JP2006057516A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）を備えた内燃機関において、ＳＣＶ動作過渡時の筒内充填空気量をより高い精度で求める内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】 ＳＣＶ２１を備えた内燃機関における筒内充填空気量を求める内燃機関の制御装置であって、上記ＳＣＶ２１の動作過渡時における筒内充填空気量を求める場合には、上記ＳＣＶ２１の動作に伴って吸気ポート７のＳＣＶ２１から吸気弁６ａまでの空間Ｓｐに既燃ガスが出入りすることによる筒内充填空気量への影響が考慮される内燃機関の制御装置が提供される。つまり、本制御装置において上記ＳＣＶ２１の動作過渡時における筒内充填空気量を求める場合には、上記ＳＣＶの動作について考慮しないで求めた筒内充填空気量が、上記空間Ｓｐを出入りする既燃ガスの量に相当する分の空気量を用いて補正される。
【選択図】 図１０

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の燃焼室において燃焼される混合気の空燃比を最適な値とするためには、吸気弁が閉じたときに筒内（燃焼室内）に充填されている空気の量（以下、「筒内充填空気量」と称す）を正確に推定する必要がある。そのため、従来より上記筒内充填空気量を求めるために種々の方法が試みられている。例えば、特許文献１には、内燃機関の吸気系に関してエネルギ保存則、質量保存側、状態方程式等を適用して流体モデルを構築し、それに基づいて筒内充填空気量を求める方法が開示されている。

他方、従来より、吸気ポートを二つに分岐し、その片方を開閉するようにバルブ（スワールコントロールバルブ：ＳＣＶ）を設けた内燃機関が公知である。このような内燃機関では、上記バルブを運転条件によって制御し、例えば必要に応じて筒内（すなわち燃焼室内）に気流を発生させて希薄燃焼を可能にする等して、燃費と出力性能の両立を図ることができる。

特開２００１−４１０９５号公報 特開２００２−１４７２７９号公報

ところで、上記スワールコントローバルブを備えた内燃機関においては、上記スワールコントローバルブの動作に関連して上記筒内充填空気量に変動が生じる場合がある。そして、その主たる原因は、上記スワールコントローバルブの動作に関連してスワールコントローバルブが設けられた吸気ポートのスワールコントローバルブから吸気弁に至るまでの空間に既燃ガスが出入りすることであると考えられる。

すなわち、スワールコントローバルブが開状態から閉状態にされる場合に吸気弁が開閉されると、上記スワールコントローバルブから吸気弁に至るまでの空間に筒内から既燃ガスが逆流してそこに留まることになるため、その分だけ多くの空気が筒内に吸入されることになる。その結果、この場合の筒内充填空気量は増加する傾向がある。

一方、スワールコントローバルブが閉状態から開状態にされる場合に吸気弁が開閉された時には、上記スワールコントローバルブから吸気弁に至るまでの空間に留まっていた既燃ガスが筒内に吸入されることになるので、その分だけ筒内に吸入される空気は少なくなる。その結果、この場合の筒内充填空気量は減少する傾向がある。

このようにスワールコントローバルブの動作は筒内充填空気量に影響を与えるため、この点を考慮しなければ、スワールコントローバルブの動作の筒内充填空気量への影響の残っている期間（スワールコントローバルブの動作過渡時）については、例えば上記流体モデルに基づいて求められる筒内充填空気量の精度が低下してしまう恐れがある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、スワールコントローバルブを備えた内燃機関において、上記スワールコントローバルブ動作過渡時における筒内充填空気量をより高い精度で求めることのできる内燃機関の制御装置を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された内燃機関の制御装置を提供する。

請求項１に記載の発明は、スワールコントロールバルブを備えた内燃機関における筒内充填空気量を求める内燃機関の制御装置であって、上記スワールコントロールバルブの動作過渡時における筒内充填空気量を求める場合には、上記スワールコントロールバルブの動作に伴って吸気ポートのスワールコントロールバルブから吸気弁までの空間に既燃ガスが出入りすることによる筒内充填空気量への影響が考慮される、内燃機関の制御装置を提供する。

