JP2004143994A - 内燃機関の吸気量推定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】気筒内へ供給された吸気量を正確に推定することができる内燃機関の吸気量推定装置を提供することである。
【解決手段】エアフローメータの出力に基づき燃料噴射開始以前の特定時期における吸気弁直上流部へ流入する吸気流量を算出し（ステップ１０２）、圧力センサの出力に基づき特定時期における吸気弁直上流部での吸気圧力変化に伴う吸気流量増減分を算出し（ステップ１０３）、吸気流量に吸気流量増減分を加えて特定時期における気筒内流入吸気流量を算出する内燃機関の吸気量推定装置において、気筒内へ供給される吸気量を推定するために、気筒内流入吸気流量は、特定時期における気筒内流入吸気流量の変化量に基づき実際の吸気量を推定するのに必要な吸気流量に補正される（ステップ１０５）。
【選択図】 図３
【解決手段】エアフローメータの出力に基づき燃料噴射開始以前の特定時期における吸気弁直上流部へ流入する吸気流量を算出し（ステップ１０２）、圧力センサの出力に基づき特定時期における吸気弁直上流部での吸気圧力変化に伴う吸気流量増減分を算出し（ステップ１０３）、吸気流量に吸気流量増減分を加えて特定時期における気筒内流入吸気流量を算出する内燃機関の吸気量推定装置において、気筒内へ供給される吸気量を推定するために、気筒内流入吸気流量は、特定時期における気筒内流入吸気流量の変化量に基づき実際の吸気量を推定するのに必要な吸気流量に補正される（ステップ１０５）。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気量推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼空燃比を良好に制御するために、気筒内へ供給された吸気量を正確に推定することが必要である。従来においては、吸気量を、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、これらのセンサを単独で使用したのでは、正確な吸気量の把握は困難であるとして、これらセンサを組み合わせて使用することが提案されている。
【０００３】
例えば、圧力センサによって検出されるスロットル弁下流側の吸気管圧力の変化量に基づき吸気管内へ流入する吸気流量の増減分ΔＧｉｎを算出し、エアフローメータにより検出される吸気流量Ｇａｆｍにこの増減分ΔＧｉｎを加算して、現時点で気筒内へ供給されている吸気流量Ｇｅが算出されている。このような吸気量の算出方法において、エアフローメータ及び圧力センサにはそれぞれ応答遅れがあるために、それぞれの時定数によって吸気流量Ｇａｆｍ及び増減分ΔＧｉｎを算出時期における値に補正することも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−７０６３３号公報（段落番号００２２−００３２）
【特許文献２】
特開平７−１８９７８６号公報
【特許文献３】
特開平１０−２２７２４５号公報
【特許文献４】
特開平１０−２７４０７９号公報
【特許文献５】
特開平４−１２１４８号公報
【特許文献６】
特開平２−１０８８３４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
実際的に気筒内へ供給された吸気量は吸気弁閉弁時期の吸気流量に基づくものである。しかしながら、吸気流量の算出時期は、前述の従来技術を含めて、少なくとも燃料噴射開始時期より前としなければならず、吸気弁の閉弁時期よりかなり前とせざるを得ない。機関定常時であれば、算出された吸気流量と吸気弁閉弁時期の吸気流量とは、ほぼ一致するために、推定された吸気量は比較的正確なもとなる。しかしながら、機関過渡時においては、算出された吸気流量と吸気弁閉弁時期における吸気流量とが明らかに異なることがあり、この時には、実際の吸気量を正確に推定することはできない。
【０００６】
従って、本発明の目的は、気筒内へ供給された吸気量を正確に推定することができる内燃機関の吸気量推定装置を提供することである。
【０００７】
【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気量推定装置は、吸気系における吸気弁直上流部の吸気圧力を検出するための圧力センサと、前記吸気系における上流側から前記吸気弁直上流部へ流入する吸気流量を検出するエアフローメータとを具備し、前記エアフローメータの出力に基づき燃料噴射開始以前の特定時期における前記吸気弁直上流部へ流入する吸気流量を算出し、前記圧力センサの出力に基づき前記特定時期における前記吸気弁直上流部での吸気圧力変化に伴う吸気流量増減分を算出し、前記吸気流量に前記吸気流量増減分を加えて前記特定時期における気筒内流入吸気流量を算出する内燃機関の吸気量推定装置において、気筒内へ供給される吸気量を推定するために、前記気筒内流入吸気流量は、前記特定時期における前記気筒内流入吸気流量の変化量に基づき実際の吸気量を推定するのに必要な吸気流量に補正されることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の吸気量推定装置は、吸気系における吸気弁直上流部の吸気圧力を検出するための圧力センサと、前記吸気系における上流側から前記吸気弁直上流部へ流入する吸気流量を検出するエアフローメータとを具備し、前記エアフローメータの出力に基づき燃料噴射開始以前の特定時期における前記吸気弁直上流部へ流入する吸気流量を算出し、前記圧力センサの出力に基づき前記特定時期における前記吸気弁直上流部での吸気圧力変化に伴う吸気流量増減分を算出し、前記吸気流量に前記吸気流量増減分を加えて前記特定時期における気筒内流入吸気流量を算出する内燃機関の吸気量推定装置において、前記内燃機関は吸気量に影響する機構を有し、気筒内へ供給される吸気量を推定するために、前記気筒内流入吸気流量は、前記特定時期における前記機構の状態変化量に基づき実際の吸気量を推定するのに必要な吸気流量に補正されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の吸気量推定装置は、請求項２に記載の内燃機関の吸気量推定装置において、前記特定時期における前記機構の状態変化量に基づき実際の吸気量に影響する前記機構の状態を推定し、気筒内へ供給される吸気量を推定するために、前記気筒内流入吸気量は、実際の吸気量に影響する前記機構の状態に基づき推定される吸気流量と前記特定時期における前記機構の状態に基づき推定される前記特定時期に気筒内へ流入する吸気流量との差が加えられて、実際の吸気量を推定するのに必要な吸気流量に補正されることを特徴とする。
【００１０】
【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。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はサージタンク２内の吸気圧力を検出するための圧力センサであり、８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。
【００１１】
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気量を正確に推定することが必要とされる。図２は機関過渡時における気筒内へ流入する吸気流量Ｇｅを示すタイムチャートである。同図において、時刻ｔ３は吸気弁の開弁時期であり、時刻ｔ４は吸気弁の閉弁時期を示している。燃料噴射弁５は、吸気弁の開弁時期以前に燃料噴射を開始するものであり、時刻ｔ２が燃料噴射開始時期である。時刻ｔ２において燃料噴射を開始するためには、時刻ｔ２以前に燃料噴射量を決定しなければならない。そのためには、時刻ｔ１において気筒内へ流入する吸気量を推定して所望空燃比を実現するための燃料噴射量が決定されなければならない。
【００１２】
時刻ｔ１において吸気量を推定するためには、先ず、エアフローメータ８の出力に基づき、時刻ｔ１においてスロットル弁６の下流側、すなわち、吸気系の吸気弁直上流部へ流入する吸気流量Ｇａｆｍが算出される。ここで、エアフローメータ８の応答遅れを補正するために、時刻ｔ１におけるエアフローメータ８の出力をその時定数によって補正することが好ましい。
【００１３】
次いで、圧力センサ７の出力に基づき、時刻ｔ１において吸気弁直上流部内での吸気流量増減分ΔＧｅが次式により算出される。
ΔＧｅ＝（Ｐ１−Ｐ２）／ｔ＊Ｖ／ＲＴ
ここで、Ｐ１は時刻ｔ１直前のサージタンク２内の圧力であり、Ｐ２は時刻ｔ１のサージタンク２内の圧力であり、ｔはサージタンク２内の圧力がＰ１からＰ２へ変化するまでの時間であり、Ｖは吸気弁直上流部の容積、すなわち、サージタンク２と吸気管３との合計容積である。Ｒは気体定数であり、Ｔは吸気弁直上流部内の温度であり、温度変化はないものとしている。
【００１４】
こうして、吸気流量増減分ΔＧｅは、吸気弁直上流部へ流入した吸気流量のうちで、吸気弁直上流部における圧力変化をもたらす分の吸気流量を示しており、すなわち、吸気弁直上流部における圧力が上昇すれば（Ｐ１＜Ｐ２）、吸気流量増減分ΔＧｅはマイナス値となり、また、吸気弁直上流部における圧力が下降すれば（Ｐ１＞Ｐ２）、吸気流量増減分ΔＧｅはプラス値となる。
【００１５】
ここで、圧力センサ７の応答遅れを補正するために、圧力Ｐ２は、時刻ｔ１での圧力センサ７の出力をその時定数によって補正して算出され、また、圧力Ｐ１は、時刻ｔ１直前での圧力センサ７の出力をその時定数によって補正して算出されることが好ましい。
【００１６】
こうして、時刻ｔ１における吸気弁直上流部へ流入する吸気流量と、時刻ｔ１における吸気弁直上流部での吸気流量増減分ΔＧｅとが算出されれば、これらを加算することにより、時刻ｔ１において気筒内へ流入する吸気流量Ｇｅを算出することができる。
【００１７】
機関定常時であれば、時刻ｔ１において気筒内へ流入する吸気流量と吸気弁の閉弁時期ｔ４に気筒内へ流入する吸気流量とはほぼ等しく、時刻ｔ１における吸気流量に基づき気筒内へ流入する吸気量を推定しても特に問題はない。しかしながら、機関過渡時には、図２に示すように、時刻ｔ１における吸気流量と、気筒内へ実際的に流入する吸気量に大きく影響する時刻ｔ４における吸気流量とは明らかに異なり、燃料噴射開始以前に算出した時刻ｔ１の吸気流量に基づき単に吸気量を推定しても、正確な吸気量を推定することができず、この吸気量によって燃料噴射量を決定しても所望空燃比を実現することができない。
【００１８】
本実施形態では、図３に示す第一フローチャートによって時刻ｔ１において算出された吸気流量を、実際の吸気量を推定するのに必要な時刻ｔ４の吸気流量に補正している。先ず、ステップ１０１においては、吸気量を推定するための特定時期、すなわち、時刻ｔ１であるか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、特定時期である時には、ステップ１０２において、前述同様に、エアフローメータ８の出力に基づき時刻ｔ１において吸気弁直上流部へ流入する吸気流量Ｇａｆｍが算出され、次いで、ステップ１０３において、前述同様に、圧力センサ７の出力に基づき時刻ｔ１における吸気弁直上流部での吸気流量増減分ΔＧｅが算出される。
