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JP4736403B2 - Flow rate calculation device for internal combustion engine - Google Patents
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Description

本発明は、内燃機関の流量算出装置に関する。   The present invention relates to a flow rate calculation device for an internal combustion engine.

自然界はΔt=0の連続系であるのでハンチングは起こらないが、内燃機関の吸気量の算出など離散系モデリングして計算する場合は、演算結果がハンチングすることがある。収束計算でハンチングし難くするには演算間隔(Δt)を極めて小さくすればよいが、その一方で演算負荷が高くなる。
また特許文献1には、エンジンの吸気量算出装置において、スロットルバルブを通過する吸気量を、スロットルバルブ開口面積とバルブ前後圧力比(スロットルバルブの下流圧力/上流圧力)に基づく流量係数とから算出することが記載されている。圧力比が1.0近傍で吸気量を離散計算する際には、圧力比の上限を0.98など一定値で制限することで、ハンチングに起因する吸気量の算出誤差を抑制する。
特開2003−254148号公報
Since the natural world is a continuous system with Δt = 0, hunting does not occur. However, when the calculation is performed by discrete system modeling such as calculation of the intake air amount of the internal combustion engine, the calculation result may be hunted. In order to make hunting difficult in the convergence calculation, the calculation interval (Δt) may be made extremely small. On the other hand, the calculation load increases.
In Patent Document 1, in an intake air amount calculation device for an engine, an intake air amount passing through a throttle valve is calculated from a throttle valve opening area and a flow coefficient based on a valve front-rear pressure ratio (downstream pressure / upstream pressure of the throttle valve). It is described to do. When the intake air amount is discretely calculated when the pressure ratio is near 1.0, the upper limit of the pressure ratio is limited to a constant value such as 0.98, thereby suppressing an intake air amount calculation error caused by hunting.
JP 2003-254148 A

しかしながら、特許文献1では圧力比の上限を一定値で制限していたので、エンジン始動時など圧力比が1.0近傍、すなわちスロットルバルブを通過する吸気量(流速)が少ない状態における吸気量算出精度が悪くなるという問題があった。
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、圧力比が1.0近傍の状態においてハンチングを抑制しつつ、吸気量の算出精度を高めることを目的とする。
However, since the upper limit of the pressure ratio is limited to a constant value in Patent Document 1, the intake air amount is calculated when the pressure ratio is near 1.0, such as when the engine is started, that is, when the intake air amount (flow velocity) passing through the throttle valve is small. There was a problem that accuracy deteriorated.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to improve the calculation accuracy of the intake air amount while suppressing hunting in a state where the pressure ratio is near 1.0.

そのため本発明では、スロットルバルブ開口面積とスロットルバルブ前後圧力比に基づく流量係数とからスロットルバルブを通過する気体の体積流量を算出する装置であって、
前記スロットルバルブ前後圧力比を理論的に取り得る最大圧力比に制限し、
前記最大圧力比は、スロットルバルブ開度が略全開状態での圧力比の平衡値であって、前記スロットルバルブ開度の略全開状態時における流速と、流速および圧力比の関数と、によって求めるようにした。
Therefore, in the present invention, an apparatus for calculating the volumetric flow rate of the gas passing through the throttle valve from the throttle valve opening area and the flow coefficient based on the throttle valve front-rear pressure ratio,
Limit the throttle valve front-rear pressure ratio to the maximum pressure ratio that can be theoretically taken,
The maximum pressure ratio is an equilibrium value of the pressure ratio when the throttle valve opening is substantially fully open, and is obtained by a flow rate when the throttle valve opening is substantially fully open and a function of the flow rate and the pressure ratio. I made it.

本発明によれば、バルブ前後圧力比を最大圧力比に制限するため、ハンチングを抑制でき、吸気量の算出精度を高めることができるという効果がある。   According to the present invention, the valve front-rear pressure ratio is limited to the maximum pressure ratio, so that hunting can be suppressed and the calculation accuracy of the intake air amount can be improved.

以下、図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。
図1は、エンジン1の流量算出装置のシステム構成図である。
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a system configuration diagram of a flow rate calculation device of the engine 1.
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燃焼室4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の開度指令(デューティー比)に基づいてバルブ開口面積が決定される。
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。
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 combustion chamber 4 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 an opening degree command (duty ratio) of an engine control unit (ECU) 30.
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、スロットルバルブ開度センサ23、圧力センサ24、ブーストセンサ(圧力センサ)25、温度センサ26、及びクランク角センサ27からの信号が入力される。
スロットルバルブ開度センサ23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。
Further, the ECU 30 receives signals from the throttle valve opening sensor 23, the pressure sensor 24, the boost sensor (pressure sensor) 25, the temperature sensor 26, and the crank angle sensor 27.
The throttle valve opening sensor 23 outputs a signal corresponding to the opening degree of the electric throttle valve 13.

