JP4397158B2

JP4397158B2 - Intake air amount estimation device for internal combustion engine

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Publication number: JP4397158B2
Application number: JP2002318069A
Authority: JP
Inventors: 晴文武藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2022-10-31
Also published as: JP2004150381A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸入空気量推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空燃比制御を実施するために、気筒内へ供給された吸入空気量を把握することが必要となる。従来においては、吸入空気量を、スロットル弁上流側に配置されたエアフローメータにより検出したり、又は、スロットル弁下流側に配置された圧力センサにより検出される吸気管圧力に基づき算出したりしていた。しかしながら、エアフローメータ及び圧力センサは、応答遅れを有するために、機関過渡時において正確な吸入空気量を検出又は算出することができない。
【０００３】
機関過渡時においても正確な吸入空気量を把握するために、スロットル弁開度に基づき吸気管圧力Ｐｍを算出して、算出された吸気管圧力Ｐｍに基づき吸入空気量ｍｃを推定することが提案されている。このような吸入空気量ｍｃの推定において、大気圧Ｐａよりも高い非現実的な吸気管圧力Ｐｍが算出されることがある。このような場合には、算出された吸気管圧力Ｐｍは大気圧Ｐａと置換されて、吸入空気量ｍｃが推定されこととなる。
【０００４】
こうして、吸気管圧力Ｐｍは大気圧Ｐａによりガード処理されることとなるが、大気圧Ｐａは標高によって異なるものであるために、常に標準大気圧（１０１．３ｋＰａ）によりガード処理しても意味はない。このために、圧力センサによってガード処理に使用する現在の大気圧を検出することも考えられるが、圧力センサの出力の信頼性は応答遅れ等によってそれほど高くはなく、また、圧力センサは機関吸気系のコストを上昇させる。
【０００５】
それにより、圧力センサを使用することなく、ガード処理に使用される現在の大気圧を基準大気圧（例えば、標準大気圧）を補正係数により補正して得ることが考えられる。この補正係数は、例えば、エアフローメータの出力に基づき推定される吸入空気量が真値であるとして、スロットル弁開度に基づき算出される吸気管圧力により推定される吸入空気量がエアフローメータの出力に基づき推定される吸入空気量を上回るときには減少させられ、下回るときには増加させられる。
【０００６】
こうして、補正係数は学習及び更新されるが、スロットル弁開度が所定値以下のときには、吸入空気量が少なくなってスロットル弁の経時変化及び吸気系に付着するデポジットにより大きな影響を受けることとなり、このときに、前述した補正係数の学習を実施すると、誤学習となる可能性が高い。それにより、スロットル弁開度が所定値以下のときには、補正係数の学習を禁止することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−１４６９８９号公報（段落番号００１４−００２２、図４）
【特許文献２】
特開２００２−１８０８７７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、車両が低地から高地へ向かうときには主に登坂走行となって、意図する車速を実現するためにスロットル弁開度が大きくされる傾向にあるが、車両が高地から低地へ向かうときには、主に降坂走行となり、過剰速度増加をもたらすこととなるために、スロットル弁開度が大きくされる機会は少ない。それにより、前述の従来技術において、高地から低地へ向かう降坂走行直後には、低地の大気圧に対して補正係数の学習が十分にされていないことがある。
【０００９】
その後の低地での走行においてスロットル弁開度が大きくされれば、補正係数の良好な学習が実施され、特に問題が発生することはない。しかしながら、降坂走行直後に機関停止させた場合には、不正確な補正係数が記憶されており、次の機関始動時において、この補正係数を使用して算出される現在の大気圧が実際と大きく異なり、機関始動に失敗したり、また、機関始動が完了しても、その直後において、エンジンストールが発生したり、また、空燃比フィードバック係数が異常値に補正されてしまう。
【００１０】
従って、本発明の目的は、スロットル弁下流側の吸気管圧力を算出して、吸入空気量の推定に使用する内燃機関の吸入空気量推定装置において、大気圧（又は基準大気圧に対する補正係数が使用される場合には、この補正係数）が正確に学習されていないことによって引き起こされる機関始動時の問題を改善することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置は、スロットル弁開度と大気圧とに基づきスロットル弁下流側の吸気管圧力を算出する吸気管圧力算出手段と、前記吸気管圧力算出手段により算出された前記吸気管圧力に基づき吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段とを具備し、前記吸気管圧力算出手段で使用される前記大気圧は、前記スロットル弁開度が設定開度より大きいときに限り予め設定された標準大気圧を基準として学習更新されて機関停止に際しても記憶される補正大気圧であり、機関始動時に初めて前記吸気管圧力を算出するときにおいて前記吸気管圧力算出手段において使用される前記大気圧は、前記補正大気圧と前記標準大気圧との間の値とされることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による吸気量推定装置が取り付けられる内燃機関を示す概略図である。同図において、１は機関本体であり、２は各気筒共通のサージタンクである。３はサージタンク２と各気筒とを連通する吸気枝管であり、４はサージタンク２の上流側の吸気通路である。各吸気枝管３には燃料噴射弁５が配置され、吸気通路４におけるサージタンク２の直上流側にはスロットル弁６が配置されている。ここで、スロットル弁６下流側の機関吸気系（サージタンク２及び吸気枝管３）は吸気管と称される。スロットル弁６は、アクセルペダルに連動するものではなく、ステップモータ等の駆動装置によって自由に開度設定可能なものである。７は吸気通路４のスロットル弁６より上流側の吸気流量を検出するエアフローメータである。機関本体１において、８は吸気弁であり、９は排気弁であり、１０はピストンである。
【００１４】
内燃機関１における燃焼空燃比を、例えば、理論空燃比等の所望空燃比にするためには、機関過渡時を含めて気筒内へ流入した吸入空気量を正確に推定することが必要とされる。エアフローメータ７は、機関定常時においては、比較的正確に吸入空気量を測定することができる。しかしながら、機関過渡時においては、急激に変化する吸入空気量に対してエアフローメータ７の出力が直ぐに応答せず、正確な吸入空気量の測定は不可能である。
【００１５】
本吸入空気量推定装置は、機関過渡時においても、正確な吸入空気量を把握することを可能とするために、機関吸気系をモデル化して吸入空気量を推定するようになっている。
【００１６】
先ず、スロットル弁６をモデル化することにより、吸気がスロットル弁６を通過する際のエネルギ保存則、運動量保存則、及び、状態方程式を使用して、今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ_(i)（ｇ／ｓｅｃ）が、次式（１）によって表される。以下の式を含めて、スロットル弁通過空気量等の変数の添え字（ｉ）は今回を示し、（ｉ−１）は前回を示している。
【数１】

【００１７】
ここで、μ_(i)は流量係数であり、Ａ_(i)はスロットル弁６の開口面積（ｍ³）である。もちろん、機関吸気系にアイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣ弁）が設けられているときには、Ａ_(i)には、ＩＳＣ弁の開口面積が加えられる。流量係数及びスロットル弁の開口面積は、それぞれがスロットル弁開度ＴＡ_(i)（度）の関数となっており、図２及び３には、それぞれのスロットル弁開度ＴＡに対するマップが図示されている。Ｒは気体定数であり、Ｔａはスロットル弁上流側の吸気温度（Ｋ）であり、Ｐａはスロットル弁上流側の吸気通路圧力（ｋＰａ）であり、Ｐｍ_(i)はスロットル弁下流側の吸気管圧力（ｋＰａ）である。また、関数Φ（Ｐｍ_(i)／Ｐａ）は、比熱比κを使用して次式（２）によって表されるものであり、図４にはＰｍ／Ｐａに対するマップが図示されている。
【数２】

【００１８】
次いで、吸気弁をモデル化する。気筒内へ供給される吸入空気量ｍｃ_(i)（ｇ／ｓｅｃ）は、吸気管圧力Ｐｍ_(i)に基づきほぼ線形に変化するものであるために、次式（３）によって表すことができる。
【数３】

【００１９】
ここで、Ｔｍ_(i)はスロットル弁下流側の吸気温度（Ｋ）であり、ａ及びｂは経験則から得られた定数である。但し、ｂは気筒内の残留既燃ガス量に相当する値であり、バルブオーバーラップがある場合には、吸気管へ既燃ガスが逆流するために、ｂの値は無視できないほど増加する。それにより、バルブオーバーラップの有無と、機関回転数ＮＥとに基づき、正確な吸入空気量ｍｃが算出されるように、ａ及びｂの値をマップ化することが好ましい。また、バルブオーバーラップがある場合において、吸気管圧力Ｐｍが所定圧力以上であるときには、吸気管圧力が高いほど既燃ガスの逆流が顕著に減少するために、所定値以下であるときに比較して、ａの値を大きくしｂの値を小さくすることが好ましい。
【００２０】
ところで、機関定常時においては、このときのスロットル弁通過空気量ｍｔＴＡと吸入空気量とが一致するために、式（１）において、吸気管圧力をこの機関定常時の吸気管圧力ＰｍＴＡとしたスロットル弁通過空気量ｍｔＴＡは、吸入空気量（ａ・ＰｍＴＡ−ｂ）と等しく、それにより、式（１）は、次式（４）と書き換えることもできる。
【数４】

