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JP2006132499A - Flow rate calculation device - Google Patents

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Publication number
JP2006132499A
JP2006132499A JP2004325081A JP2004325081A JP2006132499A JP 2006132499 A JP2006132499 A JP 2006132499A JP 2004325081 A JP2004325081 A JP 2004325081A JP 2004325081 A JP2004325081 A JP 2004325081A JP 2006132499 A JP2006132499 A JP 2006132499A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flow rate
valve
pressure ratio
coefficient
opening area
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004325081A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masato Hoshino
真人 星野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2004325081A priority Critical patent/JP2006132499A/en
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  • Supplying Secondary Fuel Or The Like To Fuel, Air Or Fuel-Air Mixtures (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an accurate intake air flow passing a valve when a pressure ratio across the valve is equal to or lower than a prescribed value. <P>SOLUTION: A valve opening area is calculated by using a map of the valve opening and the valve opening area according to the opening (duty ratio) of an electrically controlled throttle valve. A coefficient of flow rate after correction when the pressure ratio across the valve is 0.2 or below is calculated by using a map of the pressure ratio (downstream side pressure/upstream side pressure) of the electrically controlled throttle valve and the coefficient of flow rate. Then, a volumetric flow rate is calculated by multiplying the opening area by the coefficient of flow rate after correction. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、流量算出装置に関する。   The present invention relates to a flow rate calculation device.

内燃機関の吸気系にバルブ(絞り弁、電制スロットルバルブ)を設けた装置においては、特許文献1に示されるように、バルブ開口面積とバルブ前後圧力比(バルブ下流圧力/バルブ上流圧力)に基づく流量係数とからバルブを通過する気体の流量(体積流量)を算出することが記載されている。特許文献1の図7、特許文献2のFIG.4、および特許文献3の図4では、バルブ前後圧力比と流量係数との関係については示しているが、圧力比が所定値以下となるチョーク領域(流速が一定となる領域)においては常に一定値とされていた。   In an apparatus in which a valve (throttle valve, electric throttle valve) is provided in an intake system of an internal combustion engine, as shown in Patent Document 1, the valve opening area and the valve front-rear pressure ratio (valve downstream pressure / valve upstream pressure) It is described that the flow rate (volume flow rate) of the gas passing through the valve is calculated from the flow rate coefficient based on it. FIG. 7 of Patent Document 1 and FIG. 4 and FIG. 4 of Patent Document 3 show the relationship between the valve front-rear pressure ratio and the flow coefficient, but are always constant in a choke region (region where the flow rate is constant) where the pressure ratio is a predetermined value or less. It was value.

特許文献4の図7、および特許文献5の図9では、圧力比と流速との相関を示しており、流速は音速に収束することが述べられている。
特開2002−130039号公報 特開昭59−162341号公報 特開2002−180877号公報 特開昭62−78443号公報 特開平1−121529号公報
FIG. 7 of Patent Document 4 and FIG. 9 of Patent Document 5 show the correlation between the pressure ratio and the flow velocity, and state that the flow velocity converges to the sound velocity.
JP 2002-130039 A JP 59-162341 A JP 2002-180877 A JP-A-62-78443 JP-A-1-121529

しかしながら、バルブ前後圧力比が所定値以下になると圧力比に反比例して流量或いはバルブ開口面積が増加するという現象が生じる。すなわち、チョーク状態(流速が一定)であるにもかかわらず、圧力比を小さくすると流量が増加することとなる。
特許文献1〜5のように、従来はこの現象を扱っていなかったため、アイドル時や減速時など圧力比が小さくなる時に吸気流量の推定精度が低下するという問題があった。
However, when the valve front-rear pressure ratio becomes a predetermined value or less, a phenomenon occurs in which the flow rate or valve opening area increases in inverse proportion to the pressure ratio. That is, in spite of the choked state (the flow rate is constant), the flow rate increases when the pressure ratio is reduced.
As in Patent Documents 1 to 5, since this phenomenon has not been dealt with conventionally, there has been a problem that the estimation accuracy of the intake flow rate is lowered when the pressure ratio becomes small, such as during idling or deceleration.

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、バルブ前後圧力比が所定値以下の場合において、正確な吸気流量を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to obtain an accurate intake flow rate when the valve front-rear pressure ratio is a predetermined value or less.