圧力センサ24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、圧力(上流圧力)に応じた信号を出力する。
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(下流圧力)に応じた信号を出力する。
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。
The pressure sensor 24 is provided in the intake passage 9 upstream of the electric throttle valve 13 and outputs a signal corresponding to the pressure (upstream pressure).
The boost sensor 25 is provided in the collector 11 downstream of the electric throttle valve 13 and outputs a signal corresponding to the pressure in the collector 11 (downstream pressure).
The temperature sensor 26 is provided in the collector 11 and outputs a signal corresponding to the intake air temperature.

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。
ECU30は、各種制御を行う。例えば、デューティー制御による電制スロットルバルブ13の開度制御、燃料噴射時期および噴射量の制御、点火時期制御などを行う。
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.
The ECU 30 performs various controls. For example, opening control of the electric throttle valve 13 by duty control, control of fuel injection timing and injection amount, ignition timing control, and the like are performed.

図2は、圧力比(電制スロットルバルブ13の下流圧力/上流圧力)と流量係数(流量若しくは流速に比例する値)との関係について示したものである。
電制スロットルバルブ13の前後圧力比が1.0、すなわち吸気が流れていない状態においては流量係数(圧力比に関する値)が0となり、流速が0となることを示している。一方、エンジン1が空気を吸い込む際には、電制スロットルバルブ13の下流側の圧力が上流側の圧力に対して低下するため、圧力比が低下する。圧力比が臨界になるまで低下すると流量係数が所定値に収束することとなる(流速=音速となる)。
FIG. 2 shows the relationship between the pressure ratio (downstream pressure / upstream pressure of the electric throttle valve 13) and the flow coefficient (a value proportional to the flow rate or flow velocity).
When the front / rear pressure ratio of the electric throttle valve 13 is 1.0, that is, when the intake air is not flowing, the flow coefficient (value relating to the pressure ratio) is 0, and the flow velocity is 0. On the other hand, when the engine 1 sucks air, the pressure on the downstream side of the electric throttle valve 13 decreases with respect to the pressure on the upstream side, so the pressure ratio decreases. When the pressure ratio decreases until it becomes critical, the flow coefficient converges to a predetermined value (flow velocity = sound velocity).

電制スロットルバルブ13を通過する空気の流量(体積流量)は、次式により、電制スロットルバルブ13の開口面積と流量係数とを乗じて算出する。
流量=バルブ開口面積×流量係数
しかしながら、図2に示すように、圧力比が1.0近傍では、流量係数(流速)の変化が大きくなり、流量の誤差が大きくなってしまう原因となりかねない。これは、演算間隔Δt(ここではΔt=10ms)に対し、流速の変化によるコレクタ11内の圧力変化が大きくなり過ぎるためである。演算間隔Δtを十分に細かい離散系で算出しないと流量係数の変化が大きすぎて、図3に示すようにハンチングを起こしてしまう。
The flow rate (volume flow rate) of the air passing through the electrically controlled throttle valve 13 is calculated by multiplying the opening area of the electrically controlled throttle valve 13 and the flow coefficient by the following equation.
However, as shown in FIG. 2, when the pressure ratio is in the vicinity of 1.0, the change in the flow coefficient (flow velocity) becomes large, which may cause an error in the flow rate. This is because the pressure change in the collector 11 due to the change in the flow velocity becomes too large with respect to the calculation interval Δt (here, Δt = 10 ms). If the calculation interval Δt is not calculated with a sufficiently fine discrete system, the flow coefficient changes too much and hunting occurs as shown in FIG.

図3の(イ)は経過時間とコレクタ11内の圧力(下流圧力)P2とを示し、(ロ)は経過時間と流量係数(流速)を示している。図3では、前後圧力比に何ら制限を掛けず、演算間隔Δtが十分に細かい離散系で計算しないため、ハンチングを起こしてしまう。
ここで、電制スロットルバルブ13の下流圧力(コレクタ圧力[kPa])P2は、理想気体の状態方程式を変形して次式によって表される。
3A shows the elapsed time and the pressure (downstream pressure) P 2 in the collector 11, and FIG. 3B shows the elapsed time and the flow coefficient (flow velocity). In FIG. 3, the front-rear pressure ratio is not limited at all, and hunting occurs because the calculation interval Δt is not calculated with a sufficiently fine discrete system.
Here, the downstream pressure (collector pressure [kPa]) P 2 of the electric throttle valve 13 is expressed by the following equation by modifying the equation of state of the ideal gas.