【００１９】
ステップ１０４では、吸気流量Ｇａｆｍに吸気流量増減分ΔＧｅが加算されて時刻ｔ１において気筒内へ流入する吸気流量Ｇｅが算出される。次いで、ステップ１０５において、時刻ｔ１における吸気流量Ｇｅの変化割合ｄＧｅ／ｄｔに時刻ｔ１から時刻ｔ４までの時間Ｔｆが乗算されて、時刻ｔ４における吸気流量の変化量が算出され、この変化量を時刻ｔ１における吸気流量Ｇｅに加算して時刻ｔ４における吸気流量を推定している。
【００２０】
ここで、時刻ｔ１における変化割合ｄＧｅ／ｄｔは、時刻ｔ１直前の時刻ｔ１’においても同様に吸気流量Ｇｅ’を算出して、（Ｇｅ−Ｇｅ’）／（ｔ１−ｔ１’）により算出可能である。こうして、第一フローチャートでは、時刻ｔ１において算出された吸気流量Ｇｅの変化割合で、吸気流量が時刻ｔ１から時刻ｔ４まで変化するとして、時刻ｔ１の吸気流量を時刻ｔ４の吸気流量に補正している。
【００２１】
また、図４に示す第二フローチャートによって時刻ｔ１において算出された吸気流量を時刻ｔ４の吸気流量に補正しても良い。本フローチャートにおいて、ステップ２０１から２０４は、第一フローチャートのステップ１０１から１０４と同じであり、説明を省略する。ステップ２０５では、時刻ｔ１におけるアクセルペダルの踏込量Ａの変化割合ｄＡ／ｄｔに所定係数Ｋと時刻ｔ１から時刻ｔ４までの時間Ｔｆとが乗算されて、時刻ｔ４における吸気流量の変化量が算出され、この変化量を時刻ｔ１における吸気流量Ｇｅに加算して時刻ｔ４における吸気流量を推定している。
【００２２】
ここで、時刻ｔ１におけるアクセルペダルの踏込量Ａの変化割合ｄＡ／ｄｔは、時刻ｔ１におけるアクセルペダルの踏込量の実測値Ａと、時刻ｔ１直前の時刻ｔ１’において実測されたアクセルペダルの踏込量Ａ’に基づき、（Ａ−Ａ’）／（ｔ１−ｔ１’）により算出可能である。アクセルペダルを踏込むと、スロットル弁６の開度が変化して、吸気流量が確実に変化する。こうして、アクセルペダルは吸気量に影響する機構であり、アクセルペダルの踏込量Ａの変化割合ｄＡ／ｄｔ、すなわち、アクセルペダルの状態変化量に適当な所定係数Ｋを乗算すれば、単位時間当たりの吸気流量の変化量とすることができる。それにより、この変化量に時刻ｔ１からｔ４までの時間Ｔｆを乗算すれば、時刻ｔ１から時刻ｔ４までの変化量となり、これを時刻ｔ１における吸気流量Ｇｅに加算することにより、時刻ｔ１の吸気流量を時刻ｔ４の吸気流量に補正している。
【００２３】
もちろん、スロットル弁６自身も吸気量に影響する機構であり、アクセルペダルの状態変化量に代えてスロットル弁６の状態変化量に基づき吸気流量を補正しても良く、この場合には、スロットルセンサによって時刻ｔ１及び時刻ｔ１’において実測されたスロットル弁の開度に基づく時刻ｔ１におけるスロットル弁の開度の変化割合、すなわち、スロットル弁の状態変化量に所定係数を乗算して、単位時間当たりの吸気流量の変化量を算出すれば良い。もちろん、ここでの所定係数は、アクセルペダルの踏込量の変化割合における所定係数Ｋとは異なる値となる。
【００２４】
また、吸入量を制御するために、吸気弁の最大リフト量又は最大リフト量及び開弁期間を制御する場合があり、この場合においては、この吸入空気量制御のための可変動弁機構が、吸気量に影響する機構となり、時刻ｔ１及びｔ１’において実測された可変動弁機構の制御位置に基づく可変動弁機構の時刻ｔ１における制御位置変化量、すなわち、状態変化量に所定係数を乗算して、単位時間当たりの吸気流量の変化量を算出すれば良い。ここで、可変動弁機構の制御位置とは、吸気弁の最大リフト量に対応するものである。但し、この場合には、実際の吸気量を推定するのに必要な吸気流量は、吸気弁の最大リフト量によって支配されることとなり、時刻ｔ１の吸気流量を補正するための前述の乗算時間Ｔｆは、吸気弁閉弁時期までの時間ではなく、吸気弁の最大リフト時期、すなわち、吸気弁開弁時期と吸気弁閉弁時期の中間までの時間となる。また、所定係数は、吸気量に影響する機構をアクセルペダル又はスロットル弁とした前述の場合とは異なる値となる。吸気弁の開弁期間が制御される場合には、吸気弁閉弁時期が変化することとなり、これに合わせて、時刻ｔ１の吸気流量を補正するための前述した乗算時間Ｔｆが変化する。吸気量制御のために吸気弁の開弁期間だけを制御する場合には、時刻ｔ１における吸気流量と吸気弁閉弁時期ｔ４における吸気流量とは殆ど同じであり、特に、時刻ｔ１における吸気流量を補正する必要はない。
【００２５】
また、図５に示す第三フローチャートによって時刻ｔ１において算出された吸気流量を時刻ｔ４の吸気流量に補正しても良い。本フローチャートにおいて、ステップ３０１から３０４は、第一フローチャートのステップ１０１から１０４と同じであり、説明を省略する。ステップ３０５では、時刻ｔ１におけるスロットル弁６の開度ＴＨの変化割合ｄＴＨ／ｄｔに時刻ｔ１から時刻ｔ４までの時間Ｔｆが乗算されて、時刻ｔ４におけるスロットル弁６の開度ＴＨ２が算出される。時刻ｔ１におけるスロットル弁６の開度ＴＨの変化割合ｄＴＨ／ｄｔは、時刻ｔ１直前の時刻ｔ１’におけるスロットル弁６の開度ＴＨ’に基づき、（ＴＨ−ＴＨ’）／（ｔ１−ｔ１’）により算出可能である。
【００２６】
次いで、ステップ３０６では、機関回転数等を考慮してスロットル弁６の開度ＴＨ２に基づき時刻ｔ４において気筒内へ流入する吸気流量Ｇｅ２を推定する。また、ステップ３０７では、機関回転数等を考慮して時刻ｔ１でのスロットル弁６の開度ＴＨ１に基づき時刻ｔ１において気筒内へ流入する吸気流量Ｇｅ１を推定する。これらの推定吸気流量Ｇｅ２及びＧｅ１は、スロットル弁開度と機関回転数とに基づき予めマップ化しておいても良い。