そのため本発明では、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、バルブ前後圧力比が所定値以下のときは、この圧力比が小さいほど体積流量が増加するように算出する。   Therefore, the present invention is an apparatus for calculating the volumetric flow rate of the gas passing through the valve from the valve opening area and the flow coefficient based on the valve front-rear pressure ratio, and when the valve front-rear pressure ratio is less than a predetermined value, The volume flow rate is calculated so as to be smaller.

本発明によれば、バルブ前後圧力比が所定値以下のとき(例えば、内燃機関ではアイドル時や減速時)の体積流量(吸気流量)の推定精度を向上できるという効果がある。   According to the present invention, it is possible to improve the estimation accuracy of the volume flow rate (intake flow rate) when the valve front-rear pressure ratio is equal to or less than a predetermined value (for example, when idling or decelerating in an internal combustion engine).

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、第1の実施形態に係るエンジンの制御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 an engine control apparatus according to the first embodiment.
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.

コレクタ11には、エンジン停止時においてキャニスタに吸着した燃料タンクからの蒸発燃料を吸気側へ導くパージ配管15、排気通路8から排気の一部を吸気側へ還流させるEGR配管16、ブレーキ倍力装置へ負圧を導くためのブレーキ負圧配管17が接続されている。
パージ配管15及びEGR配管16には、配管15,16の開度(流量)を制御するパージバルブ19及びEGRバルブ20が設けられている。そして、ブレーキ負圧配管17には、逆止弁としてチェックバルブ21が設けられている。
The collector 11 includes a purge pipe 15 that guides evaporated fuel from the fuel tank adsorbed to the canister to the intake side when the engine is stopped, an EGR pipe 16 that recirculates a part of the exhaust to the intake side from the exhaust passage 8, and a brake booster. A brake negative pressure pipe 17 for guiding negative pressure to the pipe is connected.
The purge pipe 15 and the EGR pipe 16 are provided with a purge valve 19 and an EGR valve 20 that control the opening degree (flow rate) of the pipes 15 and 16. The brake negative pressure pipe 17 is provided with a check valve 21 as a check valve.

また、ECU30には、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。
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内の圧力に応じた信号を出力する。
Further, the ECU 30 receives signals from the pressure sensor 24, the boost sensor (pressure sensor) 25, the temperature sensor 26, and the crank angle sensor 27.
The pressure sensor 24 is provided in the intake passage 9 upstream from the electric throttle valve 13 and outputs a signal corresponding to the pressure.
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。
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、パージバルブ19の開度制御、EGRバルブ20の開度制御などを行う。
The temperature sensor 26 is provided in the collector 11 and outputs a signal corresponding to the intake air temperature.
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, opening control of the purge valve 19, and opening control of the EGR valve 20 are performed.

次に、電制スロットルバルブ13を通過する空気の流れについて図2を用いて説明する。
図2(イ)は電制スロットルバルブ13周辺の流れを示す図であり、(ロ)はスロットルバルブ13の前後圧力比(バルブ13の下流側の圧力/上流側の圧力)が所定値を越えた状態を示す図、(ハ)は圧力比が所定値以下の状態を示す図である。なお、電制スロットルバルブ前後の圧力比の所定値は0.2〜0.3の範囲の値であり、以下、所定値を0.2として説明する。
Next, the flow of air passing through the electric throttle valve 13 will be described with reference to FIG.
FIG. 2 (a) is a diagram showing the flow around the electric throttle valve 13, and (b) is the front / rear pressure ratio of the throttle valve 13 (the pressure on the downstream side of the valve 13 / the pressure on the upstream side) exceeds a predetermined value. FIG. 6C is a diagram showing a state where the pressure ratio is equal to or less than a predetermined value. The predetermined value of the pressure ratio before and after the electric throttle valve is a value in the range of 0.2 to 0.3. Hereinafter, the predetermined value will be 0.2.