【００２１】
ここで、機関定常時の吸気管圧力ＰｍＴＡは、現在を定常時としたときの今回のスロットル弁開度ＴＡ_(i)、機関回転数ＮＥ_(i)、及び、バルブオーバーラップの大きさＶＴ_(i)に基づいて予めマップ化しておくことができる。
【００２２】
次いで、吸気管をモデル化する。吸気管内に存在する吸気の質量保存則、エネルギ保存則、及び、状態方程式を使用して、吸気管圧力Ｐｍとスロットル弁下流側の吸気温度Ｔｍとの比における時間変化率は次式（５）によって表され、また、吸気管圧力Ｐｍの時間変化率は次式（６）によって表される。ここで、Ｖは吸気管の容積（ｍ³）であり、具体的には、サージタンク２と吸気枝管３との合計容積である。
【数５】

【００２３】
式（５）及び式（６）は離散化され、それぞれ、次式（７）及び（８）が得られ、式（８）によって今回の吸気管圧力Ｐｍ_(i)が得られれば、式（７）によって今回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ_(i)を得ることができる。式（７）及び（８）において、離散時間Δｔは、現在の吸入空気量ｍｃ_(i)を算出するための第一フローチャート（図５及び６）の実行間隔とされ、例えば８ｍｓである。
【数６】

【００２４】
次に、図５及び６に示す第一フローチャートを説明する。本フローチャートは、機関始動完了（例えば、機関回転数が４００ｒｐｍ以上となったときに機関始動完了とすることができる）と同時に実行される。先ず、ステップ１０１において、フラグＦが１であるか否かが判断される。このフラグＦは機関停止と同時に０にリセットされるものであり、当初は、ステップ１０１における判断は否定されて、ステップ１０２へ進む。ステップ１０２においては、大気圧の初期値Ｐａが次式（９）により算出される。
Ｐａ＝｛Ｋ１・ｅｋｐａ＋（１−Ｋ１）｝・Ｐａｓ …（９）
【００２５】
ここで、ｅｋｐａは、詳しくは後述するが、基準大気圧Ｐａｓ（例えば、標準大気圧１０１．３ｋＰａ）を標高に応じた現在の大気圧に補正するための補正係数であり、通常時は、基準大気圧Ｐａｓへ直接乗算されて補正大気圧（ｅｋｐａ・Ｐａｓ）が算出される。現在の補正係数ｅｋｐａは、今回の機関始動以前の機関運転により学習及び更新された値とされている。
【００２６】
次いで、ステップ１０３において、ステップ１０２において算出された大気圧の初期値Ｐａが前回の吸気管圧力Ｐｍ_(i-1)とされ、ステップ１０４においてはフラグＦが１に設定される。それにより、次回の本フローチャートの実施においては、ステップ１０１における判断が肯定されることとなり、以下に説明するステップ１０５以降の処理だけが行われる。
【００２７】
ステップ１０５においては、式（８）を使用して吸気管圧力Ｐｍ_(i)が算出される。式（８）は、前回の吸気管圧力Ｐｍ_(i-1)と、前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ_(i-1)と、前回の吸入空気量ｍｃ_(i-1)と、前回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ_(i-1)とに基づき、今回の吸気管圧力Ｐｍ_(i)を算出するようになっている。これらの初期値として、Ｐｍ_(i-1)はステップ１０３において大気圧の初期値Ｐａとされており、Ｔｍ_(i-1)にはスロットル弁上流側の吸気温度Ｔａが実測されて使用され、ｍｔ_(i-1)には、これらのＰｍ_(i-1)及びＴｍ_(i-1)を使用して式（１）又は（４）から算出された値が使用され、また、ｍｃ_(i-1)には、これらのＰｍ_(i-1)及びＴｍ_(i-1)を使用して式（３）により算出された値が使用される。
【００２８】
次いで、ステップ１０６において、ステップ１０１において算出された今回の吸気管圧力Ｐｍ_(i)がガード値Ｐｇより高いか否かが判断される。ガード値Ｐｇに関しては詳しくは後述するが、このガード処理は、吸気管圧力が大気圧より高くはならないことに基づいている。通常は、この判断は否定されてステップ１０８に進み、式（７）を使用して今回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ_(i)が算出される。次いで、ステップ１０９において、式（１）又は（４）を使用して今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ_(i)が算出される。この式（１）又は（４）を使用するスロットル弁通過空気量ｍｔ_(i)の算出において、現在のスロットル弁開度ＴＡは、スロットル弁の駆動装置（ステップモータ）の応答遅れが考慮される。
【００２９】
次いで、ステップ１１０において、式（３）を使用して今回の吸入空気量ｍｃ_(i)が算出される。その後は、ステップ１１１から１１４において、今回の吸気管圧力Ｐｍ_(i)は前回の吸気管圧力Ｐｍ_(i-1)とされ、今回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ_(i)は前回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ_(i-1)とされ、今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ_(i)は前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ_(i-1)とされ、今回の吸入空気量ｍｃ_(i)は前回の吸入空気量ｍｃ_(i-1)とされる。こうして、吸入空気量ｍｃは、機関始動完了と同時に逐次算出される吸気管圧力Ｐｍに基づき、逐次推定されることとなる。
【００３０】
しかしながら、何らかの要因により、算出された今回の吸気管圧力Ｐｍ_(i)がガード値Ｐｇより高くなってしまうことがある。このときには、算出された今回の吸気管圧力Ｐｍ_(i)は明らかな異常値であり、ステップ１０６における判断が肯定されてステップ１０７に進み、算出された今回の吸気管圧力Ｐｍ_(i)はガード値Ｐｇに置換される。
【００３１】
前述した補正係数ｅｋｐａ及びガード値Ｐｇは、学習及び更新されるものであり、図８はそのための第二フローチャートである。第二フローチャートでは、エアフローメータ７の出力に基づき算出されるスロットル弁通過空気量ｍｔ’及び吸気管圧力Ｐｍ’（それぞれにはダッシュを付してスロットル弁開度に基づき算出された前述のものと区別する）が使用される。それにより、先ず、エアフローメータ７の出力に基づくスロットル弁通過空気量ｍｔ’の算出について説明する。
【００３２】
図７はエアフローメータ７の断面モデルを示している。エアフローメータ７は、熱線７ａの周囲を吸気が通過する際に熱線７ａから奪われる熱量がこの吸気量、すなわち、スロットル弁通過空気量に応じて変化するのを利用してスロットル弁通過空気量を検出するものである。こうして、エアフローメータ７の出力に基づきマップ等からスロットル弁通過空気量ＧＡ_(i)（このマップ値には、算出されるスロットル弁通過空気量ｍｔ’_(i)と区別するために異なる記号を付する）を得ることができる。
【００３３】
しかしながら、一般的なエアフローメータにおいて、熱線７ａの回りにはガラス層７ｂが設けられていて、このガラス層７ｂの熱容量は比較的大きい。それにより、実際のスロットル弁通過空気量の変化に対してエアフローメータ７の出力は直ぐには変化せずに応答遅れが発生する。この応答遅れを見越してエアフローメータの出力から実際のスロットル弁通過空気量ｍｔ’_(i)を算出することを考える。
【００３４】
現在の熱線７ａの温度をＴｈとすると、熱線７ａからガラス層７ｂへ伝達される熱量と、ガラス層７ｂから吸気へ伝達される熱量とは等しいために、ガラス層Ｂの温度変化量ｄＴｇ／ｄｔは次式（１０）のように表すことができる。
【数７】

【００３５】
ここで、Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤは、熱線７ａの断面積、長さ、及びその抵抗率や、ガラス層７ｂと熱線７ａとの間の熱伝達率、ガラス層７ｂと吸気との間の熱伝達率等に応じて決定される定数である。式（１０）において、定常運転時には、ガラス層７ｂと、熱線７ａ及び吸気との間の熱の授受が無くなるために、ガラス層７ｂの温度変化量ｄＴｇ／ｄｔ、すなわち、式（１０）の右辺は０になり、また、このとき、スロットル弁通過空気量のマップ値ＧＡと算出値ｍｔとは等しくなる。この条件により、ＧＡを熱線７ａの温度Ｔｈ、ガラス層７ｂの温度Ｔｇ、及び、吸気温度Ｔａにより表して、式１０においてガラス層７ｂの温度Ｔｇを消去することにより、次式（１１）を得ることができる。
【数８】