【００２７】
ステップ３０８では、時刻ｔ１から時刻ｔ４へのスロットル弁６の開度に基づく吸気流量の変化量（Ｇｅ２−Ｇｅ１）を、時刻ｔ１における吸気流量Ｇｅに加算することにより、時刻ｔ１の吸気流量を時刻ｔ４の吸気流量に補正している。スロットル弁開度に基づく吸気流量自身は、それほど正確でなくても、二つのスロットル弁開度に基づく二つの吸気流量の間における差は、比較的正確なものである。それにより、エアフローメータ及び圧力センサの出力によって算出された比較的正確な時刻ｔ１における吸気流量Ｇｅを、この差に基づいて時刻ｔ４における吸気流量に補正すれば、比較的正確な補正が可能となる。
【００２８】
また、前述したように、吸気弁の最大リフト量によって吸気量が制御される場合には、機関過渡時において、吸気量算出時ｔ１において吸気行程を迎えている気筒における吸気弁の最大リフト量と計算対象の気筒における吸気弁の最大リフト量とが異なることとなる。この場合には、前述した第三フローチャートにおいて、時刻ｔ１における可変動弁機構の制御位置変化量に時刻ｔ１から吸気弁の最大リフト時期までの時間が乗算されて、実際の吸気量を推定するのに必要な時刻における可変動弁機構の制御位置を算出し、この可変動弁機構の制御位置に対応する吸気弁の最大リフト量に基づき機関回転数等を考慮して気筒内へ流入する吸気流量Ｇｅ２を推定し、また、機関回転数等を考慮して時刻ｔ１での可変動弁機構の制御位置に対応する吸気弁の最大リフト量に基づき時刻ｔ１において気筒内へ流入する吸気流量Ｇｅ１を推定すれば良い。これらの推定吸気流量Ｇｅ２及びＧｅ１は、可変動弁機構の制御位置又は吸気弁の最大リフト量と機関回転数とに基づき予めマップ化しておいても良い。
【００２９】
こうして、第三フローチャートと同様に、可変動弁機構の制御位置に対応する吸気弁の最大リフト量に基づく吸気流量の変化量（Ｇｅ２−Ｇｅ１）が、時刻ｔ１における吸気流量Ｇｅに加算されることにより、時刻ｔ１の吸気流量は実際の吸気量を推定するのに必要な吸気流量に補正される。また、吸気量の制御に吸気弁の最大リフト量に加えてスロットル弁の開度が制御される場合には、時刻ｔ１における可変動弁機構の制御位置に対応する吸気弁の最大リフト量及びスロットル弁の開度に基づき時刻ｔ１における吸気流量Ｇｅ１を推定し、吸気弁の最大リフト時期における可変動弁機構の制御位置に対応する吸気弁の最大リフト量及びスロットル弁の開度に基づき吸気弁の最大リフト時期における吸気流量Ｇｅ２を推定するようにすれば良い。ここで、各時期におけるスロットル弁の開度は、第三フローチャートで説明したと同様に推定可能である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明による内燃機関の吸気量推定装置は、エアフローメータの出力に基づき燃料噴射開始以前の特定時期における吸気弁直上流部へ流入する吸気流量を算出し、圧力センサの出力に基づき特定時期における吸気弁直上流部での吸気圧力変化に伴う吸気流量増減分を算出し、吸気流量に吸気流量増減分を加えて特定時期における気筒内流入吸気流量を算出する内燃機関の吸気量推定装置において、気筒内へ供給される吸気量を推定するために、気筒内流入吸気流量は、特定時期における気筒内流入吸気流量の変化量に基づき実際の吸気量を推定するのに必要な吸気流量に補正されるようになっている。それにより、気筒内へ実際的に流入する吸気量に大きく影響する吸気流量が特定時期において算出され、気筒内へ供給される吸気量を正確に推定することができる。
【００３１】
また、本発明によるもう一つの内の吸気量推定装置は、エアフローメータの出力に基づき燃料噴射開始以前の特定時期における吸気弁直上流部へ流入する吸気流量を算出し、圧力センサの出力に基づき特定時期における吸気弁直上流部での吸気圧力変化に伴う吸気流量増減分を算出し、吸気流量に吸気流量増減分を加えて特定時期における気筒内流入吸気流量を算出する内燃機関の吸気量推定装置において、内燃機関は吸気量に影響する機構を有し、気筒内へ供給される吸気量を推定するために、気筒内流入吸気流量は、特定時期における機構の状態変化量に基づき実際の吸気量を推定するのに必要な吸気流量に補正されるようになっている。それにより、気筒内へ実際的に流入する吸気量に大きく影響する吸気流量が特定時期において算出され、気筒内へ供給される吸気量を正確に推定することができる。
【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】機関過渡時における吸気流量の変化を示すタイムチャートである。
【図３】吸入流量を算出するための第一フローチャートである。
【図４】吸入流量を算出するための第二フローチャートである。
【図５】吸気流量を算出するための第三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…吸気管
４…吸気通路
６…スロットル弁
７…圧力センサ
８…エアフローメータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気量推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼空燃比を良好に制御するために、気筒内へ供給された吸気量を正確に推定することが必要である。従来においては、吸気量を、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、これらのセンサを単独で使用したのでは、正確な吸気量の把握は困難であるとして、これらセンサを組み合わせて使用することが提案されている。