2・VC=n・R・T
ΔP2=Δn・R・T2/VC
2−P2(n-1)=(nin−nout)R・T2/VC
2=P2(n-1)+(nin−nout)Δt・R・T2/VC
この式は、現在のコレクタ圧力P2は、前回値P2(n-1)に、演算時間Δtに対する変化量を加えたものであることを示している。なお、T2はコレクタ11内の温度(下流温度[K])、Rはガス定数、VCはコレクタ11の容積[m3]、Δtは演算間隔[sec]、ninはコレクタ11に入る空気の質量[kg/s]、noutはコレクタ11から出る空気の質量[kg/s]である。
P 2 · V C = n ・ R ・ T
ΔP 2 = Δn · R · T 2 / V C
P 2 −P 2 (n−1) = (n in −n out ) R · T 2 / V C
P 2 = P 2 (n−1) + (n in −n out ) Δt · R · T 2 / V C
This expression indicates that the current collector pressure P 2 is obtained by adding a change amount with respect to the calculation time Δt to the previous value P 2 (n−1) . T 2 is the temperature in the collector 11 (downstream temperature [K]), R is the gas constant, V C is the volume [m 3 ] of the collector 11, Δt is the calculation interval [sec], and n in is entering the collector 11. The mass [kg / s] of air and n out are the mass [kg / s] of air exiting from the collector 11.

この式は、各部の状態量(コレクタ11内の圧力P2)を収束計算により求めているので、図2のように圧力比が1.0近傍、すなわちバルブ開度が全開付近でエンジン始動時に演算間隔Δtが大きいほどハンチングし易くなる。
また特許文献1のように、圧力比の上限値を0.98にした場合、図4(ロ)に示す通りハンチングは抑制されるが、圧力比が0.98以上の場合においても0.98における流量係数(一定値)に制限するため、後述する図8(ロ)に示すように、実際の値が切り捨てられてしまい圧力比0.98〜1.00の範囲での流量の誤差が大きくなってしまう。
Since this equation obtains the state quantity of each part (pressure P 2 in the collector 11) by convergence calculation, as shown in FIG. 2, the pressure ratio is near 1.0, that is, when the valve opening is near full open, Hunting becomes easier as the calculation interval Δt is larger.
Further, as in Patent Document 1, when the upper limit value of the pressure ratio is set to 0.98, hunting is suppressed as shown in FIG. 4 (b), but 0.98 even when the pressure ratio is 0.98 or more. In order to limit to the flow coefficient (a constant value) in FIG. 8, the actual value is discarded as shown in FIG. 8 (B), which will be described later, resulting in a large flow rate error in the pressure ratio range of 0.98 to 1.00. turn into.

そこで本発明では、0.98〜1.00の範囲であっても、電制スロットルバルブ13の前後圧力比を理論的に取り得る最大圧力比に制限することにより、ハンチングを防止しつつ、流量の算出精度を確保することとしている。
図5は、本発明の処理を示すフローチャートである。なお、この処理は、電制スロットルバルブ13を通過する流量が少ない場合(流速が低い場合)に行う。
Therefore, in the present invention, even in the range of 0.98 to 1.00, by restricting the front / rear pressure ratio of the electric throttle valve 13 to the maximum pressure ratio that can be theoretically taken, the flow rate is prevented while preventing hunting. The accuracy of calculation is to be ensured.
FIG. 5 is a flowchart showing the processing of the present invention. This process is performed when the flow rate passing through the electric throttle valve 13 is small (when the flow velocity is low).

ステップ1(図では「S1」と示す。以下同様)では、エンジン回転数Ne、電制スロットルバルブ13の上流圧力P1および下流圧力P2を算出する。上流圧力P1は、圧力センサ24の出力信号に基づいて算出する。なお、上流圧力は大気圧相当の一定値としてもよい。また下流圧力P2は、ブーストセンサ25の出力信号に基づいて算出する。
ステップ2では、電制スロットルバルブ13の最大開口面積を求める。最大開口面積は、スロットルバルブ開度および開口面積との関係を示すテーブルを参照して、スロットルバルブ開度が80degの時の値を用いる。これにより圧力比1.0近傍における開口面積を算出する。
In Step 1 (shown as “S1” in the figure, the same applies hereinafter), the engine speed Ne, the upstream pressure P 1 and the downstream pressure P 2 of the electric throttle valve 13 are calculated. The upstream pressure P 1 is calculated based on the output signal of the pressure sensor 24. The upstream pressure may be a constant value corresponding to atmospheric pressure. Further, the downstream pressure P 2 is calculated based on the output signal of the boost sensor 25.
In step 2, the maximum opening area of the electric throttle valve 13 is obtained. The maximum opening area uses a value when the throttle valve opening is 80 deg with reference to a table showing the relationship between the throttle valve opening and the opening area. Thereby, the opening area in the vicinity of the pressure ratio of 1.0 is calculated.

