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JP2015140718A - throttle valve opening learning device - Google Patents

throttle valve opening learning device Download PDF

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JP2015140718A
JP2015140718A JP2014013542A JP2014013542A JP2015140718A JP 2015140718 A JP2015140718 A JP 2015140718A JP 2014013542 A JP2014013542 A JP 2014013542A JP 2014013542 A JP2014013542 A JP 2014013542A JP 2015140718 A JP2015140718 A JP 2015140718A
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Japan
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throttle valve
throttle
opening
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measurement value
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JP2014013542A
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Japanese (ja)
Inventor
卓 伊吹
Taku Ibuki
卓 伊吹
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

【課題】絞り弁開度のフィードフォワード項の精度を向上させることにより、絞り弁によるガス流量の制御精度を向上させる。【解決手段】絞り弁がモデル化されたノズル式を用いて、絞り弁の上流側の圧力の計測値、絞り弁の下流側の圧力の計測値、絞り弁の上流側の温度の計測値、及び絞り弁を通過する或いは通過したガスの流量の計測値から、絞り弁の有効開口面積を算出する。そして、絞り弁開度の制御値と有効開口面積の計算値とに基づき、絞り弁の開度と有効開口面積との相関を学習する。【選択図】図5PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the accuracy of controlling a gas flow rate by a throttle valve by improving the accuracy of the feedforward term of the throttle valve opening degree. SOLUTION: Using a nozzle type in which a throttle valve is modeled, a measured value of pressure on the upstream side of the throttle valve, a measured value of pressure on the downstream side of the throttle valve, a measured value of temperature on the upstream side of the throttle valve, The effective opening area of the throttle valve is calculated from the measured value of the flow rate of the gas passing through or passing through the throttle valve. Then, based on the control value of the throttle valve opening degree and the calculated value of the effective opening area, the correlation between the throttle valve opening degree and the effective opening area is learned. [Selection diagram] Fig. 5

Description

本発明は、内燃機関の絞り弁の開度のフィードフォワード制御に用いて好適な絞り弁開度学習装置に関する。   The present invention relates to a throttle valve opening learning device suitable for use in feedforward control of the throttle valve opening of an internal combustion engine.

下記の特許文献には、内燃機関の吸気通路に備えられるスロットルの開度と吸入空気量との相関を学習する学習装置に関する発明が開示されている。この発明によれば、内燃機関のアイドル運転時に、内燃機関の点火時期を補正すると共に、目標アイドル回転速度を維持すべく点火時期の補正によるトルク変化を相殺するようにスロットルの開度を変化させることが行われる。そして、変化させた各開度において開度と吸入空気量との相関データを取得し、得られた複数の相関データに基づいてスロットルの開度と吸入空気量との相関を学習することが行われる。   The following patent document discloses an invention relating to a learning device that learns the correlation between the opening of a throttle provided in an intake passage of an internal combustion engine and the amount of intake air. According to the present invention, during the idling operation of the internal combustion engine, the ignition timing of the internal combustion engine is corrected, and the throttle opening is changed so as to cancel the torque change due to the correction of the ignition timing in order to maintain the target idle rotation speed. Is done. Then, correlation data between the opening and the intake air amount is acquired at each changed opening, and the correlation between the throttle opening and the intake air amount is learned based on the obtained plurality of correlation data. Is called.

特開2007−092711号公報JP 2007-092711 A

上記特許文献に開示された発明によれば、アイドル運転でのスロットル開度と吸入空気量との相関を学習することができる。しかし、アイドル運転は内燃機関の運転条件の1つにすぎない。例えば、圧縮点火式内燃機関の運転条件を回転数と噴射量で表す場合、図7のグラフに示すように多数の運転条件が存在する。   According to the invention disclosed in the above patent document, it is possible to learn the correlation between the throttle opening and the intake air amount in the idling operation. However, idle operation is only one of the operating conditions of the internal combustion engine. For example, when the operating conditions of the compression ignition type internal combustion engine are expressed by the rotational speed and the injection amount, there are a large number of operating conditions as shown in the graph of FIG.

アイドル条件を含む各運転条件におけるスロットルの閉度と吸入空気量との相関データを取得し、それらをスロットル閉度と吸入空気量とを軸とするグラフにプロットしたものが図8である。なお、圧縮点火式内燃機関では、スロットルは基本は全開であり、全開を基準にして閉じ側に制御される。このため、スロットルの開き具合を測る指標として、開度ではなく、閉度が用いられる場合がある。ただし、スロットルの開度と閉度とは一対一の関係にあるので、スロットルの閉度を決定することは、開度を決定することと実質的に同義である。   FIG. 8 is a graph in which correlation data between the throttle closing degree and the intake air amount in each operating condition including the idle condition is acquired and plotted on a graph having the throttle closing degree and the intake air amount as axes. In a compression ignition internal combustion engine, the throttle is basically fully open, and is controlled to the closed side with reference to the fully open. For this reason, not the opening degree but the closing degree may be used as an index for measuring the opening degree of the throttle. However, since the throttle opening degree and the closing degree are in a one-to-one relationship, determining the closing degree of the throttle is substantially equivalent to determining the opening degree.