【０００３】
例えば、圧力センサによって検出されるスロットル弁下流側の吸気管圧力の変化量に基づき吸気管内へ流入する吸気流量の増減分ΔＧｉｎを算出し、エアフローメータにより検出される吸気流量Ｇａｆｍにこの増減分ΔＧｉｎを加算して、現時点で気筒内へ供給されている吸気流量Ｇｅが算出されている。このような吸気量の算出方法において、エアフローメータ及び圧力センサにはそれぞれ応答遅れがあるために、それぞれの時定数によって吸気流量Ｇａｆｍ及び増減分ΔＧｉｎを算出時期における値に補正することも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−７０６３３号公報（段落番号００２２−００３２）
【特許文献２】
特開平７−１８９７８６号公報
【特許文献３】
特開平１０−２２７２４５号公報
【特許文献４】
特開平１０−２７４０７９号公報
【特許文献５】
特開平４−１２１４８号公報
【特許文献６】
特開平２−１０８８３４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
実際的に気筒内へ供給された吸気量は吸気弁閉弁時期の吸気流量に基づくものである。しかしながら、吸気流量の算出時期は、前述の従来技術を含めて、少なくとも燃料噴射開始時期より前としなければならず、吸気弁の閉弁時期よりかなり前とせざるを得ない。機関定常時であれば、算出された吸気流量と吸気弁閉弁時期の吸気流量とは、ほぼ一致するために、推定された吸気量は比較的正確なもとなる。しかしながら、機関過渡時においては、算出された吸気流量と吸気弁閉弁時期における吸気流量とが明らかに異なることがあり、この時には、実際の吸気量を正確に推定することはできない。
【０００６】
従って、本発明の目的は、気筒内へ供給された吸気量を正確に推定することができる内燃機関の吸気量推定装置を提供することである。
【０００７】
【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気量推定装置は、吸気系における吸気弁直上流部の吸気圧力を検出するための圧力センサと、前記吸気系における上流側から前記吸気弁直上流部へ流入する吸気流量を検出するエアフローメータとを具備し、前記エアフローメータの出力に基づき燃料噴射開始以前の特定時期における前記吸気弁直上流部へ流入する吸気流量を算出し、前記圧力センサの出力に基づき前記特定時期における前記吸気弁直上流部での吸気圧力変化に伴う吸気流量増減分を算出し、前記吸気流量に前記吸気流量増減分を加えて前記特定時期における気筒内流入吸気流量を算出する内燃機関の吸気量推定装置において、気筒内へ供給される吸気量を推定するために、前記気筒内流入吸気流量は、前記特定時期における前記気筒内流入吸気流量の変化量に基づき実際の吸気量を推定するのに必要な吸気流量に補正されることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の吸気量推定装置は、吸気系における吸気弁直上流部の吸気圧力を検出するための圧力センサと、前記吸気系における上流側から前記吸気弁直上流部へ流入する吸気流量を検出するエアフローメータとを具備し、前記エアフローメータの出力に基づき燃料噴射開始以前の特定時期における前記吸気弁直上流部へ流入する吸気流量を算出し、前記圧力センサの出力に基づき前記特定時期における前記吸気弁直上流部での吸気圧力変化に伴う吸気流量増減分を算出し、前記吸気流量に前記吸気流量増減分を加えて前記特定時期における気筒内流入吸気流量を算出する内燃機関の吸気量推定装置において、前記内燃機関は吸気量に影響する機構を有し、気筒内へ供給される吸気量を推定するために、前記気筒内流入吸気流量は、前記特定時期における前記機構の状態変化量に基づき実際の吸気量を推定するのに必要な吸気流量に補正されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の吸気量推定装置は、請求項２に記載の内燃機関の吸気量推定装置において、前記特定時期における前記機構の状態変化量に基づき実際の吸気量に影響する前記機構の状態を推定し、気筒内へ供給される吸気量を推定するために、前記気筒内流入吸気量は、実際の吸気量に影響する前記機構の状態に基づき推定される吸気流量と前記特定時期における前記機構の状態に基づき推定される前記特定時期に気筒内へ流入する吸気流量との差が加えられて、実際の吸気量を推定するのに必要な吸気流量に補正されることを特徴とする。
【００１０】
【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。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はサージタンク２内の吸気圧力を検出するための圧力センサであり、８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。
【００１１】
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気量を正確に推定することが必要とされる。図２は機関過渡時における気筒内へ流入する吸気流量Ｇｅを示すタイムチャートである。同図において、時刻ｔ３は吸気弁の開弁時期であり、時刻ｔ４は吸気弁の閉弁時期を示している。燃料噴射弁５は、吸気弁の開弁時期以前に燃料噴射を開始するものであり、時刻ｔ２が燃料噴射開始時期である。時刻ｔ２において燃料噴射を開始するためには、時刻ｔ２以前に燃料噴射量を決定しなければならない。そのためには、時刻ｔ１において気筒内へ流入する吸気量を推定して所望空燃比を実現するための燃料噴射量が決定されなければならない。