ステップ3では、体積効率ηを求める。体積効率ηは、図6に示すように、回転数Neと効率ηとの関係を示すテーブルを参照して求める。このテーブルは、回転数Neが所定値まで高くなれば効率ηが上がり、それよりも回転数Neが高くなった場合には効率ηが下がる傾向にある。
ステップ4では、次式に示すように、体積効率η、排気量V[m3]、エンジン回転数Ne[rpm]、および電制スロットルバルブ13の最大開口面積Ath[m2]を用いて最大仮流速[m/s]を演算する。
In step 3, the volumetric efficiency η is obtained. As shown in FIG. 6, the volumetric efficiency η is obtained with reference to a table showing the relationship between the rotational speed Ne and the efficiency η. In this table, the efficiency η increases as the rotational speed Ne increases to a predetermined value, and the efficiency η tends to decrease when the rotational speed Ne increases.
In step 4, as shown in the following equation, the volume efficiency η, the displacement V [m 3 ], the engine speed Ne [rpm], and the maximum opening area Ath [m 2 ] of the electric throttle valve 13 are maximized. Calculate the temporary flow velocity [m / s].

最大仮流速=η×V×Ne/(Ath×120)
ステップ5では、ステップ4にて算出した最大仮流速に基づいて電制スロットルバルブ13の最大圧力比(平衡値)Rmaxを求める。最大圧力比Rmaxは、図7に示すように、流速(最大仮流速)と圧力比とのテーブルを参照することで求める。このテーブルは、流速と圧力比との関数になっており、流速が速い時には圧力比が低く、流速が遅いときには圧力比が高くなる傾向にある。
Maximum temporary flow velocity = η x V x Ne / (Ath x 120)
In step 5, the maximum pressure ratio (equilibrium value) Rmax of the electric throttle valve 13 is obtained based on the maximum temporary flow velocity calculated in step 4. As shown in FIG. 7, the maximum pressure ratio Rmax is obtained by referring to a table of flow velocity (maximum temporary flow velocity) and pressure ratio. This table is a function of the flow rate and the pressure ratio. When the flow rate is high, the pressure ratio is low, and when the flow rate is low, the pressure ratio tends to be high.

このテーブルにより算出される最大圧力比Rmaxは、電制スロットルバルブ13の開度が略全開で流速が低い状態における平衡値となる。これにより、電制スロットルバルブ13の前後圧力比(下流圧力/上流圧力)が理論的に取り得る最大圧力比Rmaxが算出される。
ステップ6では、ブーストセンサ25により算出した下流圧力P2から圧力センサ24により算出した上流圧力P1を除算して、センサ出力による圧力比(P2/P1)を算出する。
The maximum pressure ratio Rmax calculated by this table is an equilibrium value in a state where the opening degree of the electric throttle valve 13 is substantially fully opened and the flow velocity is low. Thereby, the maximum pressure ratio Rmax that can be theoretically taken by the front-rear pressure ratio (downstream pressure / upstream pressure) of the electric throttle valve 13 is calculated.
In step 6, the upstream pressure P 1 calculated by the pressure sensor 24 is divided from the downstream pressure P 2 calculated by the boost sensor 25 to calculate a pressure ratio (P 2 / P 1 ) based on the sensor output.

ステップ7では、ステップ6にて算出したセンサ出力による圧力比(P2/P1)が、ステップ5にて算出した流速による最大圧力比Rmax未満(P2/P1<Rmax)であるか否かを判定する。P2/P1<Rmaxであると判断されればステップ8へ進み、圧力比をP2/P1に設定する。
一方、ステップ7でP2/P1≧Rmaxであると判断されればステップ9へ進み、圧力比をRmaxに設定する。これにより電制スロットルバルブ13の前後圧力比を理論的に取り得る最大圧力比Rmaxに制限する。
In step 7, whether or not the pressure ratio (P 2 / P 1 ) based on the sensor output calculated in step 6 is less than the maximum pressure ratio Rmax (P 2 / P 1 <Rmax) based on the flow velocity calculated in step 5. Determine whether. If it is determined that P 2 / P 1 <Rmax, the routine proceeds to step 8 where the pressure ratio is set to P 2 / P 1 .
On the other hand, if it is determined in step 7 that P 2 / P 1 ≧ Rmax, the process proceeds to step 9 and the pressure ratio is set to Rmax. As a result, the front / rear pressure ratio of the electric throttle valve 13 is limited to the maximum pressure ratio Rmax that can be theoretically taken.