図8より、複数の運転条件のもとではスロットル閉度と吸入空気量との相関が低いことが分かる。これは、運転条件によってスロットルの前後の圧力や温度が変化し、それによりスロットル閉度と吸入空気量との関係にばらつきが生じることが原因である。スロットルによる吸入空気量制御では、制御レスポンスを向上させる上で、スロットル開度のフィードフォワード項を正確に算出することが重要である。フィードフォーワード項の正確な計算のためには、スロットルの実際の流量特性に合致したモデルを必要とする。しかし、スロットル開度と吸入空気量との間には、アイドル条件以外の運転条件では高い相関はない。このため、スロットル開度と吸入空気量との関係からは精度の良いフィードフォワード項を得ることはできない。   FIG. 8 shows that the correlation between the throttle closing degree and the intake air amount is low under a plurality of operating conditions. This is because the pressure and temperature before and after the throttle change depending on the operating conditions, thereby causing a variation in the relationship between the throttle closing degree and the intake air amount. In intake air amount control by the throttle, it is important to accurately calculate the feedforward term of the throttle opening in order to improve the control response. Accurate calculation of the feedforward term requires a model that matches the actual flow characteristics of the throttle. However, there is no high correlation between the throttle opening and the intake air amount under operating conditions other than the idle condition. For this reason, an accurate feedforward term cannot be obtained from the relationship between the throttle opening and the intake air amount.

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、目標とする空気量を達成するためのスロットル開度の計算において、精度の良いフィードフォワード項を得られるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to obtain an accurate feedforward term in the calculation of the throttle opening for achieving the target air amount. .

上記の課題を達成するために、本発明に係る絞り弁開度学習装置は、以下の動作を行うように構成される。   In order to achieve the above object, the throttle valve opening degree learning apparatus according to the present invention is configured to perform the following operations.

本発明によれば、絞り弁開度学習装置は、絞り弁の開度の制御値(以下、絞り弁開度制御値)と、絞り弁の上流側の圧力の計測値(以下、絞り弁上流圧力計測値)と、絞り弁の下流側の圧力の計測値(以下、絞り弁下流圧力計測値)と、絞り弁の上流側の温度の計測値(以下、絞り弁上流温度計測値)と、絞り弁を通過する或いは通過したガスの流量の計測値(以下、絞り弁通過ガス流量計測値)とを取得する。そして、絞り弁がモデル化されたノズル式を用いて、絞り弁上流圧力計測値、絞り弁下流圧力計測値、絞り弁上流温度計測値、及び絞り弁通過ガス流量計測値から、絞り弁の有効開口面積の計算値(以下、有効開口面積計算値)を算出し、絞り弁開度制御値と有効開口面積計算値とに基づき、絞り弁の開度と有効開口面積との相関を学習する。   According to the present invention, the throttle valve opening learning device includes a throttle valve opening control value (hereinafter referred to as throttle valve opening control value) and a pressure value measured upstream of the throttle valve (hereinafter referred to as throttle valve upstream). Pressure measurement value), pressure measurement value downstream of the throttle valve (hereinafter referred to as throttle valve downstream pressure measurement value), temperature measurement value upstream of the throttle valve (hereinafter referred to as throttle valve upstream temperature measurement value), A measured value of the flow rate of the gas passing through or passing through the throttle valve (hereinafter referred to as a throttle valve passing gas flow rate measured value) is acquired. Using the nozzle type with the throttle valve modeled, the throttle valve effectiveness is determined from the throttle valve upstream pressure measurement value, throttle valve downstream pressure measurement value, throttle valve upstream temperature measurement value, and throttle valve passage gas flow rate measurement value. A calculated value of the opening area (hereinafter, an effective opening area calculated value) is calculated, and a correlation between the opening of the throttle valve and the effective opening area is learned based on the throttle valve opening control value and the effective opening area calculated value.

絞り弁の開度と有効開口面積との相関を学習する方法の好ましい形態によれば、まず、絞り弁の開度が第1の開度域にあるときに絞り弁開度制御値と有効開口面積計算値との第1の相関データを取得し、次に、絞り弁の開度が第1の開度域とは異なる第2の開度域にあるときに絞り弁開度制御値と有効開口面積計算値との第2の相関データを取得する。そして、第1の相関データと第2の相関データとに基づいて、絞り弁の開度と有効開口面積との相関を表す一次式の傾きと切片を算出し、それらを学習値として記憶する。   According to a preferred embodiment of the method for learning the correlation between the opening of the throttle valve and the effective opening area, first, when the opening of the throttle valve is in the first opening range, the throttle valve opening control value and the effective opening are used. First correlation data with the calculated area value is acquired, and then the throttle valve opening control value is effective when the throttle opening is in a second opening range different from the first opening range. Second correlation data with the calculated aperture area value is acquired. Then, based on the first correlation data and the second correlation data, the slope and intercept of a linear expression representing the correlation between the opening of the throttle valve and the effective opening area are calculated and stored as learning values.