請求項２に記載の発明では請求項１に記載の発明において、上記スワールコントロールバルブの動作過渡時における筒内充填空気量を求める場合には、上記スワールコントロールバルブの動作について考慮しないで求めた筒内充填空気量が、上記スワールコントロールバルブの動作に伴って上記空間を出入りする既燃ガスの量に相当する分の空気量を用いて補正される。

請求項３に記載の発明では請求項２に記載の発明において、上記スワールコントロールバルブの動作について考慮しないで求めた上記筒内充填空気量を上記空気量を加算することによって補正して上記スワールコントロールバルブの閉動作に伴うスワールコントロールバルブの動作過渡時の筒内充填空気量を求めることと、上記スワールコントロールバルブの動作について考慮しないで求めた上記筒内充填空気量を上記空気量を減算することによって補正して上記スワールコントロールバルブの開動作に伴うスワールコントロールバルブの動作過渡時の筒内充填空気量を求めることとのうちの少なくとも一方が行なわれる。

請求項４に記載の発明では請求項２または３に記載の発明において、補正に用いられる上記空気量が、該空気量をＭｓｃｖとし、吸気弁閉弁時の吸気管内圧力をＰｍｃ、吸気弁閉弁時の吸気管内温度をＴｍｃ、上記空間の容積をＶｓｃｖ、気体定数をＲとすると、下記（１）式に基づいて求められる。

以上のように、本願の発明によれば、上記スワールコントロールバルブの動作過渡時における筒内充填空気量が、上記スワールコントロールバルブの動作に伴って既燃ガスが吸気ポートのスワールコントロールバルブから吸気弁までの空間に吸入されるまたは同空間から排出されるということを考慮して求められる。この結果、上記スワールコントロールバルブの動作過渡時における筒内充填空気量をより高い精度で求めることが可能となる。

なお、スワールコントロールバルブの動作過渡時とは、スワールコントロールバルブの動作の筒内充填空気量への影響の残っている期間を意味する。

各請求項に記載の発明は、スワールコントロールバルブ動作過渡時の筒内充填空気量をより高い精度で求めることを可能にするという共通の効果を奏する。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、同一または類似の構成要素には共通の参照番号を付す。

図１は本発明の内燃機関の制御装置を筒内噴射型火花点火式内燃機関に適用した場合の一例を示す概略構成図である。また、図２は図１に示した内燃機関の機関本体部分を断面で示した説明図である。なお、これらの図では理解を容易にするために１気筒分のみが示されている。

機関本体１はシリンダブロック２と、シリンダブロック２内で往復動するピストン３と、シリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド４とを具備する。ピストン３とシリンダヘッド４との間には燃焼室５が形成される。また、シリンダヘッド４には各気筒毎に二つに分岐した吸気ポート７（７ａ及び７ｂ）及び排気ポート９（９ａ及び９ｂ）と、各吸気ポート７ａ、７ｂ及び各排気ポート９ａ、９ｂに夫々対応する吸気弁６ａ、６ｂ及び排気弁８ａ、８ｂとが配置される。分岐した吸気ポートの一方（吸気ポート７ａ）には、駆動装置２２によって駆動されるスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）２１が配置される。さらに、シリンダヘッド４の中央部には点火プラグ１０が配置され、シリンダヘッド４周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。

各気筒の吸気ポート７は下流側の吸気管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は上流側の吸気管１５を介してエアクリーナ１６に連結される。上記吸気管１５内にはステップモータ等の駆動装置１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。一方、各気筒の排気ポート９は排気管１９に連結され、この排気管１９は排気浄化装置２０に連結される。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６及び出力ポート３７を具備する。上記吸気管１３には、吸気管内の圧力を検出するための吸気管内圧力センサ４０が設けられており、吸気管内圧力センサ４０は吸気管内圧力に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧が対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。