【００３６】
式（１１）において、α及びβは、前述の定数Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤによって定まる定数であり、こうして、スロットル弁通過空気ｍｔ’_(i)は、エアフローメータの応答遅れを考慮して、現在のエアフローメータ７の出力に基づくスロットル弁通過空気量のマップ値ＧＡ_(i)と、前回のエアフローメータ７の出力に基づくスロットル弁通過空気量のマップ値ＧＡ_(i-1)とに基づいて算出することができる。
【００３７】
次に、第二フローチャートを説明する。本フローチャートも第一フローチャートと同様に機関始動と同時に実行され、実行間隔は例えば８ｍｓである。先ず、ステップ２０１において、今回のスロットル弁開度ＴＡが設定開度ＴＡ１より大きいか否かが判断される。この判断が肯定されるときにはステップ２０２において、第一フローチャートにより今回算出されたスロットル弁開度に基づくスロットル弁通過空気量ｍｔ_(i)が前述の式（１１）により算出されたエアフローメータの出力に基づくスロットル弁通過空気量ｍｔ’_(i)より大きいか否かが判断される。式（１１）において、ＧＡ_(i-1)の初期値は０とされる。
【００３８】
ステップ２０２における判断が肯定されるときには、ステップ２０３へ進み、大気圧の補正係数ｅｋｐａからは比較的小さな所定値ｑが減算される。一方、ステップ２０２における判断が否定されるときには、ステップ２０４へ進み、大気圧の補正係数ｅｋｐａへは所定値ｑが加算される。補正係数ｅｋｐａは、車両出荷時においては、例えば１が設定されており、ステップ２０２における判断が肯定されると、すなわち、式（１）又は（４）を使用して大気圧とスロットル弁開度とに基づき算出されたスロットル弁通過空気量ｍｔ_(i)が、式（１１）を使用してエアフローメータの出力に基づき算出されたスロットル弁通過空気量ｍｔ’_(i)より大きくなると、式（１）又は（４）において算出に使用した大気圧が、実際より高くなっているとし、補正係数ｅｋｐａを減少させるのである。また、スロットル弁通過空気量ｍｔ_(i)が、スロットル弁通過空気量ｍｔ’_(i)より小さくなると、式（１）又は（４）において算出に使用した大気圧が、実際より低くなっているとし、補正係数ｅｋｐａを増加させるのである。
【００３９】
次いで、ステップ２０５においては、こうして、エアフローメータの出力に基づき算出されるスロットル弁通過空気量ｍｔ’を真値として学習及び更新された補正係数ｅｋｐａによって基準大気圧Ｐａｓを乗算補正し、標高に応じて変化する現在の大気圧Ｐａを算出する。この大気圧Ｐａが第一フローチャートにおいて使用されることとなる。
【００４０】
補正係数ｅｋｐａの学習及び更新は、ステップ２０１における判断が肯定されるとき、すなわち、スロットル弁開度ＴＡ_(i)が設定開度ＴＡ１より大きいときにだけ実施される。これは、スロットル弁開度ＴＡ_(i)が設定開度ＴＡ１以下であると、実際のスロットル弁通過空気量が少なくなり、スロットル弁の経時変化及び吸気系の付着デポジットによって大きく影響を受けるために、スロットル弁開度に基づき算出されるスロットル弁通過空気量ｍｔ_(i)とエアフローメータの出力に基づき算出されるスロットル弁通過空気量ｍｔ’_(i)との違いをもたらす主要因が現在の大気圧とはならない可能性があるためである。このようにして学習及び更新された補正係数ｅｋｐａは、機関停止に際しても記憶され、次回の運転時にも現在の大気圧算出に使用される。
【００４１】
ところで、車両が低地から高地へ向かうときには、登坂走行となってスロットル弁開度が設定開度ＴＡ１より大きくなる機会は多く、補正係数ｅｋｐａの良好な学習及び更新が実施される。しかしながら、高地から低地へ向かうときには、降坂走行となってスロットル弁開度を設定開度ＴＡ１より大きくする機会が少なく、補正係数ｅｋｐａが十分に学習されていないことがある。こうして、特に、高地から低地への降坂走行直後に車両停止した場合には、補正係数ｅｋｐａが、高地の大気圧に適応する値のまま記憶されている可能性が高い。
【００４２】
一般的には、機関始動時において、最初にスロットル弁開度に基づき吸気管圧力Ｐｍ_(i)を算出するときには、大気圧Ｐａ及び前回の吸気管圧力Ｐｍ_(i-1)として基準大気圧Ｐａｓに記憶されている補正係数ｅｋｐａを乗算した補正大気圧Ｐａが使用される。しかしながら、これでは、前述の場合において、算出される今回の吸気管圧力Ｐｍ_(i)が実際より異常に低くなって、それに基づき算出される吸入空気量ｍｃ_(i)は実際より異常に少なくなり、この吸入空気量ｍｃ_(i)に基づき所望空燃比を実現するように算出される燃料噴射量では、実際の空燃比は非常にリーンとなって機関始動完了と同時に吸入空気量の推定が開始されるが、その直後には、エンジンストールが発生してしまう。また、クランキングから吸入空気量を推定する場合には、機関始動が不可能となる。
【００４３】
本実施形態では、このような問題を解決するために、第一フローチャートのステップ１０１から１０４の処理により、初回の吸入空気量ｍｃ_(i)の推定に使用される大気圧Ｐａは、記憶されている補正係数ｅｋｐａを単に基準大気圧Ｐａｓに乗算して算出するのではなく、前述の式（９）に基づき算出するようになっている。すなわち、現在の大気圧Ｐａは、適合定数Ｋ１（０＜Ｋ１＜１）を使用して、補正係数ｅｋｐａを基準大気圧に乗算した補正大気圧と、基準大気圧Ｐａｓとの間の値とされる。こうして、大気圧の初期値Ｐａが算出されるために、もし、補正係数ｅｋｐａが現在の大気圧に対して異常に小さく記憶されていても、吸入空気量ｍｃ_(i)が異常に少なく推定されることはなく、エンジンストールを改善することができる。また、記憶されている補正係数ｅｋｐａが現在の大気圧に対して正確なものである場合には、推定される吸入空気量ｍｃ_(i)が実際より多く推定されることとなるが、大気圧の初期値Ｐａが基準大気圧を超えて算出されることはなく、それほど問題とはならない。この大気圧の初期値Ｐａは、第二フローチャートにおいて、スロットル弁開度ＴＡが設定開度ＴＡ１より大きくなって補正係数ｅｋｐａが更新される（ステップ２０５）まで大気圧として使用されることとなる。
【００４４】
次に、第一フローチャートのステップ１０６におけるガード処理に使用されるガード値Ｐｇに関して、第二フローチャートに戻り説明する。実際の吸気管圧力は大気圧を超えることはなく、それにより、一般的には、スロットル弁開度に基づき算出される吸気管圧力Ｐｍ_(i)は現在の大気圧によってガード処理される。現在の大気圧は、補正係数ｅｋｐａが正しいものであれば、基準大気圧Ｐａｓとｅｋｐａとの積としての補正大気圧であり、この補正大気圧がガード値とされるが、補正大気圧に僅かな余裕分として係数Ｋ２（例えば、１．０５）を乗算してガード値とされることもある。
【００４５】
しかしながら、前述した場合のように、機関始動直後において、補正係数ｅｋｐａが不正確である場合があり、このときに補正大気圧に基づくガード値によりガード処理されると、スロットル弁開度に基づき算出された吸気管圧力Ｐｍ_(i)が比較的正確であるにも係らずに、ガード処理によって吸気管圧力Ｐｍ_(i)が低くされてしまう。それにより、吸入空気量ｍｃ_(i)は実際より異常に少なく推定され、燃焼空燃比が異常にリーンとなって、失火が発生したり、また、機関排気系に空燃比センサが配置されて燃料噴射量のフィードバック制御が実施される場合には、燃料噴射量を増加するために、フィードバック補正係数が異常に大きくなってしまう。
【００４６】
この問題を解決するために、本実施形態では、第二フローチャートのステップ２０６以降の処理によりガード値Ｐｇを更新するようにしている。第二フローチャートでは、前述の式（８）において、式（１）又は（４）を使用してスロットル弁開度に基づき算出されたスロットル弁通過空気量ｍｔではなく、式（１１）を使用してエアフローメータの出力に基づき算出されたスロットル弁通過空気量ｍｔ’を使用して吸気管圧力Ｐｍ’が算出されるようになっており、ステップ２０６では、今回算出された吸気管圧力Ｐｍ’_(i)が前回算出された吸気管圧力Ｐｍ’_(i-1)より小さいか否かが判断される。
【００４７】
機関始動完了直後においては、機関排気系に設けられた触媒装置を早期に暖機するために、燃料噴射量を増大すると共にスロットル弁開度が比較的大きくされて吸入空気量も多くされる。それにより、エアフローメータの出力に基づき算出される初回の吸気管圧力Ｐｍ’_(i)は現在の大気圧に比較的近い値となる。しかしながら、Ｐｍ’_(i-1)の初期値は、第一フローチャートのステップ１０２において算出された大気圧の初期値Ｐａであるために、初回におけるステップ２０６の判断は肯定されることが多く、ステップ２０７において、ガード値Ｐｇは、エアフローメータの出力に基づき算出された今回（初回）の吸気管圧力Ｐｍ’_(i)とされる。次いで、ステップ２０８では、この吸気管圧力Ｐｍ’_(i)とされたガード値Ｐｇが、補正係数ｅｋｐａにより基準大気圧Ｐａｓを補正した前述の補正大気圧に基づく値より小さいか否かが判断される。
【００４８】
補正係数ｅｋｐａが比較的大きいときには、第一フローチャートのステップ１０２において算出された大気圧Ｐａよりは小さな値とされているガード値Ｐｇより、補正大気圧に係数Ｋ２を乗算した値の方が大きくなる傾向にあり、ステップ２０８における判断は肯定され、ステップ２０９においてガード値Ｔｇは、補正大気圧に基づく一般的な値とされる。
【００４９】
しかしながら、前述したように補正係数ｅｋｐａが現在の大気圧に対して異常に小さい場合には、補正大気圧に基づく値は、かなり小さくなり、これをガード値とすると、前述したような失火等を引き起こすこととなる。このような場合には、ステップ２０８における判断が否定され、ガード値Ｐｇとしては、エアフローメータの出力に基づき算出された吸気管圧力とされる。この吸気管圧力Ｐｍ’は、エアフローメータの出力に基づく実際的な圧力であり、実際の大気圧は、この吸気管圧力より確実に高いものである。それにより、スロットル弁開度に基づき算出された吸気管圧力Ｐｍは、少なくとも、この吸気管圧力Ｐｍ’までは異常ではない。こうして、補正係数ｅｋｐａが異常に小さい場合には、エアフローメータの出力に基づき算出された吸気管圧力Ｐｍ’をガード値として使用することが有効であり、それにより、スロットル弁開度に基づき算出された吸気管圧力Ｐｍが異常に小さくガードされることはなく、前述したような失火及びフィードバック補正係数が異常値となることは防止される。
【００５０】
しかしながら、エアフローメータの出力に基づく吸気管圧力をガード値として使用するのはあくまでも暫定処置であり、スロットル弁開度が大きくされた運転が頻繁に行われて、大気圧の補正係数ｅｋｐａが適正な値に学習補正されれば、現在の正確な大気圧が算出されるようになり、このときには、補正大気圧に基づくガード値が使用されることが好ましい。それにより、第二フローチャートのステップ２０８及び２０９において、補正大気圧に基づき算出される値がエアフローメータの出力に基づく吸気管圧力より大きくなれば、補正大気圧に基づく値がガード値Ｐｇとして使用されるようになっている。
【００５１】
また、エアフローメータの出力に基づき算出される吸気管圧力Ｐｍ’は、機関始動直後において車両が高地へ向かう場合もあり、現在の大気圧が初回に算出した吸気管圧力より低くなることがある。それにより、初回に算出した吸気管圧力Ｐｍ’を大気圧の補正係数ｅｋｐａが適正な値となるまで使用することは好ましくなく、第二フローチャートのステップ２０６及び２０７では、エアフローメータの出力に基づき算出された今回の吸気管圧力Ｐｍ’_(i)が前回Ｐｍ’_(i-1)より小さくなれば、ガード値Ｐｇとして確実に使用可能な値は、今回の吸気管圧力Ｐｍ’_(i)であるとして、これをガード値Ｐｇとするようになっている。
【００５２】
例えば、記憶されている補正係数ｅｋｐａが不適当な場合に備えて、機関始動直後はガード処理を実施しない又は第一フローチャートのステップ１０２において算出したような大気圧Ｐａを単にガード値として使用することも考えられるが、補正係数ｅｋｐａが、何時の時点で適当な値に学習更新されるかが明確ではないために、補正大気圧に基づくガード処理を開始したときに、依然として失火等の問題が発生することがある。本実施形態では、前述したように、このような問題が発生することはない。
【００５３】
ところで、第二フローチャートにおいて、補正係数ｅｋｐａの学習更新には、スロットル弁開度に基づくスロットル弁通過空気量ｍｔとエアフローメータの出力に基づくスロットル弁通過空気量ｍｔ’とが比較されるようにした。しかしながら、これは、本発明を限定するものではなく、例えば、比較する特定値は、スロットル弁通過空気量ではなく、スロットル弁開度及びエアフローメータの出力に基づきそれぞれに算出される吸気管圧力でも、吸入空気量でも良い。
【００５４】
ところで、燃焼空燃比を正確に制御するためには、燃料噴射を開始する以前に気筒内への正確な吸入空気量を推定して、燃料噴射量を決定しなければならない。しかしながら、正確な吸入空気量を推定するためには、厳密には、吸気弁閉弁時における吸入空気流量を算出しなければならない。すなわち、燃料噴射量を決定するときにおいて、現在の吸入空気量ｍｃ_(i)ではなく、吸気弁閉弁時における吸入空気量ｍｃ_(i+n)を算出しなければならない。これは、図１に示すような吸気枝管３に燃料を噴射する内燃機関だけでなく、吸気行程において筒内へ直接燃料を噴射する内燃機関においても同様である。
【００５５】
そのためには、現在において、現在のスロットル弁開度ＴＡ_(i)だけでなく、吸気弁閉弁時までの時間Δｔ毎のスロットル弁開度ＴＡ_(i+1)，ＴＡ_(i+2)，・・・ＴＡ_(i+n)に基づき、式（１）においてμ・Ａを変化させ、又は、式（４）においてＰｍＴＡを変化させ、各時間のスロットル弁通過空気量ｍｔを算出することが必要となる。
【００５６】
各時間のスロットル弁開度ＴＡは、現在の時間に対するアクセルペダルの踏み込み変化量に基づき、この踏み込み変化量が吸気弁閉弁時まで持続するとして、各時間のアクセルペダルの踏み込み量を推定し、それぞれの推定踏み込み量に対して、スロットル弁アクチュエータの応答遅れを考慮して決定することが考えられる。この方法は、スロットル弁がアクセルペダルと機械的に連結されている場合にも適用することができる。
【００５７】
しかしながら、こうして推定される吸気弁閉弁時におけるスロットル弁開度ＴＡ_(i+n)は、あくまでも予測であり、実際と一致している保証はない。吸気弁閉弁時におけるスロットル弁開度ＴＡ_(i+n)を実際と一致させるために、スロットル弁を遅れ制御するようにしても良い。アクセルペダルの踏み込み量が変化したときに、アクチュエータの応答遅れによって、スロットル弁開度は遅れて変化するが、この遅れ制御は、このスロットル弁の応答遅れを意図的に増大させるものである。
【００５８】
例えば、機関過渡時において、燃料噴射量を決定するときにおける現在のアクセルペダルの踏み込み量に対応するスロットル弁開度が、吸気弁閉弁時に実現されるように、実際の応答遅れ（無駄時間）を考慮してスロットル弁のアクチュエータを制御すれば、現在から吸気弁閉弁時までの時間毎のスロットル弁開度ＴＡ_(i)，ＴＡ_(i+1)，・・・ＴＡ_(i+n)を正確に把握することができる。さらに具体的に言えば、アクセルペダルの踏み込み量が変化するときには、直ぐにアクチュエータへ作動信号を発するのではなく、燃料噴射量を決定するときから吸気弁閉弁時までの時間から無駄時間を差し引いた時間だけ経過したときにアクチュエータへの作動信号を発するようにするのである。もちろん、現在のアクセルペダルの踏み込み量に対応するスロットル弁開度を、吸気弁閉弁時以降に実現するようにスロットル弁の遅れ制御を実施しても良い。
【００５９】
エアフローメータ７の出力は機関定常時において信頼性が高く、それにより、機関定常時においては、式（１１）を使用して算出される現在のスロットル弁通過空気量ｍｔ_(i)は、式（１）又は（４）により算出されるスロットル弁通過空気量よりも信頼性が高い。こうして、機関定常時には、式（１１）により算出された前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ_(i)を使用して、式（８）において今回の吸気管圧力Ｐｍ_(i)を算出すると共に式（７）において今回のスロットル弁下流側の吸気温度Ｔｍ_(i)を算出して、式（３）により今回の吸入空気量ｍｃ_(i)を算出することが好ましい。
【００６０】
それにより、第一フローチャートを使用して、現在の吸入空気量ｍｃ_(i)及び吸気弁閉弁時の吸入空気量ｍｃ_(i+n)を算出すると共に、前述のように式（１１）、式（８）、式（７）及び式（３）を使用してエアフローメータの出力に基づく現在の吸入空気量ｍｃ_(i)’を逐次算出し、吸気弁閉弁時の吸入空気量を、ｍｃ_(i+n)−ｍｃ_(i)＋ｍｃ_(i)’により算出するようにしても良い。このような算出方法により、機関定常時には、同じモデル式に基づき同じスロットル弁開度として算出されるｍｃ_(i+n)とｍｃ_(i)とが確実に相殺され、エアフローメータの出力に基づき算出される正確な現在の吸入空気量が、吸気弁閉弁時の吸入空気量として得られる。また、機関過渡時には、ｍｃ_(i)とｍｃ_(i)’とがほぼ相殺されるために、ｍｃ_(i+n)として算出された吸気弁閉弁時の吸入空気量を得ることができる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明による内燃機関の吸入空気量推定装置によれば、吸気管圧力算出手段で使用される大気圧は、スロットル弁開度が設定開度より大きいときに限り予め設定された標準大気圧を基準として学習更新されて機関停止に際しても記憶される補正大気圧であり、機関始動時に初めて吸気管圧力を算出するときにおいて吸気管圧力算出手段において使用される大気圧は、補正大気圧と標準大気圧との間の値とされるようになっている。それにより、機関始動時において、記憶されている補正大気圧が正確に学習されていないものであっても、大気圧の初期値は、正確な大気圧へ近づけられ、機関始動時における吸入空気量の推定開始時において燃焼空燃比が過剰にリーンとなってエンジンストールが発生する問題を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による吸入空気量推定装置が取り付けられる内燃機関の概略図である。