本発明によれば、絞り弁の開度と有効開口面積との相関を学習することができる。絞り弁の開度と有効開口面積との間には高い相関があり、それは運転条件によって左右されない。よって、ノズルの式を用いて目標とする流量から有効開口面積の目標値を算出し、学習した絞り弁の開度と有効開口面積との相関に基づき、有効開口面積の目標値から絞り弁の開度を決定することによって、精度の良いフィードフォワード項を得ることができる。   According to the present invention, the correlation between the opening of the throttle valve and the effective opening area can be learned. There is a high correlation between the opening of the throttle valve and the effective opening area, which is not affected by operating conditions. Therefore, the target value of the effective opening area is calculated from the target flow rate using the nozzle equation, and based on the learned correlation between the opening of the throttle valve and the effective opening area, the target value of the effective opening area is calculated from the target value of the effective opening area. By determining the opening, an accurate feedforward term can be obtained.

本発明の実施の形態に係るエンジンシステムの構成を示す図である。It is a figure showing composition of an engine system concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態で実行されるスロットル閉度指令値の算出フローを示す図である。It is a figure which shows the calculation flow of the throttle closing degree command value performed in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態で実行されるスロットル閉度指令値のF/F項の算出フローを示す図である。It is a figure which shows the calculation flow of the F / F term of the throttle closing degree command value performed in embodiment of this invention. スロットル閉度と有効開口面積との相関を示す図である。It is a figure which shows the correlation with a throttle closing degree and an effective opening area. 本発明の実施の形態で実行されるスロットル閉度と有効開口面積との相関の学習フローを示す図である。It is a figure which shows the learning flow of the correlation with the throttle closing degree and effective opening area which are performed by embodiment of this invention. スロットル閉度と有効開口面積との相関の学習方法を説明する図である。It is a figure explaining the learning method of the correlation between throttle closing degree and an effective opening area. 回転数と噴射量とで定義される運転条件例を示す図である。It is a figure which shows the example of an operating condition defined by rotation speed and injection amount. スロットル閉度と吸入空気量との相関を示す図である。It is a figure which shows the correlation with a throttle closing degree and the amount of intake air.

本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施の形態としてのエンジンシステムの構成を示す図である。本実施の形態の内燃機関は、ターボ過給機付きのディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)である。エンジンの本体2には4つの気筒が直列に備えられ、気筒ごとにインジェクタ8が設けられている。エンジン本体2には吸気マニホールド4と排気マニホールド6が取り付けられている。吸気マニホールド4にはエアクリーナ20から取り込まれた新気が流れる吸気通路10が接続されている。吸気通路10にはターボ過給機のコンプレッサ14が取り付けられている。吸気通路10においてコンプレッサ14の下流には絞り弁であるスロットル24が設けられている。吸気通路10においてコンプレッサ14とスロットル24との間にはインタークーラ22が備えられている。排気マニホールド6にはエンジン本体2から出た排気ガスを大気中に放出するための排気通路12が接続されている。排気通路12にはターボ過給機のタービン16が取り付けられている。排気通路12においてタービン16の下流には排気ガスを浄化するための触媒装置26が設けられている。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an engine system as an embodiment of the present invention. The internal combustion engine of the present embodiment is a diesel engine with a turbocharger (hereinafter simply referred to as an engine). The engine body 2 is provided with four cylinders in series, and an injector 8 is provided for each cylinder. An intake manifold 4 and an exhaust manifold 6 are attached to the engine body 2. An intake passage 10 through which fresh air taken in from the air cleaner 20 flows is connected to the intake manifold 4. A turbocharger compressor 14 is attached to the intake passage 10. A throttle 24 that is a throttle valve is provided downstream of the compressor 14 in the intake passage 10. An intercooler 22 is provided between the compressor 14 and the throttle 24 in the intake passage 10. The exhaust manifold 6 is connected to an exhaust passage 12 for releasing the exhaust gas emitted from the engine body 2 into the atmosphere. A turbocharger turbine 16 is attached to the exhaust passage 12. A catalyst device 26 for purifying exhaust gas is provided downstream of the turbine 16 in the exhaust passage 12.

本実施の形態のエンジンは、排気系から吸気系へ排気ガスを再循環させるEGR装置を備えている。EGR装置は、吸気通路10におけるスロットル24の下流の位置と排気マニホールド6とをEGR通路30によって接続している。EGR通路30にはEGR弁32が設けられている。EGR通路30においてEGR弁32の排気側にはEGRクーラ34が備えられている。EGR通路30にはEGRクーラ34をバイパスするバイパス通路36が設けられている。EGR通路30とバイパス通路36が合流する箇所には、排気ガスが流れる方向を切り替えるバイパス弁38が設けられている。   The engine of the present embodiment includes an EGR device that recirculates exhaust gas from the exhaust system to the intake system. In the EGR device, a position downstream of the throttle 24 in the intake passage 10 and the exhaust manifold 6 are connected by an EGR passage 30. An EGR valve 32 is provided in the EGR passage 30. An EGR cooler 34 is provided on the exhaust side of the EGR valve 32 in the EGR passage 30. The EGR passage 30 is provided with a bypass passage 36 that bypasses the EGR cooler 34. A bypass valve 38 that switches the direction in which the exhaust gas flows is provided at a location where the EGR passage 30 and the bypass passage 36 merge.