図2(イ)に示すように、電制スロットルバルブ13を閉じるように制御した場合、圧力比が0.2を越えた(圧力比>0.2)状態と、0.2以下(圧力比≦0.2)の状態とでは、電制スロットルバルブ13の下流側の所定位置(図2(ロ)に示すA−A線,図2(ハ)に示すB−B線)における吸気通路9壁付近の流れが異なったものとなる。
すなわち、図2(ロ)ではA−A線の位置において吸気が層流(定常流れ)となる。一方、図2(ハ)ではB−B線の位置において吸気が吸気通路9から剥離した状態の流れ(乱流)となる。これは電制スロットルバルブ13周辺の流れは渦流を伴うので、等エントロピー流れにはならずバルブ開口面積は必ずしも一定にならないためである。
As shown in FIG. 2A, when the electric throttle valve 13 is controlled to be closed, the pressure ratio exceeds 0.2 (pressure ratio> 0.2), and the pressure ratio is 0.2 or less (pressure ratio). In the state of ≦ 0.2), the intake passage 9 at a predetermined position on the downstream side of the electric throttle valve 13 (A-A line shown in FIG. 2 (B), BB line shown in FIG. 2 (C)). The flow near the wall will be different.
That is, in FIG. 2B, the intake air becomes a laminar flow (steady flow) at the position of line AA. On the other hand, in FIG. 2C, the flow (turbulent flow) is a state where the intake air is separated from the intake passage 9 at the position of the line BB. This is because the flow around the electric throttle valve 13 is accompanied by a vortex flow and is not an isentropic flow, and the valve opening area is not always constant.

図3は、図2の状態を圧力比と流量係数(流量若しくは流速に比例する値であり、物理的には音速比)との関係について示したものである。
図3では、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。
FIG. 3 shows the relationship between the pressure ratio and the flow coefficient (a value proportional to the flow rate or flow velocity, and physically the sound speed ratio) in the state of FIG.
FIG. 3 shows that the flow rate coefficient is 0 and the flow rate is 0 when the front-rear pressure ratio of the electric throttle valve 13 is 1.0, that is, when no intake air is flowing. 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.

ここで、圧力比が臨界(例えば、約0.4以下)まで低下すると流量係数が所定値に収束することとなり(流速=音速となる)、前述の特許文献1〜3の吸気制御装置では、圧力比が0.2以下の場合においても一次元流れの圧力比となる収束値(点線にて示した流量係数の値)を用いていた。
しかしながら、実際の流量(体積流量)は、実線にて示すように圧力比が0.2以下の場合において増加するため、次式による計算によって求める値と、実際の値との間に誤差が生じてしまう。
Here, when the pressure ratio decreases to a critical value (for example, about 0.4 or less), the flow coefficient converges to a predetermined value (flow velocity = sound velocity). Even when the pressure ratio is 0.2 or less, the convergence value (the value of the flow coefficient indicated by the dotted line) that is the pressure ratio of the one-dimensional flow is used.
However, since the actual flow rate (volumetric flow rate) increases when the pressure ratio is 0.2 or less as shown by the solid line, an error occurs between the value calculated by the following formula and the actual value. End up.

流量=バルブ開口面積×流量係数
そこで本発明では、電制スロットルバルブ13の前後圧力比が0.2以下の場合においても精度良く流量を算出するため、圧力比を用いてバルブ開口面積または流量係数(圧力比の関数として求められる値)を補正する。
次に、圧力比で流量係数を補正して体積流量を算出する処理について図4を用いて説明する。この処理はECU30内で行われる。
Therefore, in the present invention, in order to calculate the flow rate accurately even when the front / rear pressure ratio of the electric throttle valve 13 is 0.2 or less, the valve opening area or flow coefficient is calculated using the pressure ratio. (Value obtained as a function of pressure ratio) is corrected.
Next, a process for calculating the volume flow rate by correcting the flow coefficient with the pressure ratio will be described with reference to FIG. This process is performed in the ECU 30.

電制スロットルバルブ13の開度(ECU30からのデューティー比)をスロットルバルブ開度と有効開口面積とのテーブルに割り当てて、スロットルバルブ開度に応じた有効開口面積を算出する。
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)を圧力比と流量係数とのテーブルに割り当てて、補正後の流量係数を算出する。圧力比と流量係数とのテーブルは、圧力比が0.2以下では圧力比と流量係数とが反比例している。すなわち、圧力比が小さくなるほど流量係数が大きくなる。
The opening of the electric throttle valve 13 (duty ratio from the ECU 30) is assigned to a table of throttle valve opening and effective opening area, and the effective opening area corresponding to the throttle valve opening is calculated.
The front-rear pressure ratio (downstream pressure / upstream pressure) of the electric throttle valve 13 is assigned to the pressure ratio and flow coefficient table, and the corrected flow coefficient is calculated. In the table of the pressure ratio and the flow coefficient, the pressure ratio and the flow coefficient are inversely proportional when the pressure ratio is 0.2 or less. That is, the flow coefficient increases as the pressure ratio decreases.