【図２】スロットル弁開度ＴＡと流量係数μとの関係を示すマップである。
【図３】スロットル弁開度ＴＡとスロットル弁の開口面積Ａとの関係を示すマップである。
【図４】吸気管圧力Ｐｍと大気圧Ｐａとの比と、関数Φとの関係を示すマップである。
【図５】吸入空気量を算出するための第一フローチャートの一部である。
【図６】図５の第一フローチャートの残り一部である。
【図７】モデル化したエアフローメータの断面図である。
【図８】補正係数ｅｋｐａ及びガード値Ｐｇの学習及び更新のための第二フローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
２…サージタンク
３…吸気枝管
４…吸気通路
６…スロットル弁
７…エアフローメータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an intake air amount estimation device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In order to perform the air-fuel ratio control, it is necessary to grasp the amount of intake air supplied into the cylinder. Conventionally, the intake air amount is detected by an air flow meter arranged on the upstream side of the throttle valve, or calculated based on the intake pipe pressure detected by a pressure sensor arranged on the downstream side of the throttle valve. It was. However, since the air flow meter and the pressure sensor have a response delay, an accurate intake air amount cannot be detected or calculated during engine transition.
[0003]
In order to grasp an accurate intake air amount even during engine transition, it is proposed to calculate the intake pipe pressure Pm based on the throttle valve opening and to estimate the intake air amount mc based on the calculated intake pipe pressure Pm. Has been. In such an estimation of the intake air amount mc, an unrealistic intake pipe pressure Pm higher than the atmospheric pressure Pa may be calculated. In such a case, the calculated intake pipe pressure Pm is replaced with the atmospheric pressure Pa, and the intake air amount mc is estimated.
[0004]
In this way, the intake pipe pressure Pm is guarded by the atmospheric pressure Pa. However, since the atmospheric pressure Pa varies depending on the altitude, it is always meaningful to perform the guard processing by the standard atmospheric pressure (101.3 kPa). Absent. For this reason, it is conceivable to detect the current atmospheric pressure used for the guard processing by the pressure sensor, but the reliability of the output of the pressure sensor is not so high due to a response delay or the like. Increase costs.
[0005]
Accordingly, it is conceivable that the current atmospheric pressure used for the guard process is corrected by correcting the reference atmospheric pressure (for example, standard atmospheric pressure) with a correction coefficient without using a pressure sensor. For example, the correction coefficient is calculated based on the intake air amount estimated based on the intake pipe pressure calculated based on the throttle valve opening, assuming that the intake air amount estimated based on the output of the air flow meter is a true value. Exceed intake air volume estimated based on When Reduced and below When Can be increased.
[0006]
Thus, the correction coefficient is learned and updated, but the throttle valve opening is below a predetermined value. When Therefore, the intake air amount will be reduced and will be greatly affected by the aging of the throttle valve and the deposits attached to the intake system. When In addition, if the above-described correction coefficient learning is performed, there is a high possibility of erroneous learning. As a result, the throttle valve opening is below a predetermined value. When Proposed to prohibit learning of correction coefficients (see, for example, Patent Document 1).
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-146989 (paragraph number 0014-0022, FIG. 4)
[Patent Document 2]
JP 2002-180877 A
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Generally, the vehicle goes from low to high When However, there is a tendency for the throttle valve opening to increase to achieve the intended vehicle speed, but the vehicle heads from high altitude to low altitude. When In this case, since the vehicle runs mainly on a downhill and increases an excessive speed, there is little opportunity to increase the throttle valve opening. As a result, in the above-described conventional technology, the correction coefficient may not be sufficiently learned for the atmospheric pressure in the lowland immediately after traveling downhill from the highland to the lowland.
[0009]
If the throttle valve opening is increased in the subsequent lowland travel, good learning of the correction coefficient is performed, and no particular problem occurs. However, when the engine is stopped immediately after running downhill, an inaccurate correction coefficient is stored, and the current atmospheric pressure calculated using this correction coefficient at the next engine start is actually The engine start is unsuccessful, or even if the engine start is completed, immediately after that, an engine stall occurs or the air-fuel ratio feedback coefficient is corrected to an abnormal value.
[0010]
Therefore, an object of the present invention is to calculate the intake pipe pressure downstream of the throttle valve and use the atmospheric pressure (or the correction coefficient for the reference atmospheric pressure) in the intake air amount estimation device for an internal combustion engine used for estimating the intake air amount. If used, this is to improve the engine start-up problem caused by the fact that this correction factor) is not correctly learned.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
An intake air amount estimating device for an internal combustion engine according to claim 1 of the present invention is an intake pipe pressure calculating means for calculating an intake pipe pressure downstream of the throttle valve based on a throttle valve opening and an atmospheric pressure, and the intake pipe Intake air amount calculation means for calculating the intake air amount based on the intake pipe pressure calculated by the pressure calculation means, and the atmospheric pressure used by the intake pipe pressure calculation means is such that the throttle valve opening is Set opening Greater than Is the corrected atmospheric pressure that is learned and updated with reference to the preset standard atmospheric pressure and stored when the engine is stopped, and the intake pipe pressure is calculated for the first time when the engine is started. When In the above, the atmospheric pressure used in the intake pipe pressure calculating means is a value between the corrected atmospheric pressure and the standard atmospheric pressure.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic diagram showing an internal combustion engine to which an intake air amount estimation device according to the present invention is attached. In the figure, 1 is an engine body, and 2 is a surge tank common to each cylinder. An intake branch pipe 3 communicates the surge tank 2 with each cylinder, and 4 is an intake passage upstream of the surge tank 2. A fuel injection valve 5 is disposed in each intake branch pipe 3, and a throttle valve 6 is disposed immediately upstream of the surge tank 2 in the intake passage 4. Here, the engine intake system (surge tank 2 and intake branch pipe 3) downstream of the throttle valve 6 is referred to as an intake pipe. The throttle valve 6 is not linked to the accelerator pedal, but can be freely set by a drive device such as a step motor. Reference numeral 7 denotes an air flow meter that detects an intake air flow rate upstream of the throttle valve 6 in the intake passage 4. In the