ステップ10では、前述の図2に示す流量係数算出テーブルに、ステップ8またはステップ9にて算出した圧力比を割り当てて流量係数を算出する。
ステップ11では、前述の式(流量=開口面積×流量係数)により電制スロットルバルブ13を通過する気体の流量を算出する。
図8は、電制スロットルバルブ13が略全開状態において前後圧力比に制限を掛けた状態を示す図である。(イ)は、横軸に経過時間(ms)、縦軸にコレクタ11内の圧力(下流圧力)P2を示している。(ロ)は、横軸に経過時間(ms)、縦軸に流量係数を示している。
In step 10, the flow coefficient is calculated by assigning the pressure ratio calculated in step 8 or 9 to the flow coefficient calculation table shown in FIG.
In step 11, the flow rate of the gas passing through the electric throttle valve 13 is calculated by the above formula (flow rate = opening area × flow rate coefficient).
FIG. 8 is a view showing a state in which the front-rear pressure ratio is limited when the electric throttle valve 13 is substantially fully open. In (A), the horizontal axis indicates the elapsed time (ms), and the vertical axis indicates the pressure (downstream pressure) P 2 in the collector 11. (B) shows the elapsed time (ms) on the horizontal axis and the flow coefficient on the vertical axis.

ここでは、コレクタ11内の圧力P2の上限値を電制スロットルバルブ13が略全開状態(80deg)での圧力比の平衡値Rmaxとすることで、前述の図3の場合と同じ演算間隔Δt(10ms)でもハンチングを防止することができる。本発明では、圧力比0.98以上でもハンチングすることなく実際の流量係数が算出されている。
次に、本発明の吸気系モデルについて図9を用いて説明する。
Here, the upper limit value of the pressure P 2 in the collector 11 is set to the equilibrium value Rmax of the pressure ratio when the electric throttle valve 13 is substantially fully open (80 deg), so that the same calculation interval Δt as in the case of FIG. Hunting can be prevented even at (10 ms). In the present invention, the actual flow coefficient is calculated without hunting even at a pressure ratio of 0.98 or more.
Next, the intake system model of the present invention will be described with reference to FIG.

吸気系モデルは、スロットルモデル31、ポンプ(エンジン)モデル32、コレクタモデル33、およびシリンダモデル34から大別構成されている。
スロットルモデル31は、電制スロットルバルブ13の開度(有効開口面積)、電制スロットルバルブ13の上流圧力(大気圧)P1、および電制スロットルバルブ13の下流圧力(コレクタ11内の圧力)P2が入力される。電制スロットルバルブ13の前後圧力比(P2/P1)を算出し、これを前述の最大圧力比Rmaxと比較(P2/P1<Rmax)して、条件を満たす方の圧力比(P2/P1またはRmax)に基づいて流量係数を算出する。そして、前述の流量を算出する式(流量=開口面積×流量係数)により、電制スロットルバルブ13を通過する気体の流量を算出する(図5参照)。
The intake system model is roughly divided into a throttle model 31, a pump (engine) model 32, a collector model 33, and a cylinder model 34.
The throttle model 31 has an opening (effective opening area) of the electric throttle valve 13, an upstream pressure (atmospheric pressure) P 1 of the electric throttle valve 13, and a downstream pressure (pressure in the collector 11) of the electric throttle valve 13. P 2 is input. The front-rear pressure ratio (P 2 / P 1 ) of the electric throttle valve 13 is calculated and compared with the above-mentioned maximum pressure ratio Rmax (P 2 / P 1 <Rmax). The flow coefficient is calculated based on (P 2 / P 1 or Rmax). Then, the flow rate of the gas passing through the electric throttle valve 13 is calculated by the above formula for calculating the flow rate (flow rate = opening area × flow rate coefficient) (see FIG. 5).