また、スロットル弁１８の開度を検出するためのスロットル弁開度センサ４３と、内燃機関の周囲の大気の圧力、または吸気管１５に吸入される空気の圧力（吸気圧）を検出するための大気圧センサ４４と、内燃機関の周囲の大気の温度、または吸気管１５に吸入される空気の温度（吸気温）を検出するための大気温センサ４５とが設けられ、これらセンサの出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。また、アクセルペダル４６にはアクセルペダル４６の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４７が接続され、負荷センサ４７の出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４８は例えばクランクシャフトが３０度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３５ではこのクランク角センサ４８の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路３９を介して点火プラグ１０、燃料噴射弁１１、スロットル弁１８駆動用の駆動装置１７及びＳＣＶ駆動用の駆動装置２２等に接続される。

ところで、近年、内燃機関の吸気系に関してエネルギ保存則、質量保存側、状態方程式等を適用して流体モデルを構築し、それに基づいて筒内充填空気量等を求めて内燃機関の制御を行うことが検討されている。すなわち例えば、内燃機関の吸気系について、スロットルモデル、吸気管モデル、吸気弁モデル等を構築し、これら各モデルを用いることによりスロットル弁開度、大気圧、及び大気温度等から筒内充填空気量等を求めて、これに基づいて内燃機関の制御を行うようにする。

そして本実施形態においても、図１及び図２に示したような構成においてモデルを用いた内燃機関の制御が行われる。すなわち、本実施形態においては、通常時、以下で説明するような吸入空気量モデルＭ２０を用いた制御が行われる。図３は、吸入空気量モデルＭ２０を示す図である。

吸入空気量モデルＭ２０は、図３に示したようにスロットルモデルＭ２１、吸気管モデルＭ２２、吸気弁モデルＭ２３を備える。スロットルモデルＭ２１には、スロットル弁開度センサによって検出されたスロットル弁の開度（以下、「スロットル弁開度」と称す）θｔと、大気圧センサによって検出された内燃機関周囲の大気圧Ｐａと、大気温センサによって検出された内燃機関周囲の大気温度Ｔａと、後述する吸気管モデルＭ２２において算出されたスロットル弁より下流側の吸気管内の圧力（吸気管内圧力）Ｐｍとが入力され、これら入力された各パラメータの値を後述するスロットルモデルＭ２１のモデル式に代入することで、単位時間当たりにスロットル弁を通過する空気の流量（以下、「スロットル弁通過空気流量ｍｔ」と称す）が算出される。スロットルモデルＭ２１において算出されたスロットル弁通過空気流量ｍｔは、吸気管モデルＭ２２へ入力される。

吸気管モデルＭ２２には、スロットルモデルＭ２１において算出されたスロットル弁通過空気流量ｍｔと、以下で詳述する単位時間当たりに燃焼室内に流入する空気の流量（以下、「筒内吸入空気流量ｍｃ」と称す。なお、筒内吸入空気流量ｍｃの定義については、吸気弁モデルＭ２３において詳述する）とが入力され、これら入力された各パラメータの値を後述する吸気管モデルＭ２２のモデル式に代入することで、上記吸気管内圧力Ｐｍとスロットル弁より下流側の吸気管内の温度（吸気管内温度）Ｔｍとが算出される。吸気管モデルＭ２２において算出された吸気管内圧力Ｐｍは吸気弁モデルＭ２３及びスロットルモデルＭ２１に入力される。

吸気弁モデルＭ２３には、吸気管モデルＭ２２において算出された吸気管内圧力Ｐｍが入力され、その値を後述する吸気弁モデルＭ２３のモデル式に代入することで、筒内吸入空気流量ｍｃが算出される。算出された筒内吸入空気流量ｍｃは、筒内充填空気量Ｍｃに変換され、この筒内充填空気量Ｍｃに基づいて燃料噴射弁からの燃料噴射量が決定される。また、吸気弁モデルＭ２３において算出された筒内吸入空気流量ｍｃは吸気管モデルＭ２２に入力される。