本実施の形態のエンジンシステムはECU(Electronic Control Unit)50を備える。ECU50は、エンジンシステム全体を総合制御する制御装置である。ECU50は、エンジンシステムが備えるセンサの信号を取り込み処理する。センサはエンジンシステムの各所に取り付けられている。吸気通路10には、エアクリーナ20の下流に、吸気通路10に取り込まれた新気の流量を計測するためのエアフローメータ58が取り付けられている。インタークーラ22とスロットル24の間には、スロットル24の上流における吸気通路10内の圧力を計測するための圧力センサ(以下、スロットル上流圧力センサ)56と、スロットル24の上流における吸気通路10内の温度を計測するための温度センサ(以下、スロットル上流温度センサ)60が取り付けられている。スロットル24の下流には、スロットル24の下流における吸気通路10内の圧力を計測するための圧力センサ(以下、スロットル下流圧力センサ)54が取り付けられている。また、スロットル24には、その閉度の制御値に応じた信号を出力するセンサが一体化されている。さらに、クランク軸の回転を検出する回転数センサ52や、アクセルペダルの開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ62なども設けられている。ECU50は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムにしたがってスロットル24を含む各種アクチュエータを操作する。なお、ECU50に接続されるアクチュエータやセンサは図中に示す以外にも多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。   The engine system of the present embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 50. The ECU 50 is a control device that comprehensively controls the entire engine system. The ECU 50 captures and processes a sensor signal provided in the engine system. Sensors are installed in various parts of the engine system. An air flow meter 58 for measuring the flow rate of fresh air taken into the intake passage 10 is attached to the intake passage 10 downstream of the air cleaner 20. Between the intercooler 22 and the throttle 24, a pressure sensor (hereinafter referred to as a throttle upstream pressure sensor) 56 for measuring the pressure in the intake passage 10 upstream of the throttle 24 and the intake passage 10 in the upstream of the throttle 24. A temperature sensor (hereinafter referred to as a throttle upstream temperature sensor) 60 for measuring the temperature is attached. A pressure sensor (hereinafter referred to as a throttle downstream pressure sensor) 54 for measuring the pressure in the intake passage 10 downstream of the throttle 24 is attached downstream of the throttle 24. The throttle 24 is integrated with a sensor that outputs a signal corresponding to the control value of the closing degree. Furthermore, a rotation speed sensor 52 that detects rotation of the crankshaft, an accelerator opening sensor 62 that outputs a signal corresponding to the opening of the accelerator pedal, and the like are also provided. The ECU 50 processes the signals of the acquired sensors and operates various actuators including the throttle 24 according to a predetermined control program. There are many actuators and sensors connected to the ECU 50 other than those shown in the figure, but the description thereof is omitted in this specification.

ECU50により実行されるエンジン制御には、スロットル24による新気量制御が含まれる。新気量制御は吸入空気量制御の1つであって、吸入空気中の新気の量に関する制御を意味する。新気量制御には、スロットル24による新気量制御とEGR弁32による新気量制御が含まれる。このうち本発明に関係するのはスロットル24による新気量制御であるので、以下、これについて説明する。なお、スロットル24による新気量制御が行われている間、EGR弁32は全開あるいは所定値に開かれている。   The engine control executed by the ECU 50 includes new air amount control by the throttle 24. The fresh air amount control is one of intake air amount controls, and means control related to the amount of fresh air in the intake air. The new air amount control includes new air amount control by the throttle 24 and new air amount control by the EGR valve 32. Of these, since the present invention relates to the new air amount control by the throttle 24, this will be described below. While the new air amount control by the throttle 24 is being performed, the EGR valve 32 is fully opened or opened to a predetermined value.

図2は、本実施の形態で実行されるスロットル24による新気量制御の概要を示す図である。スロットル24による新気量制御は、フィードフォワード制御とフィードバック制御とからなる。フィードフォワード制御では、スロットル24の流量特性をモデル化したスロットルモデルを用いて、目標とする新気量からスロットル閉度のフィードフォワード項(図ではF/F項と表記)が算出される。なお、目標とする新気量は、エンジンの回転数と噴射量とから決定される。フィードバック制御では、目標新気量とエアフローメータ58により計測された実新気量との偏差から、比例積分制御によってフィードバック項(図ではF/B項と表記)が算出される。そして、フィードフォワード項とフィードバック項との和が、スロットル閉度の指令値としてスロットル24に対して出力される。   FIG. 2 is a diagram showing an outline of the new air amount control by the throttle 24 executed in the present embodiment. The new air amount control by the throttle 24 includes feedforward control and feedback control. In the feedforward control, a feedforward term (denoted as F / F term in the figure) of the throttle closing degree is calculated from a target fresh air amount using a throttle model that models the flow rate characteristics of the throttle 24. The target fresh air amount is determined from the engine speed and the injection amount. In the feedback control, a feedback term (denoted as F / B term in the figure) is calculated by proportional-integral control from the deviation between the target fresh air amount and the actual fresh air amount measured by the air flow meter 58. The sum of the feedforward term and the feedback term is output to the throttle 24 as a command value for throttle closing.