【００１２】
時刻ｔ１において吸気量を推定するためには、先ず、エアフローメータ８の出力に基づき、時刻ｔ１においてスロットル弁６の下流側、すなわち、吸気系の吸気弁直上流部へ流入する吸気流量Ｇａｆｍが算出される。ここで、エアフローメータ８の応答遅れを補正するために、時刻ｔ１におけるエアフローメータ８の出力をその時定数によって補正することが好ましい。
【００１３】
次いで、圧力センサ７の出力に基づき、時刻ｔ１において吸気弁直上流部内での吸気流量増減分ΔＧｅが次式により算出される。
ΔＧｅ＝（Ｐ１−Ｐ２）／ｔ＊Ｖ／ＲＴ
ここで、Ｐ１は時刻ｔ１直前のサージタンク２内の圧力であり、Ｐ２は時刻ｔ１のサージタンク２内の圧力であり、ｔはサージタンク２内の圧力がＰ１からＰ２へ変化するまでの時間であり、Ｖは吸気弁直上流部の容積、すなわち、サージタンク２と吸気管３との合計容積である。Ｒは気体定数であり、Ｔは吸気弁直上流部内の温度であり、温度変化はないものとしている。
【００１４】
こうして、吸気流量増減分ΔＧｅは、吸気弁直上流部へ流入した吸気流量のうちで、吸気弁直上流部における圧力変化をもたらす分の吸気流量を示しており、すなわち、吸気弁直上流部における圧力が上昇すれば（Ｐ１＜Ｐ２）、吸気流量増減分ΔＧｅはマイナス値となり、また、吸気弁直上流部における圧力が下降すれば（Ｐ１＞Ｐ２）、吸気流量増減分ΔＧｅはプラス値となる。
【００１５】
ここで、圧力センサ７の応答遅れを補正するために、圧力Ｐ２は、時刻ｔ１での圧力センサ７の出力をその時定数によって補正して算出され、また、圧力Ｐ１は、時刻ｔ１直前での圧力センサ７の出力をその時定数によって補正して算出されることが好ましい。
【００１６】
こうして、時刻ｔ１における吸気弁直上流部へ流入する吸気流量と、時刻ｔ１における吸気弁直上流部での吸気流量増減分ΔＧｅとが算出されれば、これらを加算することにより、時刻ｔ１において気筒内へ流入する吸気流量Ｇｅを算出することができる。
【００１７】
機関定常時であれば、時刻ｔ１において気筒内へ流入する吸気流量と吸気弁の閉弁時期ｔ４に気筒内へ流入する吸気流量とはほぼ等しく、時刻ｔ１における吸気流量に基づき気筒内へ流入する吸気量を推定しても特に問題はない。しかしながら、機関過渡時には、図２に示すように、時刻ｔ１における吸気流量と、気筒内へ実際的に流入する吸気量に大きく影響する時刻ｔ４における吸気流量とは明らかに異なり、燃料噴射開始以前に算出した時刻ｔ１の吸気流量に基づき単に吸気量を推定しても、正確な吸気量を推定することができず、この吸気量によって燃料噴射量を決定しても所望空燃比を実現することができない。
【００１８】
本実施形態では、図３に示す第一フローチャートによって時刻ｔ１において算出された吸気流量を、実際の吸気量を推定するのに必要な時刻ｔ４の吸気流量に補正している。先ず、ステップ１０１においては、吸気量を推定するための特定時期、すなわち、時刻ｔ１であるか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、特定時期である時には、ステップ１０２において、前述同様に、エアフローメータ８の出力に基づき時刻ｔ１において吸気弁直上流部へ流入する吸気流量Ｇａｆｍが算出され、次いで、ステップ１０３において、前述同様に、圧力センサ７の出力に基づき時刻ｔ１における吸気弁直上流部での吸気流量増減分ΔＧｅが算出される。
【００１９】
ステップ１０４では、吸気流量Ｇａｆｍに吸気流量増減分ΔＧｅが加算されて時刻ｔ１において気筒内へ流入する吸気流量Ｇｅが算出される。次いで、ステップ１０５において、時刻ｔ１における吸気流量Ｇｅの変化割合ｄＧｅ／ｄｔに時刻ｔ１から時刻ｔ４までの時間Ｔｆが乗算されて、時刻ｔ４における吸気流量の変化量が算出され、この変化量を時刻ｔ１における吸気流量Ｇｅに加算して時刻ｔ４における吸気流量を推定している。
【００２０】
ここで、時刻ｔ１における変化割合ｄＧｅ／ｄｔは、時刻ｔ１直前の時刻ｔ１’においても同様に吸気流量Ｇｅ’を算出して、（Ｇｅ−Ｇｅ’）／（ｔ１−ｔ１’）により算出可能である。こうして、第一フローチャートでは、時刻ｔ１において算出された吸気流量Ｇｅの変化割合で、吸気流量が時刻ｔ１から時刻ｔ４まで変化するとして、時刻ｔ１の吸気流量を時刻ｔ４の吸気流量に補正している。
【００２１】
また、図４に示す第二フローチャートによって時刻ｔ１において算出された吸気流量を時刻ｔ４の吸気流量に補正しても良い。本フローチャートにおいて、ステップ２０１から２０４は、第一フローチャートのステップ１０１から１０４と同じであり、説明を省略する。ステップ２０５では、時刻ｔ１におけるアクセルペダルの踏込量Ａの変化割合ｄＡ／ｄｔに所定係数Ｋと時刻ｔ１から時刻ｔ４までの時間Ｔｆとが乗算されて、時刻ｔ４における吸気流量の変化量が算出され、この変化量を時刻ｔ１における吸気流量Ｇｅに加算して時刻ｔ４における吸気流量を推定している。
【００２２】