図３から分かるように、吸入空気量モデルＭ２０ではあるモデルにおいて算出されたパラメータの値が別のモデルへの入力値として利用されるので、吸入空気量モデルＭ２０全体では、実際に入力される値はスロットル弁開度θｔ、大気圧Ｐａ、及び大気温度Ｔａの三つのパラメータのみであり、これら三つのパラメータから筒内充填空気量Ｍｃが算出される。

次に、吸入空気量モデルＭ２０の各モデルＭ２１〜Ｍ２３について説明する。

スロットルモデルＭ２１では、大気圧Ｐａ（ｋＰａ）、大気温度Ｔａ（Ｋ）、吸気管内圧力Ｐｍ（ｋＰａ）、スロットル弁開度θｔから、下記式（２）に基づいてスロットル弁通過空気流量ｍｔ（ｇ／ｓ）が算出される。ここで、式（２）におけるμはスロットル弁における流量係数で、スロットル弁開度θｔの関数であり、図４に示したようなマップから定まる。また、Ａｔ（ｍ²）はスロットル弁の開口断面積（以下、「スロットル開口面積」と称す）を示し、スロットル弁開度θｔの関数である。なお、これら流量係数μ及びスロットル開口面積Ａｔをまとめたμ・Ａｔをスロットル弁開度θｔから一つのマップで求めるようにしてもよい。また、Ｒは気体定数である。

Φ（Ｐｍ／Ｐａ）は下記式（３）に示した関数であり、この式（３）におけるκは比熱比（κ＝Ｃｐ（等圧比熱）／Ｃｖ（等容比熱）であり、一定値とする）である。この関数Φ（Ｐｍ／Ｐａ）は図５に示したようなグラフに表すことができるので、このようなグラフをマップとしてＥＣＵのＲＯＭに保存し、実際には式（３）を用いて計算するのではなくマップからΦ（Ｐｍ／Ｐａ）の値を求めるようにしてもよい。

これらスロットルモデルＭ２１の式（２）及び式（３）は、スロットル弁１８上流の気体の圧力を大気圧Ｐａ、スロットル弁１８上流の気体の温度を大気温度Ｔａ、スロットル弁１８を通過する気体の圧力を吸気管内圧力Ｐｍとして、図６に示したようなスロットル弁１８のモデルに対して、質量保存則、エネルギ保存則及び運動量保存則を適用し、さらに気体の状態方程式、比熱比の定義式、及びマイヤーの関係式を利用することによって得られる。

吸気管モデルＭ２２では、スロットル弁通過空気流量ｍｔ（ｇ／ｓ）、筒内吸入空気流量ｍｃ（ｇ／ｓ）、及び大気温度Ｔａ（Ｋ）から、下記式（４）及び式（５）に基づいて吸気管内圧力Ｐｍ（ｋＰａ）及び吸気管内温度Ｔｍ（Ｋ）が算出される。なお、式（４）及び式（５）におけるＶｍ（ｍ³）はスロットル弁から吸気弁までの吸気管等の部分（以下、「吸気管部分」と称す）１３´の容積に等しい定数である。

ここで、吸気管モデルＭ２２について図７を参照して説明する。吸気管部分１３´の総気体量をＭとすると、総気体量Ｍの時間的変化は、吸気管部分１３´に流入する気体の流量、すなわちスロットル弁通過空気流量ｍｔと、吸気管部分１３´から流出する気体の流量、すなわち筒内吸入空気流量ｍｃとの差に等しいため、質量保存則により下記式（６）が得られ、この式（６）及び気体の状態方程式（Ｐｍ・Ｖｍ＝Ｍ・Ｒ・Ｔｍ）より、式（４）が得られる。

