記物理量計測値に前記偏差を加算して理想値を演算する理想値演算手段と、
を備えることを特徴とする理想値演算装置。
A physical quantity measuring means for measuring the physical quantity;
Physical quantity measurement value change amount integration means for integrating the change amount of the measurement value by the physical quantity measurement means;
Model measurement value calculation means for calculating a measurement target by the physical quantity measurement means as a model measurement value by a model;
Model measurement value change amount integration means for integrating the change amount of the model measurement value;
Deviation calculating means for calculating a deviation from the model measured value change integrated value and the physical quantity measured value integrated integrated value;
Ideal value calculating means for calculating an ideal value by adding the deviation to the physical quantity measurement value;
An ideal value calculation device comprising:
前記モデル計測値変化量は、前記理想値の前回値と、前記モデル計測値の変化率との乗算により求めることを特徴とする請求項1記載の理想値演算装置。   2. The ideal value calculation device according to claim 1, wherein the model measurement value change amount is obtained by multiplying a previous value of the ideal value by a change rate of the model measurement value. 前記モデル計測値の変化率は、前記モデル計測値変化量を前記モデル計測値の前回値で除算した値であることを特徴とする請求項2記載の理想値演算装置。   The ideal value calculation device according to claim 2, wherein the rate of change of the model measurement value is a value obtained by dividing the amount of change in the model measurement value by the previous value of the model measurement value. 前記モデル計測値変化量は、前記理想値の前回値が所定値未満の時には、前記モデル計測値変化量若しくは前記計測値変化量のいずれか一方を用いて演算することを特徴とする請求項2または請求項3記載の理想値演算装置。   The model measured value change amount is calculated using either the model measured value change amount or the measured value change amount when the previous value of the ideal value is less than a predetermined value. Alternatively, the ideal value calculation device according to claim 3. 前記所定値は、略ゼロであることを特徴とする請求項4記載の理想値演算装置。   The ideal value calculation device according to claim 4, wherein the predetermined value is substantially zero. 前記物理量計測値変化量積算手段は、前回までの物理量計測値変化量積算値に所定の減衰定数を乗算してから今回の物理量計測値変化量を加算することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1つに記載の理想値演算装置。   The physical quantity measurement value change amount integration means adds the current physical quantity measurement value change amount after multiplying the physical quantity measurement value change amount integration value up to the previous time by a predetermined attenuation constant. Item 6. The ideal value calculation device according to any one of Items 5 above. 前記モデル計測値変化量積算手段は、前回までのモデル計測値変化量積算値に所定の減衰定数を乗算してから今回のモデル計測値変化量を加算することを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1つに記載の理想値演算装置。   The model measured value change amount integration means adds the current model measured value change amount after multiplying the model measured value change amount integrated value up to the previous time by a predetermined attenuation constant. Item 7. The ideal value calculation device according to any one of Items 6 above. 前記減衰定数は、前記モデル計測値変化量が小さい程1.0より小さい値を用いることを特徴とする請求項6または請求項7記載の理想値演算装置。   8. The ideal value calculation device according to claim 6, wherein the attenuation constant uses a value smaller than 1.0 as the amount of change in the model measurement value decreases. 前記減衰定数は、前記モデル計測値変化量が小さくなった状態が所定時間だけ継続した後に小さくすることを特徴とする請求項6〜請求項8のいずれか1つに記載の理想値演算装置。   The ideal value calculation device according to any one of claims 6 to 8, wherein the attenuation constant is decreased after a state in which the amount of change in the model measurement value is reduced continues for a predetermined time. 前記所定時間は、前記理想値の演算周期と前記減衰定数とに基づいて決まる時間であることを特徴とする請求項9記載の理想値演算。   The ideal value calculation according to claim 9, wherein the predetermined time is a time determined based on a calculation period of the ideal value and the attenuation constant. 前記減衰定数は、前記物理量計測値のノイズが大きい程1.0に近づけることを特徴とする請求項6または請求項7記載の理想値演算装置。   The ideal value calculation apparatus according to claim 6 or 7, wherein the attenuation constant approaches 1.0 as noise of the physical quantity measurement value increases. 前記物理量計測値のノイズが大きい時は、物理量計測手段による計測値の変動が大きい時であることを特徴とする請求項11記載の理想値演算装置。   12. The ideal value calculation device according to claim 11, wherein the noise of the physical quantity measurement value is large when the fluctuation of the measurement value by the physical quantity measurement means is large. 前記物理量計測手段の異常を検知する異常検知手段と、
前記異常検知手段が異常を検知した時に前記理想値を前記モデル計測値に移行させる理想値移行手段と、
を備えることを特徴とする請求項1〜請求項12のいずれか1つに記載の理想値演算装置。
An abnormality detecting means for detecting an abnormality of the physical quantity measuring means;
Ideal value transfer means for transferring the ideal value to the model measurement value when the abnormality detection means detects an abnormality;