そして、開口面積および補正後の流量係数を前述の流量を算出する式(流量=開口面積×流量係数)に代入して、体積流量を算出する。これにより電制スロットルバルブ13の前後圧力比が0.2以下の場合において、流量係数を増加補正することで高精度に流量を算出する。
次に、本発明の吸気系モデルについて図5を用いて説明する。
Then, the volumetric flow rate is calculated by substituting the opening area and the corrected flow rate coefficient into the above formula for calculating the flow rate (flow rate = opening area × flow rate coefficient). As a result, when the front-rear pressure ratio of the electric throttle valve 13 is 0.2 or less, the flow rate is calculated with high accuracy by increasing the flow coefficient.
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(開口面積)、電制スロットルバルブ13の上流の圧力(大気圧)、および電制スロットルバルブ13の下流の圧力(コレクタ11内の圧力)が入力される。電制スロットルバルブ13の前後圧力比を算出し、これ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を通過する吸気量(体積流量)を算出する。
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 the opening degree (opening area) of the electric throttle valve 13, the pressure upstream of the electric throttle valve 13 (atmospheric pressure), and the pressure downstream of the electric throttle valve 13 (pressure in the collector 11). Entered. The front-rear pressure ratio of the electric throttle valve 13 is calculated, and the flow coefficient is calculated based on this. Then, the amount of intake air (volumetric flow rate) 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).

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、スロットル通過吸気量、大気圧、吸気温度、エンジン回転数、および体積吸気量に基づいてコレクタ圧力(密度)を算出する。
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。
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.
The collector model 33 calculates the collector pressure (density) based on the throttle passage intake air amount, the atmospheric pressure, the intake air temperature, the engine speed, and the volume intake air amount.
The cylinder model 34 calculates the cylinder intake amount based on the collector density and the volume intake amount.

図6は、電制スロットルバルブ13を通過する体積流量を算出するため、前後圧力比から仮想流速(流量係数)を補正する場合を示している。
仮想流速は、次式に示すように、総行程容積[m3]、電制スロットルバルブ13の全開時体積効率、エンジン回転数[rpm]、およびスロットルバルブ開口面積[m2]に基づいて算出する。
FIG. 6 shows a case where the virtual flow velocity (flow coefficient) is corrected from the front-rear pressure ratio in order to calculate the volume flow rate passing through the electric throttle valve 13.
The virtual flow velocity is calculated based on the total stroke volume [m 3 ], the volume efficiency when the throttle valve 13 is fully opened, the engine speed [rpm], and the throttle valve opening area [m 2 ] as shown in the following equation. To do.

仮想流速=総行程容積×効率×回転数/(開口面積×120)
算出した仮想流速を、流速と圧力比とのテーブルに割り当てて流速の平衡値を算出する。ここで、流速と圧力比とのテーブルは、両対数表示であり、圧力比の逆数を乗じて流量係数(流速)を補正するようになっている。例えば、圧力比が0.2の場合には、流量係数(流速)は5倍となるように補正され、圧力比が小さくなれば、これに応じて流量を算出する式(流量=開口面積×流量係数)に代入することで、補正後の流量が算出される。
Virtual flow velocity = total stroke volume × efficiency × number of revolutions / (opening area × 120)
The calculated virtual flow velocity is assigned to the flow velocity / pressure ratio table to calculate the equilibrium value of the flow velocity. Here, the table of flow velocity and pressure ratio is a log-log display, and the flow coefficient (flow velocity) is corrected by multiplying by the inverse of the pressure ratio. For example, when the pressure ratio is 0.2, the flow coefficient (flow velocity) is corrected to be 5 times, and when the pressure ratio is small, the flow rate is calculated accordingly (flow rate = opening area × By substituting in (flow rate coefficient), the corrected flow rate is calculated.