本実施の形態のフィードフォワード制御の概要は図3に示される。本実施の形態では、フィードフォワード制御に係るスロットルモデルとして、以下の式(1)乃至式(4)からなるノズルの式が用いられる。以下の式において、μAは有効開口面積[cm2]、gaは新気量[kg/sec]、ethiaはスロットル上流温度[K]、epimはスロットル下流圧力[Pa]、P3はスロットル上流圧力[Pa]、Rは気体定数(287J/K*kg)、κは比熱比(1.4)である。

Figure 2015140718
An overview of the feedforward control of the present embodiment is shown in FIG. In the present embodiment, a nozzle equation including the following equations (1) to (4) is used as a throttle model related to feedforward control. In the following equation, μA is effective opening area [cm 2 ], ga is fresh air volume [kg / sec], ethia is throttle upstream temperature [K], epim is throttle downstream pressure [Pa], and P3 is throttle upstream pressure [ Pa] and R are gas constants (287 J / K * kg), and κ is a specific heat ratio (1.4).
Figure 2015140718

フィードフォワード制御では、上記のノズルの式を用いて目標新気量からスロットル24の目標有効開口面積が算出される。目標有効開口面積には、スロットル上流圧力センサ56を用いて計測されたスロットル上流圧力の計測値、スロットル下流圧力センサ54を用いて計測されたスロットル下流圧力の計測値、及び、スロットル上流温度センサ60を用いて計測されたスロットル上流温度の計測値がパラメータとして用いられる。そして、目標有効開口面積からスロットル閉度のフィードフォワード項が決定される。   In the feedforward control, the target effective opening area of the throttle 24 is calculated from the target fresh air amount using the above-described nozzle equation. The target effective opening area includes the measured value of the throttle upstream pressure measured using the throttle upstream pressure sensor 56, the measured value of the throttle downstream pressure measured using the throttle downstream pressure sensor 54, and the throttle upstream temperature sensor 60. The measured value of the temperature upstream of the throttle measured using is used as a parameter. Then, the feedforward term of the throttle closing degree is determined from the target effective opening area.

フィードフォワード項の決定には、スロットル24の閉度と有効開口面積との関係(μA特性)に対応する計算式が用いられる。図4は、図7に示す各運転条件で採取したデータをスロットル閉度と有効開口面積とを軸とするグラフにプロットしたものである。このグラフからは、スロットル閉度と有効開口面積との間には運転条件によって左右されない高い相関が有り、その相関は一次式で近似することができることが分かる。ECU50には、スロットル閉度と有効開口面積との相関を表す一次式を特定するためのデータとして、一次式の傾きと切片が記憶されている。   For determining the feedforward term, a calculation formula corresponding to the relationship (μA characteristic) between the degree of closure of the throttle 24 and the effective opening area is used. FIG. 4 is a plot of data collected under each operating condition shown in FIG. 7 in a graph with the throttle closing degree and the effective opening area as axes. From this graph, it can be seen that there is a high correlation between the throttle closing degree and the effective opening area that is not affected by the operating conditions, and the correlation can be approximated by a linear expression. The ECU 50 stores the slope and intercept of the linear expression as data for specifying a linear expression that represents the correlation between the throttle closing degree and the effective opening area.

なお、本実施の形態では、新気量制御でのスロットル24の使用域は、下限値である閉度60%から上限値である閉度90%までの範囲に限定されている。スロットル閉度の上限値は、最小空気量に対応して決定されている。一方、スロットル閉度の下限値は、スロットル24による新気量制御からEGR弁32による新気量制御への切り換えの判断基準値になっている。目標有効開口面積がスロットル閉度の下限値に対応する有効開口面積より大きい場合、スロットル24の閉度は下限値に固定され、EGR弁32による新気量制御が行われる。スロットル閉度が下限値よりも低い状況、つまり、スロットル24がある程度開いている状況では、スロットル24の動作に対する空気の応答は低い。このような状況では、EGR弁32の開度によってEGR量あるいはEGR率を制御し、それにより間接的に新気量を制御するほうが、より高い精度で新気量を制御することができる。   In the present embodiment, the use range of the throttle 24 in the fresh air amount control is limited to a range from a closing degree of 60% as a lower limit value to a closing degree of 90% as an upper limit value. The upper limit value of the throttle closing degree is determined corresponding to the minimum air amount. On the other hand, the lower limit value of the throttle closing degree is a determination reference value for switching from the new air amount control by the throttle 24 to the new air amount control by the EGR valve 32. When the target effective opening area is larger than the effective opening area corresponding to the lower limit value of the throttle closing degree, the closing degree of the throttle 24 is fixed to the lower limit value, and the new air amount control by the EGR valve 32 is performed. In a situation where the throttle closing degree is lower than the lower limit value, that is, in a situation where the throttle 24 is opened to some extent, the response of air to the operation of the throttle 24 is low. In such a situation, it is possible to control the fresh air amount with higher accuracy by controlling the EGR amount or the EGR rate according to the opening degree of the EGR valve 32 and thereby indirectly controlling the fresh air amount.

前述のμA特性は、スロットルごとの個体差によって異なるだけでなく、経時劣化によっても変化する。μA特性に誤差がある場合には、精度の良いフィードフォワード項を得ることができず、制御レスポンスの低下によって排気ガス性能や燃費の悪化を招いてしまうおそれがある。このため、本実施の形態では、スロットル閉度と有効開口面積との相関を学習し、ECU50のメモリに記憶されている一次式の傾きと切片の値をそれぞれ更新することが行われる。   The above-described μA characteristics not only vary depending on individual differences for each throttle, but also vary with time. If there is an error in the μA characteristic, an accurate feedforward term cannot be obtained, and the exhaust gas performance or fuel consumption may be deteriorated due to a decrease in control response. For this reason, in the present embodiment, the correlation between the throttle closing degree and the effective opening area is learned, and the slope and intercept values of the primary expression stored in the memory of the ECU 50 are updated.