ここで、時刻ｔ１におけるアクセルペダルの踏込量Ａの変化割合ｄＡ／ｄｔは、時刻ｔ１におけるアクセルペダルの踏込量の実測値Ａと、時刻ｔ１直前の時刻ｔ１’において実測されたアクセルペダルの踏込量Ａ’に基づき、（Ａ−Ａ’）／（ｔ１−ｔ１’）により算出可能である。アクセルペダルを踏込むと、スロットル弁６の開度が変化して、吸気流量が確実に変化する。こうして、アクセルペダルは吸気量に影響する機構であり、アクセルペダルの踏込量Ａの変化割合ｄＡ／ｄｔ、すなわち、アクセルペダルの状態変化量に適当な所定係数Ｋを乗算すれば、単位時間当たりの吸気流量の変化量とすることができる。それにより、この変化量に時刻ｔ１からｔ４までの時間Ｔｆを乗算すれば、時刻ｔ１から時刻ｔ４までの変化量となり、これを時刻ｔ１における吸気流量Ｇｅに加算することにより、時刻ｔ１の吸気流量を時刻ｔ４の吸気流量に補正している。
【００２３】
もちろん、スロットル弁６自身も吸気量に影響する機構であり、アクセルペダルの状態変化量に代えてスロットル弁６の状態変化量に基づき吸気流量を補正しても良く、この場合には、スロットルセンサによって時刻ｔ１及び時刻ｔ１’において実測されたスロットル弁の開度に基づく時刻ｔ１におけるスロットル弁の開度の変化割合、すなわち、スロットル弁の状態変化量に所定係数を乗算して、単位時間当たりの吸気流量の変化量を算出すれば良い。もちろん、ここでの所定係数は、アクセルペダルの踏込量の変化割合における所定係数Ｋとは異なる値となる。
【００２４】
また、吸入量を制御するために、吸気弁の最大リフト量又は最大リフト量及び開弁期間を制御する場合があり、この場合においては、この吸入空気量制御のための可変動弁機構が、吸気量に影響する機構となり、時刻ｔ１及びｔ１’において実測された可変動弁機構の制御位置に基づく可変動弁機構の時刻ｔ１における制御位置変化量、すなわち、状態変化量に所定係数を乗算して、単位時間当たりの吸気流量の変化量を算出すれば良い。ここで、可変動弁機構の制御位置とは、吸気弁の最大リフト量に対応するものである。但し、この場合には、実際の吸気量を推定するのに必要な吸気流量は、吸気弁の最大リフト量によって支配されることとなり、時刻ｔ１の吸気流量を補正するための前述の乗算時間Ｔｆは、吸気弁閉弁時期までの時間ではなく、吸気弁の最大リフト時期、すなわち、吸気弁開弁時期と吸気弁閉弁時期の中間までの時間となる。また、所定係数は、吸気量に影響する機構をアクセルペダル又はスロットル弁とした前述の場合とは異なる値となる。吸気弁の開弁期間が制御される場合には、吸気弁閉弁時期が変化することとなり、これに合わせて、時刻ｔ１の吸気流量を補正するための前述した乗算時間Ｔｆが変化する。吸気量制御のために吸気弁の開弁期間だけを制御する場合には、時刻ｔ１における吸気流量と吸気弁閉弁時期ｔ４における吸気流量とは殆ど同じであり、特に、時刻ｔ１における吸気流量を補正する必要はない。
【００２５】
また、図５に示す第三フローチャートによって時刻ｔ１において算出された吸気流量を時刻ｔ４の吸気流量に補正しても良い。本フローチャートにおいて、ステップ３０１から３０４は、第一フローチャートのステップ１０１から１０４と同じであり、説明を省略する。ステップ３０５では、時刻ｔ１におけるスロットル弁６の開度ＴＨの変化割合ｄＴＨ／ｄｔに時刻ｔ１から時刻ｔ４までの時間Ｔｆが乗算されて、時刻ｔ４におけるスロットル弁６の開度ＴＨ２が算出される。時刻ｔ１におけるスロットル弁６の開度ＴＨの変化割合ｄＴＨ／ｄｔは、時刻ｔ１直前の時刻ｔ１’におけるスロットル弁６の開度ＴＨ’に基づき、（ＴＨ−ＴＨ’）／（ｔ１−ｔ１’）により算出可能である。
【００２６】
次いで、ステップ３０６では、機関回転数等を考慮してスロットル弁６の開度ＴＨ２に基づき時刻ｔ４において気筒内へ流入する吸気流量Ｇｅ２を推定する。また、ステップ３０７では、機関回転数等を考慮して時刻ｔ１でのスロットル弁６の開度ＴＨ１に基づき時刻ｔ１において気筒内へ流入する吸気流量Ｇｅ１を推定する。これらの推定吸気流量Ｇｅ２及びＧｅ１は、スロットル弁開度と機関回転数とに基づき予めマップ化しておいても良い。
【００２７】
ステップ３０８では、時刻ｔ１から時刻ｔ４へのスロットル弁６の開度に基づく吸気流量の変化量（Ｇｅ２−Ｇｅ１）を、時刻ｔ１における吸気流量Ｇｅに加算することにより、時刻ｔ１の吸気流量を時刻ｔ４の吸気流量に補正している。スロットル弁開度に基づく吸気流量自身は、それほど正確でなくても、二つのスロットル弁開度に基づく二つの吸気流量の間における差は、比較的正確なものである。それにより、エアフローメータ及び圧力センサの出力によって算出された比較的正確な時刻ｔ１における吸気流量Ｇｅを、この差に基づいて時刻ｔ４における吸気流量に補正すれば、比較的正確な補正が可能となる。
【００２８】
また、前述したように、吸気弁の最大リフト量によって吸気量が制御される場合には、機関過渡時において、吸気量算出時ｔ１において吸気行程を迎えている気筒における吸気弁の最大リフト量と計算対象の気筒における吸気弁の最大リフト量とが異なることとなる。この場合には、前述した第三フローチャートにおいて、時刻ｔ１における可変動弁機構の制御位置変化量に時刻ｔ１から吸気弁の最大リフト時期までの時間が乗算されて、実際の吸気量を推定するのに必要な時刻における可変動弁機構の制御位置を算出し、この可変動弁機構の制御位置に対応する吸気弁の最大リフト量に基づき機関回転数等を考慮して気筒内へ流入する吸気流量Ｇｅ２を推定し、また、機関回転数等を考慮して時刻ｔ１での可変動弁機構の制御位置に対応する吸気弁の最大リフト量に基づき時刻ｔ１において気筒内へ流入する吸気流量Ｇｅ１を推定すれば良い。これらの推定吸気流量Ｇｅ２及びＧｅ１は、可変動弁機構の制御位置又は吸気弁の最大リフト量と機関回転数とに基づき予めマップ化しておいても良い。
【００２９】