engine body

1, 8 is an intake valve, 9 is an exhaust valve, and 10 is a piston.
[0014]
In order to set the combustion air-fuel ratio in the internal combustion engine 1 to a desired air-fuel ratio such as a stoichiometric air-fuel ratio, for example, it is necessary to accurately estimate the amount of intake air that has flowed into the cylinder including when the engine is in transition. . The air flow meter 7 can measure the intake air amount relatively accurately when the engine is stationary. However, during engine transition, the output of the air flow meter 7 does not immediately respond to the intake air amount that changes abruptly, making it impossible to accurately measure the intake air amount.
[0015]
This intake air amount estimation device estimates the intake air amount by modeling the engine intake system in order to make it possible to accurately grasp the intake air amount even during engine transition.
[0016]
First, by modeling the throttle valve 6, using the energy conservation law, the momentum conservation law, and the state equation when the intake air passes through the throttle valve 6, the current throttle valve passage air amount mt _(i) (G / sec) is expressed by the following equation (1). Including the following expression, the subscript (i) of the variable such as the throttle valve passing air amount indicates the current time, and (i-1) indicates the previous time.
[Expression 1]

[0017]
Where μ _(i) Is the flow coefficient, A _(i) Is the opening area of the throttle valve 6 (m ^Three ). Of course, an idle speed control valve (ISC valve) is provided in the engine intake system. When A _(i) Is added to the opening area of the ISC valve. The flow coefficient and the opening area of the throttle valve are respectively the throttle valve opening TA. _(i) 2 and 3 show maps for the respective throttle valve openings TA. R is a gas constant, Ta is the intake air temperature (K) upstream of the throttle valve, Pa is the intake passage pressure (kPa) upstream of the throttle valve, and Pm _(i) Is the intake pipe pressure (kPa) downstream of the throttle valve. In addition, the function Φ (Pm _(i) / Pa) is expressed by the following equation (2) using the specific heat ratio κ, and FIG. 4 shows a map for Pm / Pa.
[Expression 2]

[0018]
Next, the intake valve is modeled. Intake air amount mc supplied to the cylinder _(i) (G / sec) is the intake pipe pressure Pm _(i) Therefore, it can be expressed by the following equation (3).
[Equation 3]