図5は、本実施の形態でECU50により実行されるスロットル閉度と有効開口面積との相関の学習フローを示している。ECU50のメモリには、この学習フローに対応するプログラムが記憶されている。このプログラムがECU50のプロセッサにより実行されたときに、ECU50は本発明に係る絞り弁開度学習装置として機能する。   FIG. 5 shows a learning flow for correlation between the throttle closing degree and the effective opening area, which is executed by the ECU 50 in the present embodiment. A program corresponding to this learning flow is stored in the memory of the ECU 50. When this program is executed by the processor of the ECU 50, the ECU 50 functions as a throttle valve opening learning device according to the present invention.

図5に示す学習フローによれば、ステップS1にてエンジン回転数の計測、ステップS2にてアクセル開度に基づく噴射量の決定、ステップS3にて回転数及び噴射量に基づく目標新気量の決定、そして、ステップS4にて実新気量の計測が行われる。ステップS5では、EGR弁32が全開か否か判定される。あるいは、EGR弁32が所定値以上の開度か否か判定される。EGR弁32が全開でない場合(あるいは所定値以上の開度でない場合)、新気量制御はEGR弁32の開度によって行われている。この場合、EGR弁32が全開になるまで、ステップS1乃至S4の処理が繰り返し行われる。   According to the learning flow shown in FIG. 5, the engine speed is measured in step S1, the injection amount is determined based on the accelerator opening in step S2, and the target fresh air amount based on the rotation speed and injection amount is determined in step S3. Determination and actual fresh air volume are measured in step S4. In step S5, it is determined whether or not the EGR valve 32 is fully opened. Alternatively, it is determined whether or not the EGR valve 32 has an opening greater than or equal to a predetermined value. When the EGR valve 32 is not fully opened (or when the opening is not equal to or greater than a predetermined value), the fresh air amount control is performed based on the opening of the EGR valve 32. In this case, steps S1 to S4 are repeated until the EGR valve 32 is fully opened.

EGR弁32が全開になった場合(あるいは所定値以上の開度になった場合)、ステップS6にてスロットル24による新気量制御が実施される。ノズルの式を用いて目標新気量から目標有効開口面積が算出され、μA特性に基づいて目標有効開口面積からスロットル開度のフィードフォワード項が算出される。また、目標新気量と実新気量との偏差に基づいてフィードバック項が算出される。   When the EGR valve 32 is fully opened (or when the opening is equal to or greater than a predetermined value), the new air amount control by the throttle 24 is performed in step S6. The target effective opening area is calculated from the target fresh air amount using the nozzle equation, and the feedforward term of the throttle opening is calculated from the target effective opening area based on the μA characteristic. Further, a feedback term is calculated based on the deviation between the target fresh air amount and the actual fresh air amount.

ステップS7では、新気量制御で決定されたスロットル閉度が予め定義された制御使用域に入るか否か判定される。そして、スロットル閉度が制御使用域に入らない場合、つまり、スロットル閉度が下限値を下回る場合、ステップS15の処理が行われる。ステップS15では、スロットル閉度は下限値に固定されて、EGR弁32による新気量制御が実施される。EGR弁32による新気量制御は、ステップS5の判定にてEGR弁32が再び全開になるまで(あるいは再び所定値以上の開度になるまで)継続される。   In step S7, it is determined whether or not the throttle closing degree determined by the fresh air amount control falls within a predefined control usage range. If the throttle closing degree does not fall within the control usage range, that is, if the throttle closing degree is below the lower limit value, the process of step S15 is performed. In step S15, the throttle closing degree is fixed to the lower limit value, and the fresh air amount control by the EGR valve 32 is performed. The fresh air amount control by the EGR valve 32 is continued until the EGR valve 32 is fully opened again (or until the opening degree becomes a predetermined value or more again) in the determination of step S5.

スロットル閉度が制御使用域に入る場合、まず、ステップS8にて、それが予め定義された閉度域Aに入っているか否か判定される。スロットル閉度が閉度域Aに入っていない場合には、次に、ステップS9にて、スロットル閉度が予め定義された閉度域Bに入っているか否か判定される。ここでは、閉度域Aは、例えば、閉度60%から70%までの範囲と定義し、閉度域Bは、例えば閉度80%から90%までの範囲と定義することができる。つまり、閉度域Aと閉度域Bは重なっていなければよい。なお、閉度域Aは本発明における「第1の開度域」に対応し、閉度域Bは本発明における「第2の開度域」に対応している。   When the throttle closing degree falls within the control usage range, first, at step S8, it is determined whether or not the throttle closing degree falls within the predefined closing degree range A. If the throttle closing degree is not in the closing degree region A, it is next determined in step S9 whether or not the throttle closing degree is in a predefined closing degree region B. Here, the closed area A can be defined as a range from 60% to 70%, for example, and the closed area B can be defined as a range from 80% to 90%, for example. That is, the closed area A and the closed area B do not have to overlap. The closed area A corresponds to the “first opening range” in the present invention, and the closed area B corresponds to the “second opening range” in the present invention.