なお、前述の仮想流速を算出して、これを流速と圧力比とのテーブル(図6)に割り当てて圧力比を求め、この圧力比に基づいて流量係数を算出し、前述の流量を算出する式(流量=開口面積×流量係数)に代入することで、補正後の流量を算出してもよい。
また、圧力、温度、密度などの状態量を使って物質量流量若しくは質量流量を演算するため、体積流量に質量密度もしくはモル密度を乗じて質量流量若しくは物質量流量としてもよい。これにより、圧力および温度が分かれば体積流量を求めることができ、気体の種類が分かれば、質量流量やモル流量などの物理的な流量を求めることができる。
Note that the above-described virtual flow velocity is calculated, assigned to the flow velocity and pressure ratio table (FIG. 6), the pressure ratio is obtained, the flow coefficient is calculated based on this pressure ratio, and the aforementioned flow rate is calculated. The corrected flow rate may be calculated by substituting into the equation (flow rate = opening area × flow rate coefficient).
Further, since the mass flow rate or mass flow rate is calculated using state quantities such as pressure, temperature, density, etc., the mass flow rate or the mass flow rate may be obtained by multiplying the volume flow rate by the mass density or molar density. Thus, if the pressure and temperature are known, the volume flow rate can be obtained, and if the type of gas is known, a physical flow rate such as mass flow rate or molar flow rate can be obtained.

なお、これまでは、バルブを通過する空気量として電制スロットルバルブ13を通過する空気量について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、パージバルブ19を通過するパージガス流量、EGRバルブ20を通過するEGRガス流量、またはチェックバルブ21を通過するガス流量についても同様に適用可能である。これらの場合は、前述のコレクタモデル33のコレクタ圧力(密度)に、パージガス流量、EGRガス流量、またはチェックバルブ21を通過するガス流量による圧力変化を考慮して算出するようにすればよい。   Heretofore, the amount of air passing through the electric throttle valve 13 has been described as the amount of air passing through the valve, but the present invention is not limited to this. That is, the same applies to the purge gas flow rate passing through the purge valve 19, the EGR gas flow rate passing through the EGR valve 20, or the gas flow rate passing through the check valve 21. In these cases, the collector pressure (density) of the collector model 33 described above may be calculated in consideration of the pressure change due to the purge gas flow rate, the EGR gas flow rate, or the gas flow rate passing through the check valve 21.

そして、パージガス流量、EGRガス流量、チェックバルブ21部のガス流量を考慮することでエンジン1に吸入される吸気量をより正確に算出し、この算出値に基づいて燃料噴射量制御等における補正量に反映させるようにする。
本実施形態によれば、バルブ開口面積とバルブ前後圧力比(下流圧力/上流圧力)に基づく流量係数とから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、バルブ前後圧力比が所定値以下のときは、圧力比が小さいほど体積流量が増加するように算出する。このため、バルブ前後圧力比が所定値以下のとき(例えば、内燃機関ではアイドル時や減速時)の体積流量(吸気流量)の推定精度を向上できる。特に、上記推定に基づいて燃料噴射量等を制御すれば、空燃比精度やアイドリング安定性の向上、トルク制御の精度を向上できる。
Then, by taking into account the purge gas flow rate, the EGR gas flow rate, and the gas flow rate of the check valve 21 portion, the intake air amount sucked into the engine 1 is more accurately calculated, and the correction amount in the fuel injection amount control or the like based on this calculated value To be reflected.
According to the present embodiment, the device calculates the volume flow rate of gas passing through the valve from the valve opening area and the flow coefficient based on the valve front-rear pressure ratio (downstream pressure / upstream pressure), and the valve front-rear pressure ratio is predetermined. When the value is less than or equal to the value, the volumetric flow rate is calculated to increase as the pressure ratio decreases. Therefore, it is possible to improve the estimation accuracy of the volume flow rate (intake flow rate) when the valve front-rear pressure ratio is equal to or less than a predetermined value (for example, when idling or decelerating in an internal combustion engine). In particular, if the fuel injection amount or the like is controlled based on the above estimation, the air-fuel ratio accuracy, idling stability, and torque control accuracy can be improved.