[0019]
Where Tm _(i) Is the intake air temperature (K) downstream of the throttle valve, and a and b are constants obtained from empirical rules. However, b is a value corresponding to the amount of residual burned gas in the cylinder, and when there is a valve overlap, burned gas flows backward to the intake pipe, so the value of b increases to a degree that cannot be ignored. Accordingly, it is preferable to map the values of a and b so that an accurate intake air amount mc is calculated based on the presence or absence of valve overlap and the engine speed NE. Further, when there is a valve overlap, the intake pipe pressure Pm is equal to or higher than a predetermined pressure. When In this case, the higher the intake pipe pressure is, the more the backflow of burned gas is significantly reduced. When It is preferable to increase the value a and decrease the value b.
[0020]
By the way, when the engine is stationary, When Since the throttle valve passage air amount mtTA and the intake air amount coincide with each other, the throttle valve passage air amount mtTA in which the intake pipe pressure is the intake pipe pressure PmTA when the engine is steady in the equation (1) is the intake air amount. It is equal to (a · PmTA−b), so that the expression (1) can be rewritten as the following expression (4).
[Expression 4]

[0021]
Here, the intake pipe pressure PmTA at the time of steady state of the engine is the current steady state. When This throttle valve opening TA _(i) , Engine speed NE _(i) , And valve overlap size VT _(i) Based on the above, it can be previously mapped.
[0022]
Next, the intake pipe is modeled. Using the intake mass conservation law, energy conservation law, and equation of state existing in the intake pipe, the rate of change over time in the ratio between the intake pipe pressure Pm and the intake air temperature Tm downstream of the throttle valve is expressed by the following equation (5): The time change rate of the intake pipe pressure Pm is expressed by the following equation (6). Where V is the volume of the intake pipe (m ^Three More specifically, it is the total volume of the surge tank 2 and the intake branch pipe 3.
[Equation 5]

[0023]
Equations (5) and (6) are discretized to obtain the following equations (7) and (8), respectively, and the current intake pipe pressure Pm is obtained by equation (8). _(i) Is obtained, the intake air temperature Tm in the intake pipe at this time is obtained by the equation (7). _(i) Can be obtained. In the equations (7) and (8), the discrete time Δt is the current intake air amount mc. _(i) Is the execution interval of the first flowchart (FIGS. 5 and 6) for calculating, for example, 8 ms.
[Formula 6]

[0024]
Next, the first flowchart shown in FIGS. 5 and 6 will be described. This flowchart shows the completion of engine start (for example, the engine speed is 400 rpm or more) When The engine can be completed at the same time). First, in step 101, it is determined whether or not the flag F is 1. This flag F is reset to 0 when the engine is stopped. Initially, the determination in step 101 is denied and the routine proceeds to step 102. In step 102, an initial value Pa of atmospheric pressure is calculated by the following equation (9).
Pa = {K1 · ekpa + (1−K1)} · Pas (9)
[0025]
Here, ekpa is a correction coefficient for correcting the reference atmospheric pressure Pas (for example, standard atmospheric pressure 101.3 kPa) to the current atmospheric pressure corresponding to the altitude, which will be described later in detail. The corrected atmospheric pressure (ekpa · Pas) is calculated by directly multiplying the atmospheric pressure Pas. The current correction coefficient ekpa is a value learned and updated by the engine operation before the engine start this time.
[0026]
Next, in step 103, the initial value Pa of the atmospheric pressure calculated in step 102 is the previous intake pipe pressure Pm. _(i-1) In step 104, the flag F is set to 1. Accordingly, in the next execution of this flowchart, the determination in step 101 is affirmed, and only the processing after step 105 described below is performed.
[0027]
In step 105, the intake pipe pressure Pm is calculated using equation (8). _(i) Is calculated. Equation (8) is the previous intake pipe pressure Pm _(i-1) And the previous throttle valve passing air amount mt _(i-1) And the previous intake air amount mc _(i-1) And the previous intake air temperature Tm in the intake pipe _(i-1) Based on the above, this intake pipe pressure Pm _(i) Is calculated. As these initial values, Pm _(i-1) Is the initial value Pa of atmospheric pressure in step 103, and Tm _(i-1) Is measured and used for the intake air temperature Ta upstream of the throttle valve, mt _(i-1) These Pm _(i-1) And Tm _(i-1) The value calculated from equation (1) or (4) using is used, and mc _(i-1) These Pm _(i-1) And Tm _(i-1) The value calculated by equation (3) using is used.
[0028]
Next, at step 106, the current intake pipe pressure Pm calculated at step 101 is calculated. _(i) Is higher than the guard value Pg. Although the guard value Pg will be described in detail later, this guard process is based on the fact that the intake pipe pressure cannot be higher than the atmospheric pressure. Normally, this determination is denied and the routine proceeds to step 108, where the intake air temperature Tm in the intake pipe at this time is calculated using equation (7). _(i) Is calculated. Next, at step 109, the current throttle valve passage air amount mt is obtained using the equation (1) or (4). _(i) Is calculated. Throttle valve passing air amount mt using this formula (1) or (4) _(i) In this calculation, the current throttle valve opening TA takes into account the response delay of the throttle valve drive device (step motor).
[0029]
Next, at step 110, the current intake air amount mc is calculated using equation (3). _(i) Is calculated. Thereafter, in steps 111 to 114, the current intake pipe pressure Pm _(i) Is the previous intake pipe pressure Pm _(i-1) The intake air temperature Tm in the intake pipe this time _(i) Is the previous intake air temperature Tm in the intake pipe _(i-1) The amount of air passing through the throttle valve mt this time _(i) Is the previous air flow mt through the throttle valve _(i-1) The intake air amount mc this time _(i) Is the previous intake air amount mc _(i-1) It is said. Thus, the intake air amount mc is sequentially estimated based on the intake pipe pressure Pm that is sequentially calculated simultaneously with the completion of the engine start.
[0030]
However, the calculated intake pipe pressure Pm is calculated for some reason. _(i) May become higher than the guard value Pg. this When Is the calculated current intake pipe pressure Pm _(i) Is an obvious abnormal value, the determination in step 106 is affirmed and the routine proceeds to step 107, where the calculated current intake pipe pressure Pm _(i) Is replaced with the guard value Pg.
[0031]
The correction coefficient ekpa and the guard value Pg described above are learned and updated, and FIG. 8 is a second flowchart for that purpose. In the second flowchart, the throttle valve passing air amount mt ′ and the intake pipe pressure Pm ′ calculated based on the output of the air flow meter 7 (the above-mentioned ones calculated based on the throttle valve opening with a dash attached to each) Distinguish) is used. Accordingly, first, calculation of the throttle valve passing air amount mt ′ based on the output of the air flow meter 7 will be described.
[0032]
FIG. 7 shows a cross-sectional model of the air flow meter 7. The air flow meter 7 uses the fact that the amount of heat taken away from the heat wire 7a when the intake air passes around the heat wire 7a changes according to the intake air amount, that is, the amount of air passing through the throttle valve. It is to detect. Thus, based on the output of the air flow meter 7, the throttle valve passing air amount GA is determined from the map or the like. _(i) (This map value includes the calculated throttle valve passing air amount mt ′. _(i) Can be obtained with different symbols to distinguish them from each other.
[0033]
However, in a general air flow meter, a glass layer 7b is provided around the heat wire 7a, and the heat capacity of the glass layer 7b is relatively large. As a result, the output of the air flow meter 7 does not change immediately with respect to the actual change in the amount of air passing through the throttle valve, and a response delay occurs. In anticipation of this response delay, the actual throttle valve passing air amount mt 'is determined from the output of the air flow meter. _(i) Consider calculating.
[0034]
Assuming that the current temperature of the heat wire 7a is Th, the amount of heat transferred from the heat wire 7a to the glass layer 7b is equal to the amount of heat transferred from the glass layer 7b to the intake air. Therefore, the temperature change amount dTg / dt of the glass layer B Can be expressed as the following formula (10).
[Expression 7]

[0035]
Here, A, B, C, and D are the cross-sectional area, length, and resistivity of the heat wire 7a, the heat transfer coefficient between the glass layer 7b and the heat wire 7a, and between the glass layer 7b and the intake air. It is a constant determined according to the heat transfer coefficient of. In equation (10), during steady operation, since there is no transfer of heat between the glass layer 7b, the heat ray 7a, and the intake air, the temperature change amount dTg / dt of the glass layer 7b, that is, the right side of equation (10) Becomes 0, and this When The map value GA of the throttle valve passage air amount is equal to the calculated value mt. Under this condition, GA is represented by the temperature Th of the heat ray 7a, the temperature Tg of the glass layer 7b, and the intake air temperature Ta, and the temperature Tg of the glass layer 7b is eliminated in Equation 10 to obtain the following equation (11). be able to.
[Equation 8]