スロットル閉度が閉度域Aに入っている場合、また、閉度域Bに入っている場合、それぞれにおいてステップS10乃至ステップS12の処理が行われる。ステップS10では、現時点におけるスロットル閉度の制御値が取得されるともに、新気量、スロットル上流圧力、スロットル上流温度、及び、スロットル下流圧力のそれぞれの計測値が取得される。そして、ステップS11では、ステップS10で取得した新気量、スロットル上流圧力、スロットル上流温度、スロットル下流圧力のそれぞれの計測値をノズルの式に入力して有効開口面積を計算することが行われる。ここで計算された有効開口面積は、実際の新気量を実現している実際の有効開口面積の推定値に相当する。ステップS12では、ステップS11で計算された有効開口面積とステップS10で取得したスロットル閉度の制御値とが関連付けられ、1つの相関データとしてメモリに記憶される。   When the throttle closing degree is within the closing degree region A and when the throttle closing degree is within the closing degree region B, the processing of step S10 to step S12 is performed in each case. In step S10, the control value of the current throttle closing degree is acquired, and the measured values of the fresh air amount, the throttle upstream pressure, the throttle upstream temperature, and the throttle downstream pressure are acquired. In step S11, the measured values of fresh air amount, throttle upstream pressure, throttle upstream temperature, and throttle downstream pressure acquired in step S10 are input to the nozzle equation to calculate the effective opening area. The effective opening area calculated here corresponds to an estimated value of the actual effective opening area that realizes the actual fresh air amount. In step S12, the effective opening area calculated in step S11 and the control value of the throttle closing degree acquired in step S10 are associated and stored in the memory as one correlation data.

ステップS13では、閉度域Aと閉度域Bの両方において相関データの記録が行われたかどうかの確認が行われる。両方の相関データが揃うまで、ステップS13までの各処理が繰り返し行われる。   In step S13, it is confirmed whether or not the correlation data has been recorded in both the closed area A and the closed area B. The processes up to step S13 are repeated until both pieces of correlation data are obtained.

そして、閉度域Aと閉度域Bの両方の相関データが揃ったとき、ステップS14の処理が行われる。ステップS14では、スロットル閉度と有効開口面積との相関を表す一次式が2つの相関データを用いて特定される。図6のグラフには、学習前の一次式が破線で描かれ、学習後の一次式が実線で描かれている。このグラフに示すように、スロットル閉度と有効開口面積とを軸とするグラフに2つの相関データをプロットし、それらを通る直線を求めることによって、現在のμA特性に合致した一次式を特定することができる。絞り弁開度学習装置としてのECU50は、特定した一次式の傾きと切片を算出し、メモリに記憶されている傾きと切片の学習値をそれぞれ更新する。次回のフィードフォワード項の計算には、更新された傾きと切片にて特定される学習後の一次式が使用される。   And when the correlation data of both the closed area A and the closed area B are prepared, the process of step S14 is performed. In step S14, a linear expression representing the correlation between the throttle closing degree and the effective opening area is specified using the two correlation data. In the graph of FIG. 6, the primary expression before learning is drawn with a broken line, and the primary expression after learning is drawn with a solid line. As shown in this graph, two correlation data are plotted on a graph with the throttle closing degree and the effective opening area as axes, and a straight line that passes through them is obtained to identify a linear expression that matches the current μA characteristics. be able to. The ECU 50 as the throttle valve opening learning device calculates the slope and intercept of the identified primary equation, and updates the learned values of the slope and intercept stored in the memory, respectively. For the next calculation of the feedforward term, a linear expression after learning specified by the updated slope and intercept is used.

ところで、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、スロットル閉度と有効開口面積との相関を表す一次式の特定に用いる相関データは3個以上あってもよい。ただし、スロットルの使用域の上限に近い閉度域と、下限に近い閉度域とにおいて相関データを取得するのであれば、上述の実施の形態のように相関データの数は2つで十分と言える。上述の実施の形態によれば、スロットル閉度と有効開口面積との相関をごく短い時間で正確に学習することができる。   By the way, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, there may be three or more pieces of correlation data used for specifying a linear expression representing the correlation between the throttle closing degree and the effective opening area. However, if the correlation data is acquired in the closeness range close to the upper limit of the throttle usage range and the closeness range close to the lower limit, two correlation data are sufficient as in the above-described embodiment. I can say that. According to the above-described embodiment, the correlation between the throttle closing degree and the effective opening area can be accurately learned in a very short time.

本発明に係る絞り弁開度学習装置は、圧縮点火式内燃機関のスロットルだけでなく火花点火式内燃機関のスロットルにも適用可能である。火花点火式内燃機関のスロットルに本発明を適用する場合には、スロットル閉度ではなく、スロットル開度と有効開口面積との相関を学習すればよい。さらに、本発明に係る絞り弁開度学習装置は、吸気通路に配置されるスロットルだけでなく、流量の制御に用いる絞り弁であれば広く適用可能である。例えば、EGR弁がノズルの式でモデル化できる絞り弁であるならば、EGR弁の開度の学習にも本発明は適用可能である。また、過給器のタービンの可変ノズルの開度の学習にも本発明は適用可能である。   The throttle valve opening learning device according to the present invention can be applied not only to a throttle of a compression ignition type internal combustion engine but also to a throttle of a spark ignition type internal combustion engine. When the present invention is applied to the throttle of a spark ignition type internal combustion engine, the correlation between the throttle opening and the effective opening area may be learned instead of the throttle closing degree. Furthermore, the throttle valve opening degree learning device according to the present invention is widely applicable not only to the throttle disposed in the intake passage but also to a throttle valve used for flow rate control. For example, if the EGR valve is a throttle valve that can be modeled by a nozzle equation, the present invention can also be applied to learning of the opening degree of the EGR valve. The present invention is also applicable to learning of the opening degree of the variable nozzle of the turbocharger turbine.