また、吸気管部分１３´の気体のエネルギＭ・Ｃｖ・Ｔｍの時間的変化量は、吸気管部分１３´に流入する気体のエネルギと吸気管部分１３´から流出する気体のエネルギとの差に等しい。このため、吸気管部分１３´に流入する気体の温度を大気温度Ｔａ、吸気管部分１３´から流出する気体の温度を吸気管内温度Ｔｍとすると、エネルギ保存則により下記式（７）が得られ、この式（７）及び上記気体の状態方程式より、式（５）が得られる。

吸気弁モデルＭ２３では、吸気管内圧力Ｐｍから、下記式（８）に基づいて、筒内吸入空気流量ｍｃが算出される。なお、式（８）におけるａ、ｂは、少なくとも機関回転数ＮＥに基づいて定められる適合パラメータであり、予めマップを作成しておき、必要に応じてマップを検索して求めるようにする。

上述した吸気弁モデルＭ２３について図８を参照して説明する。一般に、吸気弁６ａ、６ｂが閉じた時に燃焼室５内に充填されている空気の量である筒内充填空気量Ｍｃは、吸気弁６ａ、６ｂが閉弁する時（吸気弁閉弁時）に確定し、吸気弁閉弁時の燃焼室５内の圧力に比例する。また、吸気弁閉弁時の燃焼室５内の圧力は吸気弁上流の気体の圧力、すなわち吸気管内圧力Ｐｍと等しいとみなすことができる。したがって、筒内充填空気量Ｍｃは、吸気管内圧力Ｐｍに比例すると近似することができる。

ここで、単位時間当たりに吸気管部分１３´から流出する全空気の量を平均化したもの、または単位時間当たりに吸気管部分１３´から全ての燃焼室５に吸入される空気の量を一つの気筒の吸気行程に亘って平均化したものを筒内吸入空気流量ｍｃ（以下で詳述する）とすると、筒内充填空気量Ｍｃが吸気管内圧力Ｐｍに比例することから、筒内吸入空気流量ｍｃも吸気管内圧力Ｐｍに比例すると考えられる。このことから、理論及び経験則に基づいて、上記式（８）が得られる。なお、式（８）における適合パラメータａは比例係数であり、適合パラメータｂは排気弁閉弁時において燃焼室５内に残存している既燃ガス量に関連する値である。

次に、筒内吸入空気流量ｍｃについて、図９を参照して内燃機関が４気筒である場合について説明する。なお、図９は横軸がクランクシャフトの回転角度、縦軸が単位時間当たりに吸気管部分１３´から燃焼室５に実際に流入する空気の量である。図９に示したように、４気筒の内燃機関では、吸気弁６ａ、６ｂが例えば１番気筒、３番気筒、４番気筒、２番気筒の順に開弁し、各気筒に対応する吸気弁６ａ、６ｂの開弁量に応じて吸気管部分１３´から各気筒の燃焼室５内へ空気が流入する。吸気管部分１３´から各気筒の燃焼室５内に流入する空気の流量の変位は図９に破線で示した通りであり、これらを総合した吸気管部分１３´から全気筒の燃焼室５に流入する空気の流量は図９に実線で示した通りである。また、例えば１番気筒への筒内充填空気量Ｍｃは図９に斜線で示した部分に相当する。

これに対して、実線で示した吸気管部分１３´から全ての気筒の燃焼室５に流入する空気の量を平均化したものが筒内吸入空気流量ｍｃであり、図中に一点鎖線で示されている。そして、この一点鎖線で示した筒内吸入空気流量ｍｃに、４気筒の場合にはクランクシャフトが１８０°（すなわち、４ストローク式内燃機関において１サイクル中にクランクシャフトが回転する角度７２０°を気筒数で割った角度）回転するのにかかる時間ΔＴ_180°を乗算したものが筒内充填空気量Ｍｃとなる。したがって、吸気弁モデルＭ２３で算出された筒内吸入空気流量ｍｃにΔＴ_180°を乗算することで、筒内充填空気量Ｍｃを算出することができる（Ｍｃ＝ｍｃ・ΔＴ_180°）。