ポンプモデル32は、エンジン1の吸気をポンプ作用と考え、エンジン回転数Neに基づいて体積吸気量を算出する。
コレクタモデル33は、スロットル通過気体流量、上流圧力P1、吸気温度、エンジン回転数Ne、および体積吸気量に基づいてコレクタ圧力(密度)P2を算出する。なお、スロットルバルブ下流圧力P2は、スロットルバルブ上流圧力P1と最大圧力比Rmaxとにより算出し(P2=P1×Rmax)、時間の経過と共に変化するコレクタ11内の圧力P2を順次更新するようにしてもよい。この場合には、コレクタ11内の圧力(下流圧力)P2が収束値に制限されることとなる。
The pump model 32 considers the intake air of the engine 1 as a pump action, and calculates the volume intake air amount based on the engine speed Ne.
The collector model 33 calculates a collector pressure (density) P 2 based on the throttle-passing gas flow rate, the upstream pressure P 1 , the intake air temperature, the engine speed Ne, and the volume intake air amount. The throttle valve downstream pressure P 2 is calculated from the throttle valve upstream pressure P 1 and the maximum pressure ratio Rmax (P 2 = P 1 × Rmax), and the pressure P 2 in the collector 11 that changes over time is sequentially applied. You may make it update. In this case, the pressure (downstream pressure) P 2 in the collector 11 is limited to the convergence value.

シリンダモデル34は、コレクタ密度および体積吸気量に基づいてシリンダ吸気量を算出する。
なお、この吸気系モデルにおいて、コレクタモデル33は、電制スロットルバルブ13の下流圧力P2をスロットル通過気体流量、大気圧、吸気温度、エンジン回転数Ne、および体積吸気量に基づいて算出することについて説明したが、前述のブーストセンサ25により算出した下流圧力P2を用いてもよい。この場合、スロットルモデル31は、圧力比を算出して前述の式(流量=開口面積×流量係数)により電制スロットルバルブ13を通過する気体の流量を算出する。
The cylinder model 34 calculates the cylinder intake amount based on the collector density and the volume intake amount.
Incidentally, in this intake system model, the collector model 33 be calculated based downstream pressure P 2 of the electronic throttle valve 13 throttle-passing gas flow, at atmospheric pressure, intake air temperature, engine speed Ne, and volume intake air amount However, the downstream pressure P 2 calculated by the boost sensor 25 described above may be used. In this case, the throttle model 31 calculates the pressure ratio, and calculates the flow rate of the gas passing through the electric throttle valve 13 according to the above formula (flow rate = opening area × flow rate coefficient).

なお、過給機(ターボ)を用いた場合においても、上流圧力を過給された圧力とすることで前述と同様にバルブを通過する気体の体積流量を、ハンチングを防止しつつ精度良く算出してもよい。
なお、本発明は、筒内直接噴射式の内燃機関においても同様に適用可能である。
本実施形態によれば、スロットルバルブ開口面積とバルブ前後圧力比に基づく流量係数とからバルブ13を通過する気体の体積流量を算出する装置であって、バルブ前後圧力比を理論的に取り得る最大圧力比Rmaxに制限する。このため、ハンチングを抑制でき、吸気量が低い場合においても電制スロットルバルブ13を通過する気体の流量の算出精度を高めることができる。
Even when a turbocharger (turbo) is used, the volumetric flow rate of the gas passing through the valve can be calculated with high accuracy while preventing hunting by setting the upstream pressure to the supercharged pressure. May be.
Note that the present invention can be similarly applied to an in-cylinder direct injection internal combustion engine.
According to the present embodiment, the apparatus calculates the volume flow rate of the gas passing through the valve 13 from the throttle valve opening area and the flow coefficient based on the valve front-rear pressure ratio, and is the maximum that can theoretically take the valve front-rear pressure ratio. The pressure ratio is limited to Rmax. For this reason, hunting can be suppressed, and the calculation accuracy of the flow rate of the gas passing through the electric throttle valve 13 can be improved even when the intake air amount is low.

また本実施形態によれば、最大圧力比Rmaxは、スロットルバルブ開度が略全開状態(例えば、電制スロットルバルブ13の開度が80deg)での圧力比の平衡値である(ステップ5)。このため、最大圧力比Rmaxが上限値をとる時の条件を適切に設定できる。
また本実施形態によれば、最大圧力比Rmaxは、スロットルバルブ開度が略全開状態時における流速と、流速および圧力比の関数とによって求める(ステップ5)。このため、流速および圧力比を考慮して最大圧力比Rmaxを求めることができる。
Further, according to the present embodiment, the maximum pressure ratio Rmax is an equilibrium value of the pressure ratio when the throttle valve opening is substantially fully open (for example, the opening of the electric throttle valve 13 is 80 deg) (step 5). For this reason, the conditions when the maximum pressure ratio Rmax takes the upper limit value can be set appropriately.
Further, according to the present embodiment, the maximum pressure ratio Rmax is obtained from a flow rate when the throttle valve opening is substantially fully open and a function of the flow rate and the pressure ratio (step 5). For this reason, the maximum pressure ratio Rmax can be obtained in consideration of the flow velocity and the pressure ratio.