[0036]
In Expression (11), α and β are constants determined by the above-described constants A, B, C, and D, and thus the throttle valve passing air mt ′. _(i) Is a map value GA of the throttle valve passing air amount based on the current output of the air flow meter 7 in consideration of the response delay of the air flow meter. _(i) And the map value GA of the throttle valve passing air amount based on the previous output of the air flow meter 7 _(i-1) And can be calculated based on the above.
[0037]
Next, the second flowchart will be described. Similar to the first flowchart, this flowchart is executed simultaneously with the engine start, and the execution interval is, for example, 8 ms. First, in step 201, it is determined whether or not the current throttle valve opening TA is larger than the set opening TA1. This judgment is affirmed When In step 202, the throttle valve passage air amount mt based on the throttle valve opening calculated this time according to the first flowchart. _(i) Is the throttle valve passing air amount mt ′ based on the output of the air flow meter calculated by the above equation (11). _(i) It is determined whether it is larger. In Formula (11), GA _(i-1) The initial value of is set to 0.
[0038]
The determination in step 202 is affirmed When In step 203, a relatively small predetermined value q is subtracted from the atmospheric pressure correction coefficient ekpa. On the other hand, the determination in step 202 is denied. When In step 204, a predetermined value q is added to the atmospheric pressure correction coefficient ekpa. The correction coefficient ekpa is set to 1, for example, at the time of vehicle shipment, and if the determination in step 202 is affirmative, that is, the atmospheric pressure and the throttle valve opening using the formula (1) or (4). Throttle valve passage air amount mt calculated based on _(i) Is calculated based on the output of the air flow meter using the equation (11), and the throttle valve passing air amount mt ′. _(i) If it becomes larger, it is assumed that the atmospheric pressure used for calculation in the equation (1) or (4) is higher than the actual pressure, and the correction coefficient ekpa is decreased. Also, the throttle valve passing air amount mt _(i) Is the throttle valve passing air amount mt ' _(i) If it becomes smaller, it is assumed that the atmospheric pressure used for calculation in the formula (1) or (4) is lower than the actual pressure, and the correction coefficient ekpa is increased.
[0039]
Next, in step 205, the reference atmospheric pressure Pas is multiplied and corrected by the correction coefficient ekpa learned and updated with the throttle valve passing air amount mt 'calculated based on the output of the air flow meter as a true value in this way, and according to the altitude. The present atmospheric pressure Pa that changes is calculated. This atmospheric pressure Pa is used in the first flowchart.
[0040]
For the learning and updating of the correction coefficient ekpa, the determination in step 201 is affirmed. When That is, the throttle valve opening TA _(i) Is larger than the set opening TA1 When Implemented only in This is the throttle valve opening TA _(i) Is equal to or less than the set opening TA1, the actual amount of air passing through the throttle valve decreases, and is greatly affected by the time-dependent change of the throttle valve and the deposit deposit on the intake system. Valve passing air volume mt _(i) And the throttle valve passage air amount mt ′ calculated based on the output of the air flow meter _(i) This is because the main factor causing the difference may not be the current atmospheric pressure. The correction coefficient ekpa learned and updated in this way is stored even when the engine is stopped, and is used for the current atmospheric pressure calculation even during the next operation.
[0041]
By the way, the vehicle heads from low to high When In many cases, the throttle valve opening is larger than the set opening TA1 due to climbing, and good correction and learning of the correction coefficient ekpa are performed. However, going from high to low When In some cases, there is little opportunity to go downhill and make the throttle valve opening larger than the set opening TA1, and the correction coefficient ekpa is not sufficiently learned. Thus, particularly when the vehicle is stopped immediately after traveling downhill from a highland to a lowland, it is highly likely that the correction coefficient ekpa is stored as a value adapted to the atmospheric pressure in the highland.
[0042]
Generally, when starting the engine, first, the intake pipe pressure Pm is based on the throttle valve opening. _(i) Calculate When Includes the atmospheric pressure Pa and the previous intake pipe pressure Pm. _(i-1) As the corrected atmospheric pressure Pa multiplied by the correction coefficient ekpa stored in the reference atmospheric pressure Pas. However, in this case, in this case, the current intake pipe pressure Pm is calculated. _(i) Intake air amount mc calculated based on the abnormally lower than actual _(i) Is abnormally less than actual, and this intake air amount mc _(i) In the fuel injection amount calculated to achieve the desired air-fuel ratio based on the above, the actual air-fuel ratio becomes very lean and the estimation of the intake air amount is started at the same time as the engine start is completed. An engine stall will occur. Further, when the intake air amount is estimated from the cranking, it is impossible to start the engine.
[0043]
In the present embodiment, in order to solve such a problem, the first intake air amount mc is obtained by the processing of steps 101 to 104 in the first flowchart. _(i) The atmospheric pressure Pa used for the estimation is not calculated by simply multiplying the stored correction coefficient ekpa by the reference atmospheric pressure Pas, but is calculated based on the above-described equation (9). That is, the current atmospheric pressure Pa is a value between the reference atmospheric pressure Pas and the corrected atmospheric pressure obtained by multiplying the reference atmospheric pressure by the correction coefficient ekpa using the adaptation constant K1 (0 <K1 <1). The Thus, since the initial value Pa of the atmospheric pressure is calculated, even if the correction coefficient ekpa is stored abnormally small with respect to the current atmospheric pressure, the intake air amount mc _(i) Is not estimated to be abnormally low, engine stall Improvement can do. If the stored correction coefficient ekpa is accurate with respect to the current atmospheric pressure, the estimated intake air amount mc _(i) However, the initial value Pa of the atmospheric pressure is not calculated exceeding the reference atmospheric pressure, and this is not a problem. The initial value Pa of the atmospheric pressure is used as the atmospheric pressure in the second flowchart until the throttle valve opening TA is larger than the set opening TA1 and the correction coefficient ekpa is updated (step 205).
[0044]
Next, the guard value Pg used for the guard process in step 106 of the first flowchart will be described with reference back to the second flowchart. The actual intake pipe pressure does not exceed the atmospheric pressure, so that the intake pipe pressure Pm generally calculated based on the throttle valve opening _(i) Is guarded by the current atmospheric pressure. If the correction coefficient ekpa is correct, the current atmospheric pressure is the corrected atmospheric pressure as the product of the reference atmospheric pressure Pas and ekpa, and this corrected atmospheric pressure is used as a guard value. As a margin, a guard value may be obtained by multiplying by a coefficient K2 (for example, 1.05).
[0045]
However, as described above, the correction coefficient ekpa may be inaccurate immediately after starting the engine. When When the guard process is performed with the guard value based on the corrected atmospheric pressure, the intake pipe pressure Pm calculated based on the throttle valve opening degree _(i) Despite being relatively accurate, the intake pipe pressure Pm is reduced by the guard process. _(i) Will be lowered. As a result, the intake air amount mc _(i) Is estimated to be abnormally less than actual, the combustion air-fuel ratio becomes abnormally lean, a misfire occurs, or an air-fuel ratio sensor is arranged in the engine exhaust system to perform feedback control of the fuel injection amount In order to increase the fuel injection amount, the feedback correction coefficient becomes abnormally large.
[0046]
In order to solve this problem, in the present embodiment, the guard value Pg is updated by the processing after step 206 in the second flowchart. In the second flowchart, in Expression (8), Expression (11) is used instead of the throttle valve passing air amount mt calculated based on the throttle valve opening using Expression (1) or (4). Thus, the intake pipe pressure Pm ′ is calculated using the throttle valve passage air amount mt ′ calculated based on the output of the air flow meter. In step 206, the intake pipe pressure Pm ′ calculated this time is calculated. _(i) Is the previously calculated intake pipe pressure Pm ′ _(i-1) It is determined whether it is smaller.
[0047]
Immediately after the engine start is completed, in order to warm up the catalyst device provided in the engine exhaust system at an early stage, the fuel injection amount is increased, the throttle valve opening is relatively increased, and the intake air amount is also increased. Thereby, the initial intake pipe pressure Pm ′ calculated based on the output of the air flow meter _(i) Is relatively close to the current atmospheric pressure. However, Pm ' _(i-1) Since the initial value of the atmospheric pressure is the initial value Pa of the atmospheric pressure calculated in step 102 of the first flowchart, the determination of step 206 in the first time is often affirmed. In step 207, the guard value Pg This (first time) intake pipe pressure Pm ′ calculated based on the meter output _(i) It is said. Next, at step 208, the intake pipe pressure Pm ′. _(i) It is determined whether or not the determined guard value Pg is smaller than a value based on the corrected atmospheric pressure obtained by correcting the reference atmospheric pressure Pas by the correction coefficient ekpa.
[0048]
Correction coefficient ekpa is relatively large When There is a tendency that the value obtained by multiplying the corrected atmospheric pressure by the coefficient K2 is larger than the guard value Pg which is smaller than the atmospheric pressure Pa calculated in step 102 of the first flowchart. In step 209, the guard value Tg is set to a general value based on the corrected atmospheric pressure.
[0049]
However, when the correction coefficient ekpa is abnormally small with respect to the current atmospheric pressure as described above, the value based on the corrected atmospheric pressure becomes considerably small. Will cause. In such a case, the determination in step 208 is denied, and the guard value Pg is the intake pipe pressure calculated based on the output of the air flow meter. The intake pipe pressure Pm ′ is a practical pressure based on the output of the air flow meter, and the actual atmospheric pressure is surely higher than the intake pipe pressure. Thus, the intake pipe pressure Pm calculated based on the throttle valve opening is not abnormal at least up to the intake pipe pressure Pm ′. Thus, when the correction coefficient ekpa is abnormally small, it is effective to use the intake pipe pressure Pm ′ calculated based on the output of the air flow meter as a guard value, thereby calculating based on the throttle valve opening. Further, the intake pipe pressure Pm is not guarded abnormally small, and the misfire and the feedback correction coefficient as described above are prevented from becoming abnormal values.
[0050]
However, the use of the intake pipe pressure based on the output of the air flow meter as a guard value is only a provisional measure, and an operation with a large throttle valve opening is frequently performed, and the atmospheric pressure correction coefficient ekpa is appropriate. If the value is corrected for learning, the current accurate atmospheric pressure will be calculated. When Is preferably a guard value based on the corrected atmospheric pressure. Thereby, in