次に、上記吸入空気量モデルＭ２０を用いて、実際に筒内充填空気量Ｍｃを算出する場合について説明する。筒内充填空気量Ｍｃは吸入空気量モデルＭ２０を用いて、上記式（２）、式（４）、式（５）、及び式（８）を解くことにより表される。この場合、ＥＣＵで処理するために、これらの式を離散化する必要がある。時刻ｔ、計算間隔（離散時間）Δｔを用いて式（２）、式（４）、式（５）、及び式（８）を離散化すると、それぞれ下記式（９）、式（１０）、式（１１）、及び式（１２）が得られる。なお、吸気管内温度Ｔｍ（ｔ＋Δｔ）は、式（１０）及び式（１１）によってそれぞれ算出されたＰｍ／Ｔｍ（ｔ＋Δｔ）及びＰｍ（ｔ＋Δｔ）から、式（１３）によって算出される。

このようにして実装された吸入空気量モデルＭ２０では、スロットルモデルＭ２１の式（９）で算出された時刻ｔにおけるスロットル弁通過空気流量ｍｔ（ｔ）と、吸気弁モデルＭ２３の式（１２）で算出された時刻ｔにおける筒内吸入空気流量ｍｃ（ｔ）とが、吸気管モデルＭ２２の式（１０）及び式（１１）に代入され、これにより時刻ｔ＋Δｔにおける吸気管内圧力Ｐｍ（ｔ＋Δｔ）及び吸気管内温度Ｔｍ（ｔ＋Δｔ）が算出される。次いで、算出されたＰｍ（ｔ＋Δｔ）は、スロットルモデルＭ２１及び吸気弁モデルＭ２３の式（９）及び式（１２）に代入され、これにより時刻ｔ＋Δｔにおけるスロットル弁通過空気流量ｍｔ（ｔ＋Δｔ）及び筒内吸入空気流量ｍｃ（ｔ＋Δｔ）が算出される。そして、このような計算を繰り返すことによって、スロットル弁開度θｔ、大気圧Ｐａ、及び大気温度Ｔａから、任意の時刻ｔにおける筒内吸入空気流量ｍｃが算出され、算出された筒内吸入空気流量ｍｃに上記時間ΔＴ_180°を乗算することで、任意の時刻ｔにおける筒内充填空気量Ｍｃが求められる。

なお、内燃機関の始動時には、すなわち時刻ｔ＝０においては、吸気管内圧力Ｐｍは大気圧と等しい（Ｐｍ（０）＝Ｐａ）とされ、吸気管内温度Ｔｍは大気温度と等しい（Ｔｍ（０）＝Ｔａ）とされて、各モデルＭ２１〜Ｍ２３における計算が開始される。

また、上記吸入空気量モデルＭ２０では、大気温度Ｔａ及び大気圧Ｐａが一定であるとしているが、時刻によって変化する値としてもよく、例えば、大気温度を検出するための大気温センサによって時刻ｔにおいて検出された値を大気温度Ｔａ（ｔ）、大気圧を検出するための大気圧センサによって時刻ｔにおいて検出された値を大気圧Ｐａ（ｔ）として上記式（９）及び式（１１）に代入するようにしてもよい。

ところで、本実施形態においては、上述したように内燃機関がＳＣＶ２１を備えている。ＳＣＶ２１は、運転条件によってこれを制御し、例えば必要に応じて筒内（すなわち燃焼室内）に気流を発生させて希薄燃焼を可能にする等して、燃費と出力性能の両立を図ろうとするものであるが、このようなＳＣＶを備えた内燃機関においては、ＳＣＶの動作に関連して実際の筒内充填空気量に変動が生じる場合がある。

そして、その主たる原因は、上記ＳＣＶ２１の動作に関連して吸気ポート７ａのＳＣＶ２１から吸気弁６ａに至るまでの空間（ＳＣＶ下流側空間）Ｓｐに既燃ガスが出入りすることであると考えられる。以下、図１０及び図１１を参照してこのことについて説明する。