こうして、第三フローチャートと同様に、可変動弁機構の制御位置に対応する吸気弁の最大リフト量に基づく吸気流量の変化量（Ｇｅ２−Ｇｅ１）が、時刻ｔ１における吸気流量Ｇｅに加算されることにより、時刻ｔ１の吸気流量は実際の吸気量を推定するのに必要な吸気流量に補正される。また、吸気量の制御に吸気弁の最大リフト量に加えてスロットル弁の開度が制御される場合には、時刻ｔ１における可変動弁機構の制御位置に対応する吸気弁の最大リフト量及びスロットル弁の開度に基づき時刻ｔ１における吸気流量Ｇｅ１を推定し、吸気弁の最大リフト時期における可変動弁機構の制御位置に対応する吸気弁の最大リフト量及びスロットル弁の開度に基づき吸気弁の最大リフト時期における吸気流量Ｇｅ２を推定するようにすれば良い。ここで、各時期におけるスロットル弁の開度は、第三フローチャートで説明したと同様に推定可能である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明による内燃機関の吸気量推定装置は、エアフローメータの出力に基づき燃料噴射開始以前の特定時期における吸気弁直上流部へ流入する吸気流量を算出し、圧力センサの出力に基づき特定時期における吸気弁直上流部での吸気圧力変化に伴う吸気流量増減分を算出し、吸気流量に吸気流量増減分を加えて特定時期における気筒内流入吸気流量を算出する内燃機関の吸気量推定装置において、気筒内へ供給される吸気量を推定するために、気筒内流入吸気流量は、特定時期における気筒内流入吸気流量の変化量に基づき実際の吸気量を推定するのに必要な吸気流量に補正されるようになっている。それにより、気筒内へ実際的に流入する吸気量に大きく影響する吸気流量が特定時期において算出され、気筒内へ供給される吸気量を正確に推定することができる。
【００３１】
また、本発明によるもう一つの内の吸気量推定装置は、エアフローメータの出力に基づき燃料噴射開始以前の特定時期における吸気弁直上流部へ流入する吸気流量を算出し、圧力センサの出力に基づき特定時期における吸気弁直上流部での吸気圧力変化に伴う吸気流量増減分を算出し、吸気流量に吸気流量増減分を加えて特定時期における気筒内流入吸気流量を算出する内燃機関の吸気量推定装置において、内燃機関は吸気量に影響する機構を有し、気筒内へ供給される吸気量を推定するために、気筒内流入吸気流量は、特定時期における機構の状態変化量に基づき実際の吸気量を推定するのに必要な吸気流量に補正されるようになっている。それにより、気筒内へ実際的に流入する吸気量に大きく影響する吸気流量が特定時期において算出され、気筒内へ供給される吸気量を正確に推定することができる。
【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】機関過渡時における吸気流量の変化を示すタイムチャートである。
【図３】吸入流量を算出するための第一フローチャートである。
【図４】吸入流量を算出するための第二フローチャートである。
【図５】吸気流量を算出するための第三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…吸気管
４…吸気通路
６…スロットル弁
７…圧力センサ
８…エアフローメータ
Claims (3)
- 吸気系における吸気弁直上流部の吸気圧力を検出するための圧力センサと、前記吸気系における上流側から前記吸気弁直上流部へ流入する吸気流量を検出するエアフローメータとを具備し、前記エアフローメータの出力に基づき燃料噴射開始以前の特定時期における前記吸気弁直上流部へ流入する吸気流量を算出し、前記圧力センサの出力に基づき前記特定時期における前記吸気弁直上流部での吸気圧力変化に伴う吸気流量増減分を算出し、前記吸気流量に前記吸気流量増減分を加えて前記特定時期における気筒内流入吸気流量を算出する内燃機関の吸気量推定装置において、気筒内へ供給される吸気量を推定するために、前記気筒内流入吸気流量は、前記特定時期における前記気筒内流入吸気流量の変化量に基づき実際の吸気量を推定するのに必要な吸気流量に補正されることを特徴とする内燃機関の吸気量推定装置。
- 吸気系における吸気弁直上流部の吸気圧力を検出するための圧力センサと、前記吸気系における上流側から前記吸気弁直上流部へ流入する吸気流量を検出するエアフローメータとを具備し、前記エアフローメータの出力に基づき燃料噴射開始以前の特定時期における前記吸気弁直上流部へ流入する吸気流量を算出し、前記圧力センサの出力に基づき前記特定時期における前記吸気弁直上流部での吸気圧力変化に伴う吸気流量増減分を算出し、前記吸気流量に前記吸気流量増減分を加えて前記特定時期における気筒内流入吸気流量を算出する内燃機関の吸気量推定装置において、前記内燃機関は吸気量に影響する機構を有し、気筒内へ供給される吸気量を推定するために、前記気筒内流入吸気流量は、前記特定時期における前記機構の状態変化量に基づき実際の吸気量を推定するのに必要な吸気流量に補正されることを特徴とする内燃機関の吸気量推定装置。
- 前記特定時期における前記機構の状態変化量に基づき実際の吸気量に影響する前記機構の状態を推定し、気筒内へ供給される吸気量を推定するために、前記気筒内流入吸気量は、実際の吸気量に影響する前記機構の状態に基づき推定される吸気流量と前記特定時期における前記機構の状態に基づき推定される前記特定時期に気筒内へ流入する吸気流量との差が加えられて、実際の吸気量を推定するのに必要な吸気流量に補正されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸気量推定装置。
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