steps

208 and 209 of the second flowchart, if the value calculated based on the corrected atmospheric pressure is larger than the intake pipe pressure based on the output of the air flow meter, the value based on the corrected atmospheric pressure is used as the guard value Pg. It has become so.
[0051]
Further, the intake pipe pressure Pm ′ calculated based on the output of the air flow meter may cause the vehicle to go to a high altitude immediately after the engine is started, and the current atmospheric pressure may be lower than the intake pipe pressure calculated for the first time. Accordingly, it is not preferable to use the intake pipe pressure Pm ′ calculated for the first time until the atmospheric pressure correction coefficient ekpa becomes an appropriate value. In

steps

206 and 207 of the second flowchart, the calculation is based on the output of the air flow meter. This intake pipe pressure Pm ' _(i) Last time Pm ' _(i-1) If it is smaller, the value that can be reliably used as the guard value Pg is the current intake pipe pressure Pm ′. _(i) This is set as the guard value Pg.
[0052]
For example, in preparation for the case where the stored correction coefficient ekpa is inappropriate, the guard process is not performed immediately after the engine is started, or the atmospheric pressure Pa calculated in step 102 of the first flowchart is simply used as the guard value. However, since it is not clear when the correction coefficient ekpa is learned and updated to an appropriate value, the guard process based on the corrected atmospheric pressure is started. When In addition, problems such as misfire may still occur. In the present embodiment, as described above, such a problem does not occur.
[0053]
By the way, in the second flow chart, the learning coefficient of the correction coefficient ekpa is updated by comparing the throttle valve passing air amount mt based on the throttle valve opening and the throttle valve passing air amount mt ′ based on the output of the air flow meter. . However, this does not limit the present invention. For example, the specific value to be compared is not the amount of air passing through the throttle valve, but the intake pipe pressure calculated based on the throttle valve opening and the output of the air flow meter. The amount of intake air may be used.
[0054]
By the way, in order to accurately control the combustion air-fuel ratio, it is necessary to estimate the correct intake air amount into the cylinder and determine the fuel injection amount before starting the fuel injection. However, in order to estimate the accurate intake air amount, strictly speaking, the intake air flow rate when the intake valve is closed must be calculated. That is, the fuel injection amount is determined When The current intake air amount mc _(i) Rather than the intake air amount mc when the intake valve is closed _{(i + n)} Must be calculated. This applies not only to the internal combustion engine that injects fuel into the intake branch pipe 3 as shown in FIG. 1 but also to the internal combustion engine that directly injects fuel into the cylinder during the intake stroke.
[0055]
For this purpose, at present, the current throttle valve opening TA _(i) As well as the throttle valve opening TA for every time Δt until the intake valve closes _{(i + 1)} , TA _{(i + 2)} , ... TA _{(i + n)} Therefore, it is necessary to calculate the throttle valve passing air amount mt for each time by changing μ · A in the equation (1) or changing PmTA in the equation (4).
[0056]
The throttle valve opening TA for each time is based on the amount of change in the depression of the accelerator pedal with respect to the current time, assuming that the amount of change in the depression continues until the intake valve closes, For each estimated depression amount, it may be determined in consideration of the response delay of the throttle valve actuator. This method can also be applied when the throttle valve is mechanically connected to the accelerator pedal.
[0057]
However, the throttle valve opening TA when the intake valve is closed is estimated as described above. _{(i + n)} Is only a prediction and there is no guarantee that it is consistent with the actual. Throttle valve opening TA when intake valve is closed _{(i + n)} The throttle valve may be controlled in a delayed manner in order to match the actual value. The amount of accelerator pedal depression has changed. When In addition, the throttle valve opening changes with a delay due to the response delay of the actuator, but this delay control intentionally increases the response delay of the throttle valve.
[0058]
For example, the fuel injection amount is determined during engine transition When If the throttle valve actuator is controlled in consideration of the actual response delay (dead time) so that the throttle valve opening corresponding to the current accelerator pedal depression amount is realized when the intake valve is closed, Valve opening TA for each hour from when the intake valve is closed _(i) , TA _{(i + 1)} , ... TA _{(i + n)} Can be grasped accurately. More specifically, the amount of depression of the accelerator pedal changes. When Instead of issuing an actuation signal to the actuator immediately, determine the fuel injection amount When The time from the time until the intake valve closes minus the dead time has elapsed When An operation signal to the actuator is issued to the actuator. Of course, the delay control of the throttle valve may be performed so that the throttle valve opening corresponding to the current depression amount of the accelerator pedal is realized after the intake valve is closed.
[0059]
The output of the air flow meter 7 is highly reliable when the engine is stationary, so that when the engine is stationary, the current throttle valve passage air amount mt calculated using the equation (11). _(i) Is more reliable than the throttle valve passing air amount calculated by the equation (1) or (4). Thus, when the engine is stationary, the previous throttle valve passage air amount mt calculated by the equation (11). _(i) And the current intake pipe pressure Pm in equation (8) _(i) And the intake air temperature Tm on the downstream side of the current throttle valve in equation (7) _(i) Is calculated, and the current intake air amount mc is calculated by Equation (3). _(i) Is preferably calculated.
[0060]
Thereby, using the first flowchart, the current intake air amount mc _(i) And the intake air amount mc when the intake valve is closed _{(i + n)} And the current intake air amount mc based on the output of the air flow meter using the equations (11), (8), (7) and (3) as described above. _(i) 'Is calculated sequentially, and the intake air amount when the intake valve is closed is expressed as mc _{(i + n)} -Mc _(i) + Mc _(i) You may make it calculate by '. By such a calculation method, when the engine is stationary, mc calculated as the same throttle valve opening based on the same model formula. _{(i + n)} And mc _(i) Is accurately offset, and the correct current intake air amount calculated based on the output of the air flow meter is obtained as the intake air amount when the intake valve is closed. When the engine is in transition, mc _(i) And mc _(i) 'Is almost offset by mc _{(i + n)} The intake air amount calculated when the intake valve is closed can be obtained.
[0061]
【The invention's effect】
According to the intake air amount estimating apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the atmospheric pressure used in the intake pipe pressure calculating means is such that the throttle valve opening is the set opening. Greater than This is a corrected atmospheric pressure that is learned and updated with reference to a preset standard atmospheric pressure and stored even when the engine is stopped. When The atmospheric pressure used in the intake pipe pressure calculation means is a value between the corrected atmospheric pressure and the standard atmospheric pressure. Thereby, even if the stored correction atmospheric pressure is not accurately learned at the time of engine start, the initial value of the atmospheric pressure is brought close to the accurate atmospheric pressure, and the amount of intake air at the time of engine start The problem that engine stall occurs when the combustion air-fuel ratio becomes excessively lean at the start of Improvement can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of an internal combustion engine to which an intake air amount estimation device according to the present invention is attached.
FIG. 2 is a map showing a relationship between a throttle valve opening degree TA and a flow coefficient μ.
FIG. 3 is a map showing a relationship between a throttle valve opening TA and an opening area A of the throttle valve.
FIG. 4 is a map showing the relationship between the ratio of the intake pipe pressure Pm and the atmospheric pressure Pa and the function Φ.
FIG. 5 is a part of a first flowchart for calculating an intake air amount.
FIG. 6 is the remaining part of the first flowchart of FIG. 5;
FIG. 7 is a cross-sectional view of a modeled air flow meter.
FIG. 8 is a second flowchart for learning and updating the correction coefficient ekpa and the guard value Pg.
[Explanation of symbols]
1 ... Engine body
2 ... Surge tank
3 ... Intake branch pipe
4 ... Intake passage
6 ... Throttle valve
7 ... Air flow meter

Claims

Intake pipe pressure calculating means for calculating the intake pipe pressure downstream of the throttle valve based on the throttle valve opening and the atmospheric pressure, and calculating the intake air amount based on the intake pipe pressure calculated by the intake pipe pressure calculating means The atmospheric pressure used in the intake pipe pressure calculating means is learned on the basis of a preset standard atmospheric pressure only when the throttle valve opening is larger than a set opening. The corrected atmospheric pressure, which is updated and stored even when the engine is stopped, is used when the intake pipe pressure is calculated for the first time when the engine is started. An intake air amount estimation device for an internal combustion engine, characterized in that the value is between a standard atmospheric pressure.