図１０は、ＳＣＶ２１が開状態から閉状態にされる時に吸気弁６ａ、６ｂが開閉された場合について示した図である。この場合、ＳＣＶ下流側空間Ｓｐに筒内から既燃ガスが逆流してそこに留まることになるため、その分だけ多くの空気が筒内（すなわち燃焼室５内）に吸入されることになる。つまり、この場合には、上記ＳＣＶ下流側空間Ｓｐに吸入されそこに留まる既燃ガスの量に相当する分の空気量だけ筒内充填空気量が増加することになる。

一方、図１１は、ＳＣＶ２１が閉状態から開状態にされる時に吸気弁６ａ、６ｂが開閉された場合について示した図である。この場合、上記ＳＣＶ下流側空間Ｓｐに留まっていた既燃ガスが筒内（すなわち燃焼室５内）に吸入されることになるので、その分だけ筒内に吸入される空気は少なくなる。つまり、この場合には、上記ＳＣＶ下流側空間Ｓｐに留まっていた既燃ガスの量に相当する分の空気量だけ筒内充填空気量が減少することになる。

このようにＳＣＶ２１の動作は、筒内充填空気量に影響を与えるので、この点を考慮せずに、上記吸入空気量モデルＭ２０に基づいて求めた筒内充填空気量は精度の低いものとなってしまう。そこで本実施形態の内燃機関の制御装置では、ＳＣＶ２１の動作の筒内充填空気量への影響の残る期間（ＳＣＶ動作過渡時）については、以下で説明するような方法で上記吸入空気量モデルＭ２０に基づいて求めた筒内充填空気量Ｍｃを補正し、ＳＣＶ動作過渡時について求められる筒内充填空気量の精度を向上するようにしている。

すなわち、本実施形態の内燃機関の制御装置では、ＳＣＶ動作過渡時における筒内充填空気量を求める場合、上記吸入空気量モデルＭ２０に基づいて求められた筒内充填空気量Ｍｃが、上記ＳＣＶ２１の動作に伴って上記ＳＣＶ下流側空間Ｓｐを出入りする既燃ガスの量に相当する分の空気量を用いて補正されるようになっている。

より詳細には、本実施形態の内燃機関の制御装置では、ＳＣＶ２１の閉動作に伴うＳＣＶ動作過渡時については、ＳＣＶ２１の動作について考慮しないで上記吸入空気量モデルＭ２０に基づいて求めた筒内充填空気量Ｍｃが、ＳＣＶ２１の閉動作に対応して上記ＳＣＶ下流側空間Ｓｐに吸入されそこに留まる既燃ガスの量に相当する分の空気量Ｍｓｃｖ１を加算することによって補正され、上記ＳＣＶ２１の閉動作に伴うＳＣＶ動作過渡時における筒内充填空気量Ｍｃｐ１が求められるようになっている（Ｍｃｐ１＝Ｍｃ＋Ｍｓｃｖ１）。

また、本実施形態の内燃機関の制御装置では、ＳＣＶ２１の開動作に伴うＳＣＶ動作過渡時については、ＳＣＶ２１の動作について考慮しないで上記吸入空気量モデルＭ２０に基づいて求めた筒内充填空気量Ｍｃが、ＳＣＶ２１の開動作に対応して上記ＳＣＶ下流側空間Ｓｐから筒内へ排出される既燃ガスの量に相当する分の空気量Ｍｓｃｖ２を減算することによって補正され、上記ＳＣＶ２１の開動作に伴うＳＣＶ動作過渡時における筒内充填空気量Ｍｃｐ２が求められるようになっている（Ｍｃｐ２＝Ｍｃ−Ｍｓｃｖ２）。