また本実施形態によれば、流速は、スロットルバルブ開口面積とエンジン回転数とに基づいて算出する(ステップ2〜ステップ4)。このため、電制スロットルバルブ13を通過する気体の流速を精度良く算出することができる。
また本実施形態によれば、バルブ前後圧力比は、スロットルバルブ13の下流圧力P2を上流圧力P1で除算したもの(下流圧力P2/上流圧力P1)である。このため、エンジン1の吸気作用によるスロットルバルブ13の上流と下流の圧力を考慮できる。前後圧力比(P2/P1)は、前述のように、圧力センサ24,25の出力により算出するか、またはコレクタモデル33によりコレクタ11内の圧力P2を算出し、この圧力P2をスロットルモデル31に入力して算出する。
Further, according to the present embodiment, the flow velocity is calculated based on the throttle valve opening area and the engine speed (steps 2 to 4). For this reason, the flow velocity of the gas passing through the electric throttle valve 13 can be calculated with high accuracy.
Further, according to this embodiment, the valve front-rear pressure ratio is obtained by dividing the downstream pressure P 2 of the throttle valve 13 by the upstream pressure P 1 (downstream pressure P 2 / upstream pressure P 1 ). For this reason, the upstream and downstream pressures of the throttle valve 13 due to the intake action of the engine 1 can be considered. The front-rear pressure ratio (P 2 / P 1 ) is calculated from the outputs of the pressure sensors 24 and 25 as described above, or the pressure P 2 in the collector 11 is calculated by the collector model 33, and this pressure P 2 is calculated. Input into the throttle model 31 to calculate.

また本実施形態によれば、スロットルバルブ13の上流圧力P1は、大気圧相当値を用いる(ステップ1、ステップ8)。このため、最大圧力比を簡素に算出できる。
また本実施形態によれば、スロットルバルブ13の上流圧力は、過給された圧力である。このため、ディーゼルエンジンにおいても適用可能となる。
また本実施形態によれば、スロットルバルブ13の下流圧力P2は、コレクタモデル33により算出する。このため、ブーストセンサ25を用いない場合においても下流圧力P2を算出できる。またコレクタ11に他の配管(例えば、EGR配管、パージ配管等)が設けられている場合においても、これらの影響を考慮できる。
Further, according to the present embodiment, the upstream pressure P 1 of the throttle valve 13 uses an atmospheric pressure equivalent value (steps 1 and 8). For this reason, the maximum pressure ratio can be simply calculated.
According to the present embodiment, the upstream pressure of the throttle valve 13 is a supercharged pressure. For this reason, it becomes applicable also to a diesel engine.
Further, according to the present embodiment, the downstream pressure P 2 of the throttle valve 13 is calculated by the collector model 33. For this reason, even when the boost sensor 25 is not used, the downstream pressure P 2 can be calculated. Further, even when other piping (for example, EGR piping, purge piping, etc.) is provided in the collector 11, these influences can be taken into consideration.

また本実施形態によれば、スロットルバルブの下流圧力P2は、スロットルバルブ上流圧力P1と最大圧力比Rmaxとにより算出する(図9のコレクタモデル33)。このため、時間の経過と共に変化するコレクタ11内の圧力P2を順次更新することができる。
また本実施形態によれば、スロットルモデル31とポンプモデル32とコレクタモデル33とによって各部の状態量(電制スロットルバルブ13を通過する吸気量、コレクタ圧力、体積吸気量)を算出するモデルを構成し、これらの算出値に基づいてシリンダ2に吸入される吸気量を算出する。このため、モデルによりシリンダ吸入空気量を算出することができる。
Further, according to the present embodiment, the downstream pressure P 2 of the throttle valve is calculated from the throttle valve upstream pressure P 1 and the maximum pressure ratio Rmax (collector model 33 in FIG. 9). For this reason, the pressure P 2 in the collector 11 that changes with the passage of time can be sequentially updated.
Further, according to the present embodiment, the throttle model 31, the pump model 32, and the collector model 33 constitute a model for calculating the state quantities (the intake air amount that passes through the electric throttle valve 13, the collector pressure, and the volume intake air amount). Then, the intake air amount sucked into the cylinder 2 is calculated based on these calculated values. Therefore, the cylinder intake air amount can be calculated from the model.