また本実施形態によれば、バルブは、内燃機関1の吸気系(吸気通路9)に備えられ開口面積が可変である。このため、バルブの開口面積に応じてバルブ前後圧力比が変化する場合においても、精度良く体積流量を算出できる。
また本実施形態によれば、バルブは、スロットルバルブ13である。このため、吸気通路9におけるスロットルバルブ13の前後圧力比に応じて体積流量を精度良く算出できる。
Further, according to the present embodiment, the valve is provided in the intake system (intake passage 9) of the internal combustion engine 1 and the opening area is variable. For this reason, even when the valve front-rear pressure ratio changes according to the opening area of the valve, the volume flow rate can be calculated with high accuracy.
According to the present embodiment, the valve is the throttle valve 13. For this reason, the volume flow rate can be accurately calculated according to the front-rear pressure ratio of the throttle valve 13 in the intake passage 9.

また本実施形態によれば、バルブは、燃料タンクからの蒸発燃料を吸気側へ導くパージ配管15の開度を制御するパージバルブ19、排気通路8から排気の一部を吸気側へ還流させるEGR配管16の開度を制御するEGRバルブ20、またはブレーキ倍力装置へ負圧を導くチェックバルブ21である。このため、これらのバルブ19〜21についても体積流量が精度良く算出できる。   Further, according to the present embodiment, the valve is a purge valve 19 that controls the opening degree of the purge pipe 15 that guides the evaporated fuel from the fuel tank to the intake side, and an EGR pipe that recirculates part of the exhaust from the exhaust passage 8 to the intake side. 16 is an EGR valve 20 that controls the opening of 16 or a check valve 21 that guides negative pressure to the brake booster. For this reason, the volume flow rate can be calculated with high accuracy for these valves 19 to 21.

また本実施形態によれば、体積流量は、圧力比が所定値以下のときは、圧力比と反比例するように流量係数を補正することで算出する。このため、圧力比と流量係数との特性は、圧力比と流量が一対一の関数になっており、圧力比に応じた流量係数補正を含ませることができるので、記憶装置の容量や演算負荷を増加させずに体積流体を補正できる。
また本実施形態によれば、体積流量は、流量係数に圧力比の逆数を乗じて流量係数を補正することで算出する。このため、精度良く流量係数を補正でき、体積流量の推定精度を向上できる。
Further, according to the present embodiment, the volume flow rate is calculated by correcting the flow rate coefficient so as to be inversely proportional to the pressure ratio when the pressure ratio is a predetermined value or less. For this reason, the characteristics of the pressure ratio and the flow coefficient are a one-to-one function of the pressure ratio and the flow rate, and the flow coefficient correction according to the pressure ratio can be included. The volumetric fluid can be corrected without increasing.
Further, according to the present embodiment, the volume flow rate is calculated by correcting the flow coefficient by multiplying the flow coefficient by the reciprocal of the pressure ratio. For this reason, the flow coefficient can be accurately corrected, and the estimation accuracy of the volume flow rate can be improved.

また本実施形態において、体積流量に質量密度若しくはモル密度を乗じて質量流量若しくは物質量流量とする。このため、圧力、温度、密度などの状態量を使って質量流量若しくは物質量流量を算出できる。
また本実施形態において、バルブ前後圧力比の所定値は、0.2〜0.3の範囲の値である。このため、圧力比の低下による流量の誤差を適切に抑制できる。
In this embodiment, the volume flow rate is multiplied by the mass density or the molar density to obtain a mass flow rate or a substance flow rate. Therefore, the mass flow rate or the mass flow rate can be calculated using state quantities such as pressure, temperature, and density.
In the present embodiment, the predetermined value of the valve front-rear pressure ratio is a value in the range of 0.2 to 0.3. For this reason, the error of the flow rate due to the decrease in the pressure ratio can be appropriately suppressed.

次に、本発明の第2の実施形態について、図7を用いて説明する。図7は、圧力比で開口面積を補正して体積流量を算出する処理を示す図である。
電制スロットルバルブ13の開度をスロットルバルブ開度と有効開口面積とのテーブルに割り当てて、スロットルバルブ開度に応じた開口面積を算出する。
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)を、圧力比と開口面積補正係数とのテーブルに割り当てて、開口面積を補正する割合を算出する。開口面積補正係数算出テーブルは、圧力比が0.2以下では圧力比と開口面積補正係数とが反比例している。すなわち、圧力比が小さくなるほど開口面積補正係数が大きくなる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating a process of calculating the volume flow rate by correcting the opening area with the pressure ratio.
The opening of the electric throttle valve 13 is assigned to a table of throttle valve opening and effective opening area, and the opening area corresponding to the throttle valve opening is calculated.
A ratio of correcting the opening area is calculated by assigning the front / rear pressure ratio (downstream pressure / upstream pressure) of the electric throttle valve 13 to a table of the pressure ratio and the opening area correction coefficient. In the opening area correction coefficient calculation table, when the pressure ratio is 0.2 or less, the pressure ratio and the opening area correction coefficient are inversely proportional. That is, the opening area correction coefficient increases as the pressure ratio decreases.