本発明は、絞り弁の開度と有効開口面積との相関が一次式以外の関数にて表されるものにも適用可能である。絞り弁開度制御値と有効開口面積計算値との相関データを必要数取得することによって、相関を表す関数の係数を求めることができる。   The present invention is also applicable to the case where the correlation between the opening of the throttle valve and the effective opening area is expressed by a function other than the linear expression. By obtaining the required number of correlation data between the throttle valve opening control value and the effective opening area calculation value, the coefficient of the function representing the correlation can be obtained.

2 エンジン本体
4 吸気マニホールド
6 排気マニホールド
10 吸気通路
12 排気通路
14 コンプレッサ
16 タービン
24 スロットル
30 EGR通路
32 EGR弁
50 ECU
52 回転数センサ
54 スロットル下流圧力センサ
56 スロットル上流圧力センサ
58 エアフローメータ
60 スロットル上流温度センサ
2 Engine body 4 Intake manifold 6 Exhaust manifold 10 Intake passage 12 Exhaust passage 14 Compressor 16 Turbine 24 Throttle 30 EGR passage 32 EGR valve 50 ECU
52 Rotational Speed Sensor 54 Throttle Downstream Pressure Sensor 56 Throttle Upstream Pressure Sensor 58 Air Flow Meter 60 Throttle Upstream Temperature Sensor

Claims (2)

内燃機関の絞り弁の開度の制御値である絞り弁開度制御値を取得する手段と、
前記絞り弁の上流側の圧力の計測値である絞り弁上流圧力計測値を取得する手段と、
前記絞り弁の下流側の圧力の計測値である絞り弁下流圧力計測値を取得する手段と、
前記絞り弁の上流側の温度の計測値である絞り弁上流温度計測値を取得する手段と、
前記絞り弁を通過する或いは通過したガスの流量の計測値である絞り弁通過ガス流量計測値を取得する手段と、
前記絞り弁がモデル化されたノズル式を用いて、前記絞り弁上流圧力計測値、絞り弁下流圧力計測値、絞り弁上流温度計測値、及び絞り弁通過ガス流量計測値から、前記絞り弁の有効開口面積の計算値である有効開口面積計算値を算出する手段と、
前記絞り弁開度制御値と前記有効開口面積計算値とに基づき、前記絞り弁の開度と有効開口面積との相関を学習する学習手段と、
を備えることを特徴とする絞り弁開度学習装置。
Means for obtaining a throttle valve opening control value which is a control value of the throttle valve opening of the internal combustion engine;
Means for obtaining a throttle valve upstream pressure measurement value which is a measurement value of the pressure upstream of the throttle valve;
Means for obtaining a throttle valve downstream pressure measurement value which is a measurement value of the pressure downstream of the throttle valve;
Means for obtaining a throttle valve upstream temperature measurement value which is a measurement value of the temperature upstream of the throttle valve;
Means for obtaining a throttle valve passage gas flow rate measurement value that is a measurement value of a flow rate of gas passing through or passing through the throttle valve;
Using the nozzle type in which the throttle valve is modeled, the throttle valve upstream pressure measurement value, the throttle valve downstream pressure measurement value, the throttle valve upstream temperature measurement value, and the throttle valve passage gas flow rate measurement value, Means for calculating an effective opening area calculated value which is a calculated value of the effective opening area;
Based on the throttle valve opening control value and the effective opening area calculation value, learning means for learning the correlation between the opening of the throttle valve and the effective opening area;
A throttle valve opening learning device comprising:
前記学習手段は、前記絞り弁の開度が第1の開度域にあるときに取得した前記絞り弁開度制御値と前記有効開口面積計算値との第1の相関データと、前記絞り弁の開度が前記第1の開度域とは異なる第2の開度域にあるときに取得した前記絞り弁開度制御値と前記有効開口面積計算値との第2の相関データとに基づき、前記絞り弁の開度と有効開口面積との相関を表す一次式の傾きと切片を算出し、前記傾き及び切片を学習値として記憶することを特徴とする請求項1に記載の絞り弁開度学習装置。   The learning means includes first correlation data between the throttle valve opening control value acquired when the throttle valve opening is in a first opening range and the calculated effective opening area, and the throttle valve. Based on the second correlation data between the throttle valve opening control value and the calculated effective opening area obtained when the opening is in a second opening range different from the first opening range. 2. The throttle valve opening according to claim 1, wherein a slope and an intercept of a linear expression representing a correlation between an opening of the throttle valve and an effective opening area are calculated, and the slope and the intercept are stored as learning values. Degree learning device.
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