The ideal value arithmetic unit according to claim 1, comprising:
前記異常検知手段は、前記偏差と前記モデル計測値とに基づいて前記物理量計測手段の異常を検知することを特徴とする請求項13記載の理想値演算装置。   The ideal value calculation device according to claim 13, wherein the abnormality detection unit detects an abnormality of the physical quantity measurement unit based on the deviation and the model measurement value. 前記異常検知手段は、前記偏差と前記モデル計測値との比、または前記偏差と前記モデル計測値との率のいずれか一方が所定範囲外になった時に前記物理量計測手段が異常と判定することを特徴とする請求項14記載の理想値演算装置。   The abnormality detecting means determines that the physical quantity measuring means is abnormal when one of a ratio between the deviation and the model measured value or a ratio between the deviation and the model measured value is out of a predetermined range. The ideal value calculation apparatus according to claim 14. 前記異常検知手段は、前記偏差と前記モデル計測値との比、または前記偏差と前記モデル計測値との率のいずれか一方が所定範囲外になった状態が所定時間経過した時に前記物理量計測手段が異常と判定することを特徴とする請求項14記載の理想値演算装置。   The anomaly detecting means is the physical quantity measuring means when a predetermined time elapses when either the ratio between the deviation and the model measured value or the ratio between the deviation and the model measured value is outside a predetermined range. The ideal value calculation device according to claim 14, wherein the ideal value calculation device is determined as abnormal. 前記異常検知手段は、
前記モデル計測値と前記物理量計測手段が正常な時の物理量計測値とに基づいて前記物理量計測値の規範値を演算する物理量規範値演算手段と、
前記物理量規範値と前記モデル計測値とに基づいて偏差の規範値を演算する偏差規範値演算手段と、
前記モデル計測値と前記物理量計測手段による現在の物理量計測値とに基づいて通常偏差値を演算する通常偏差値演算手段と、を備え、
前記偏差規範値と前記通常偏差値とを比較して前記物理量計測手段の異常を検知することを特徴とする請求項13記載の理想値演算装置。
The abnormality detection means is
Physical quantity reference value calculation means for calculating a reference value of the physical quantity measurement value based on the model measurement value and the physical quantity measurement value when the physical quantity measurement means is normal;
Deviation normative value calculating means for calculating a normative value of deviation based on the physical quantity normative value and the model measurement value;
Normal deviation value calculating means for calculating a normal deviation value based on the model measured value and the current physical quantity measured value by the physical quantity measuring means,
14. The ideal value calculation device according to claim 13, wherein an abnormality of the physical quantity measuring means is detected by comparing the deviation reference value with the normal deviation value.
前記理想値移行手段は、前記理想値を、前記モデル計測値および前記偏差を加算して演算する式に切り換える一方、前記偏差として、1度だけ前記モデル計測値から前記物理量計測値を減算した値を用い、その後は前記モデル計測値変化量積分値および前記物理量計測値変化量積算値の演算を中止することを特徴とする請求項13〜請求項17のいずれか1つに記載の理想値演算装置。   The ideal value transition means switches the ideal value to an equation that is calculated by adding the model measurement value and the deviation, while the deviation is a value obtained by subtracting the physical quantity measurement value from the model measurement value only once. The calculation of the ideal value according to any one of claims 13 to 17, wherein the calculation of the model measured value change integrated value and the physical measured value integrated change value is stopped thereafter. apparatus. 前記モデル計測値演算手段による計測対象は、内燃機関の吸気通路を流れる空気流量であることを特徴とする請求項1〜請求項18のいずれか1つに記載の理想値演算装置。   The ideal value calculation apparatus according to any one of claims 1 to 18, wherein a measurement target by the model measurement value calculation means is an air flow rate flowing through an intake passage of an internal combustion engine. 前記空気流量は、内燃機関のスロットル開度とエンジン回転数との少なくとも1つを含む複数のパラメータを用いて演算した値であることを特徴とする請求項19記載の理想値演算装置。   The ideal value calculation device according to claim 19, wherein the air flow rate is a value calculated using a plurality of parameters including at least one of a throttle opening degree and an engine speed of an internal combustion engine. 前記物理量計測手段は、内燃機関の吸気系に取り付けられた熱線式流量計であることを特徴とする請求項1〜請求項20のいずれか1つに記載の理想値演算装置。   The ideal value calculation device according to any one of claims 1 to 20, wherein the physical quantity measuring means is a hot-wire flow meter attached to an intake system of an internal combustion engine. 前記モデル計測値演算手段による計測対象は、内燃機関の吸気通路内の気体圧力であることを特徴とする請求項1〜請求項18のいずれか1つに記載の理想値演算装置。   The ideal value calculation apparatus according to any one of claims 1 to 18, wherein a measurement target by the model measurement value calculation means is a gas pressure in an intake passage of an internal combustion engine. 前記物理量計測手段は、内燃機関の吸気系に取り付けられた圧力センサであることを特徴とする請求項1〜請求項18および請求項22のいずれか1つに記載の理想値演算装置。   The ideal value calculation device according to any one of claims 1 to 18, wherein the physical quantity measuring means is a pressure sensor attached to an intake system of an internal combustion engine.
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