開口面積と開口面積補正係数を乗算することにより補正後の開口面積を算出する。
圧力比を、圧力比と流量係数とのテーブルに割り当てて、流量係数を算出する。
そして、補正後開口面積および流量係数を前述の流量を算出する式(流量=開口面積×流量係数)に代入して、体積流量を算出する。これにより電制スロットルバルブ13の前後圧力比が0.2以下の場合においても、開口面積を補正することで高精度の流量を算出する。
The corrected opening area is calculated by multiplying the opening area by the opening area correction coefficient.
The flow ratio is calculated by assigning the pressure ratio to the table of pressure ratio and flow coefficient.
Then, the volumetric flow rate is calculated by substituting the corrected opening area and the flow rate coefficient into the above-described equation for calculating the flow rate (flow rate = opening area × flow rate coefficient). As a result, even when the front-rear pressure ratio of the electric throttle valve 13 is 0.2 or less, a highly accurate flow rate is calculated by correcting the opening area.

本実施形態によれば、体積流量は、圧力比が所定値以下のときは、圧力比と反比例するようにバルブ開口面積を補正することで算出する。このため、物理現象に沿って忠実に開口面積を増加するように設定できるので、確実に精度良く流量の補正を行うことができる。そして、流量の特性を実験によって取得して使うこともでき、理論計算が難しい場合でも適用することができる。   According to the present embodiment, the volume flow rate is calculated by correcting the valve opening area so as to be inversely proportional to the pressure ratio when the pressure ratio is equal to or less than a predetermined value. For this reason, since it can set so that an opening area may be faithfully increased along with a physical phenomenon, it can correct a flow volume reliably and accurately. The characteristics of the flow rate can be obtained by experiments and used, and can be applied even when theoretical calculation is difficult.

なお、これまでは体積流量として電制スロットルバルブ13、パージバルブ19、EGRバルブ20、チェックバルブ21を通過する流量について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、電制スロットルバルブ13に換えて吸気通路9を一定の開口面積にするように固定したバルブ(例えば、オリフィス)を用いて、このバルブの前後の圧力比(バルブ下流の圧力/上流圧力)によりバルブを通過する空気量の算出をするようにしてもよい。   Heretofore, the flow rate passing through the electric throttle valve 13, the purge valve 19, the EGR valve 20, and the check valve 21 has been described as the volume flow rate, but the present invention is not limited to this. That is, instead of the electric throttle valve 13, a valve (for example, an orifice) fixed so that the intake passage 9 has a constant opening area is used, and the pressure ratio before and after this valve (pressure downstream of the valve / upstream pressure). The amount of air passing through the valve may be calculated by

そして、パージ流量、EGR流量、チェックバルブ21から流出する流量からエンジン1に吸入される吸気量を算出し、この算出値に基づいて燃料噴射量制御等における補正量に反映させるようにする。
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。
Then, the intake air amount sucked into the engine 1 is calculated from the purge flow rate, the EGR flow rate, and the flow rate flowing out from the check valve 21, and based on this calculated value, it is reflected in the correction amount in the fuel injection amount control or the like.
Note that the present invention can be similarly applied to an in-cylinder direct injection internal combustion engine.

流量算出装置を示す構成図Configuration diagram showing the flow rate calculation device 電制スロットルバルブ周辺の流れを示す図Diagram showing the flow around the electric throttle valve 圧力比と流量係数とを示すテーブルTable showing pressure ratio and flow coefficient 圧力比に基づく補正流量係数により体積流量を補正するブロック図Block diagram for correcting volumetric flow with a corrected flow coefficient based on pressure ratio 吸気系モデルを示すブロック図Block diagram showing the intake system model 圧力比を仮想流速に基づいて算出するブロック図Block diagram to calculate pressure ratio based on virtual flow velocity 圧力比に基づく開口面積の補正係数により体積流量を補正するブロック図Block diagram for correcting the volume flow rate by the correction coefficient of the opening area based on the pressure ratio