流量算出装置のシステム構成図System configuration diagram of flow rate calculation device 流量係数算出テーブルFlow coefficient calculation table ハンチング状態を示す図Diagram showing hunting state 圧力比の上限値を0.98にした場合を示す図The figure which shows the case where the upper limit of the pressure ratio is 0.98 本発明の処理を示すフローチャートFlow chart showing processing of the present invention 体積効率算出テーブルVolumetric efficiency calculation table 圧力比算出テーブルPressure ratio calculation table 本発明の圧力比制限を行った場合を示す図The figure which shows the case where the pressure ratio restriction | limiting of this invention is performed 吸気系モデルを示すブロック図Block diagram showing the intake system model

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 スロットルバルブ開度センサ
24 圧力センサ
25 ブーストセンサ
26 温度センサ
27 クランク角センサ
30 ECU
31 スロットルモデル
32 ポンプモデル
33 コレクタモデル
34 シリンダモデル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Cylinder 5 Spark plug 9 Intake passage 10 Fuel injection valve 11 Collector 13 Electric throttle valve 23 Throttle valve opening sensor 24 Pressure sensor 25 Boost sensor 26 Temperature sensor 27 Crank angle sensor 30 ECU
31 Throttle model 32 Pump model 33 Collector model 34 Cylinder model

Claims (8)

スロットルバルブ開口面積とスロットルバルブ前後圧力比に基づく流量係数とからスロットルバルブを通過する気体の体積流量を算出する装置であって、
前記スロットルバルブ前後圧力比を理論的に取り得る最大圧力比に制限し、
前記最大圧力比は、スロットルバルブ開度が略全開状態での圧力比の平衡値であって、前記スロットルバルブ開度の略全開状態時における流速と、流速および圧力比の関数と、によって求めることを特徴とする内燃機関の流量算出装置。
An apparatus for calculating a volumetric flow rate of gas passing through a throttle valve from a throttle valve opening area and a flow coefficient based on a throttle valve front-rear pressure ratio,
Limit the throttle valve front-rear pressure ratio to the maximum pressure ratio that can be theoretically taken,
The maximum pressure ratio is an equilibrium value of the pressure ratio when the throttle valve opening is substantially fully open, and is obtained by a flow rate when the throttle valve opening is substantially fully open and a function of the flow rate and the pressure ratio. A flow rate calculation device for an internal combustion engine characterized by the above.
前記流速は、前記スロットルバルブ開口面積とエンジン回転数とに基づいて算出することを特徴とする請求項記載の内燃機関の流量算出装置。 The flow rate, the flow rate calculation apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that calculated on the basis of said throttle valve opening area and the engine speed. 前記スロットルバルブ前後圧力比は、スロットルバルブの下流圧力を上流圧力で除算したものであることを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の流量算出装置。 3. The flow rate calculation device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the throttle valve front-rear pressure ratio is obtained by dividing the downstream pressure of the throttle valve by the upstream pressure. 前記スロットルバルブの上流圧力は、大気圧相当値を用いることを特徴とする請求項記載の内燃機関の流量算出装置。 4. The internal combustion engine flow rate calculation apparatus according to claim 3 , wherein the upstream pressure of the throttle valve uses an atmospheric pressure equivalent value. 前記スロットルバルブの上流圧力は、過給された圧力であることを特徴とする請求項記載の内燃機関の流量算出装置。 4. The internal combustion engine flow rate calculation apparatus according to claim 3, wherein the upstream pressure of the throttle valve is a supercharged pressure. 前記スロットルバルブの下流圧力は、コレクタモデルにより算出することを特徴とする請求項〜請求項のいずれか1つに記載の内燃機関の流量算出装置。 The flow rate calculation device for an internal combustion engine according to any one of claims 3 to 5 , wherein the downstream pressure of the throttle valve is calculated by a collector model. 前記スロットルバルブの下流圧力は、前記スロットルバルブ上流圧力と前記最大圧力比とにより算出することを特徴とする請求項〜請求項のいずれか1つに記載の内燃機関の流量算出装置。 The flow rate calculation device for an internal combustion engine according to any one of claims 3 to 5 , wherein the downstream pressure of the throttle valve is calculated from the upstream pressure of the throttle valve and the maximum pressure ratio. スロットルモデルとポンプモデルとコレクタモデルとによって各部の状態量を算出するモデルを構成し、これらの算出値に基づいてシリンダに吸入される吸気量を算出することを特徴とする請求項1〜請求項のいずれか1つに記載の内燃機関の流量算出装置。 The throttle model, the pump model, and the collector model constitute a model for calculating the state quantity of each part, and the intake air amount sucked into the cylinder is calculated based on these calculated values. 8. The flow rate calculation device for an internal combustion engine according to any one of 7 above.
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