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
19 パージバルブ
20 EGRバルブ
21 チェックバルブ
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 19 Purge valve 20 EGR valve 21 Check valve 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 (13)

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、
前記バルブ前後圧力比が所定値以下のときは、前記圧力比が小さいほど前記体積流量が増加するように算出することを特徴とする流量算出装置。
An apparatus for calculating a volumetric flow rate of gas passing through a valve from a valve opening area and a flow coefficient based on a valve front-rear pressure ratio,
When the valve front-rear pressure ratio is less than or equal to a predetermined value, the flow rate calculation device calculates the volumetric flow rate to increase as the pressure ratio decreases.
前記バルブは、内燃機関の吸気系に備えられ前記開口面積が可変であることを特徴とする請求項1記載の流量算出装置。   2. The flow rate calculating device according to claim 1, wherein the valve is provided in an intake system of an internal combustion engine and the opening area is variable. 前記バルブは、スロットルバルブであることを特徴とする請求項2記載の流量算出装置。   The flow rate calculation device according to claim 2, wherein the valve is a throttle valve. 前記バルブは、燃料タンクからの蒸発燃料を吸気側へ導くパージ配管の開度を制御するパージバルブであることを特徴とする請求項2記載の流量算出装置。   3. The flow rate calculation device according to claim 2, wherein the valve is a purge valve that controls an opening degree of a purge pipe that guides the evaporated fuel from the fuel tank to the intake side. 前記バルブは、排気通路から排気の一部を吸気側へ還流させるEGR配管の開度を制御するEGRバルブであることを特徴とする請求項2記載の流量算出装置。   The flow rate calculation device according to claim 2, wherein the valve is an EGR valve that controls an opening degree of an EGR pipe that recirculates a part of the exhaust gas from the exhaust passage to the intake side. 前記バルブは、ブレーキ倍力装置へ負圧を導くチェックバルブであることを特徴とする請求項2記載の流量算出装置。   The flow rate calculating device according to claim 2, wherein the valve is a check valve that guides a negative pressure to a brake booster. 前記バルブは、内燃機関の吸気系に備えられ前記バルブ開口面積が一定である固定バルブであることを特徴とする請求項1記載の流量算出装置。   2. The flow rate calculating device according to claim 1, wherein the valve is a fixed valve provided in an intake system of an internal combustion engine and having a constant valve opening area. 前記体積流量は、前記圧力比が前記所定値以下のときは、前記圧力比と反比例するように流量係数を補正することで算出することを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか1つに記載の記載の流量算出装置。   8. The volume flow rate is calculated by correcting a flow rate coefficient so as to be inversely proportional to the pressure ratio when the pressure ratio is equal to or less than the predetermined value. The flow rate calculation device described in 1. 前記体積流量は、前記圧力比が前記所定値以下のときは、前記圧力比と反比例するようにバルブ開口面積を補正することで算出することを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか1つに記載の記載の流量算出装置。   The volume flow rate is calculated by correcting a valve opening area so as to be inversely proportional to the pressure ratio when the pressure ratio is equal to or less than the predetermined value. The flow volume calculation apparatus as described in one. 前記体積流量は、前記流量係数に前記圧力比の逆数を乗じて流量係数を補正することで算出することを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか1つに記載の記載の流量算出装置。   8. The flow rate calculation according to claim 1, wherein the volume flow rate is calculated by multiplying the flow rate coefficient by a reciprocal of the pressure ratio to correct the flow rate coefficient. apparatus. 前記体積流量に質量密度を乗じて質量流量とすることを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか1つに記載の流量算出装置。   The flow rate calculation device according to claim 1, wherein a mass flow rate is obtained by multiplying the volume flow rate by a mass density. 前記体積流量にモル密度を乗じて物質量流量とすることを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか1つに記載の流量算出装置。   The flow rate calculation device according to any one of claims 1 to 10, wherein the volume flow rate is multiplied by a molar density to obtain a substance flow rate. 前記バルブ前後圧力比の所定値は、0.2〜0.3の範囲の値であることを特徴とする請求項1〜請求項12のいずれか1つに記載の流量算出装置。   The flow rate calculation device according to any one of claims 1 to 12, wherein the predetermined value of the valve front-rear pressure ratio is a value in a range of 0.2 to 0.3.
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