なお、図１０及び図１１を参照して行なった説明からも明らかなように、ＳＣＶ２１の開動作に対応して上記ＳＣＶ下流側空間Ｓｐから筒内へ排出される既燃ガスの量は、先にＳＣＶ２１の閉動作に対応して上記ＳＣＶ下流側空間Ｓｐに吸入されそこに留まることとなった既燃ガスの量と同じであるので、これら既燃ガスの量に相当する分の空気量Ｍｓｃｖ１及びＭｓｃｖ２も同じ値となる。そして、この空気量Ｍｓｃｖ（＝Ｍｓｃｖ１＝Ｍｓｃｖ２）は、状態方程式に基づいて下記式（１４）のように表すことができる。

ここで、Ｐｍｃは吸気弁閉弁時の吸気管内圧力、Ｖｓｃｖは上記ＳＣＶ下流側空間Ｓｐの容積、Ｔｍｃは吸気弁閉弁時の吸気管内温度、Ｒは気体定数である。

つまり、本実施形態の内燃機関の制御装置においてＳＣＶ動作過渡時における筒内充填空気量を求める場合には、上記吸入空気量モデルＭ２０に基づいて求めた筒内充填空気量Ｍｃが、上記式（１４）に基づいて求めた空気量Ｍｓｃｖを用いて補正されるようになっている。そしてこのようにすることで、本実施形態の内燃機関の制御装置によれば、ＳＣＶ動作過渡時における筒内充填空気量をより高い精度で求めることができる。

なお、上記ＳＣＶ動作過渡時は、ＳＣＶ２１の動作開始後もしくは動作完了後の時間や吸気回数等を基準にして実験等によって予め定められ、例えば、ＳＣＶ２１の動作開始後の吸気回数が３回まで等とされる。

また、上述の実施形態においては、ＳＣＶ２１の閉動作に伴うＳＣＶ動作過渡時とＳＣＶ２１の開動作に伴うＳＣＶ動作過渡時との両方について、上記吸入空気量モデルＭ２０に基づいて求めた筒内充填空気量Ｍｃの補正を行うようにされていたが、他の実施形態においては、ＳＣＶ２１の閉動作に伴うＳＣＶ動作過渡時とＳＣＶ２１の開動作に伴うＳＣＶ動作過渡時とのうちの何れか一方についてのみ上述したような補正を行うようにしてもよい。

図１は、本発明の内燃機関の制御装置を筒内噴射型火花点火式内燃機関に適用した場合の一例を示す概略構成図である。 図２は図１に示した内燃機関の機関本体部分を断面で示した説明図である。 図３は、吸入空気量モデルを示す図である。 図４は、スロットル弁開度と流量係数との関係を示す図である。 図５は、関数Φ（Ｐｍ／Ｐａ）を示す図である。 図６は、スロットルモデルの基本概念を示す図である。 図７は、吸気管モデルの基本概念を示す図である。 図８は、吸気弁モデルの基本概念を示す図である。 図９は、筒内充填空気量及び筒内吸入空気流量の定義に関する図である。 図１０は、スワールコントロールバルブが開状態から閉状態にされる時に吸気弁が開閉された場合について説明するための図である。 図１１は、スワールコントロールバルブが閉状態から開状態にされる時に吸気弁が開閉された場合について説明するための図である。

符号の説明

１ 機関本体
５ 燃焼室
６ａ、６ｂ 吸気弁
７、７ａ、７ｂ 吸気ポート
８ａ、８ｂ 排気弁
９、９ａ、９ｂ 排気ポート
１１ 燃料噴射弁
１８ スロットル弁
２１ スワールコントロールバルブ

Claims (4)

1. スワールコントロールバルブを備えた内燃機関における筒内充填空気量を求める内燃機関の制御装置であって、
   上記スワールコントロールバルブの動作過渡時における筒内充填空気量を求める場合には、上記スワールコントロールバルブの動作に伴って吸気ポートのスワールコントロールバルブから吸気弁までの空間に既燃ガスが出入りすることによる筒内充填空気量への影響が考慮される、内燃機関の制御装置。
2. 上記スワールコントロールバルブの動作過渡時における筒内充填空気量を求める場合には、上記スワールコントロールバルブの動作について考慮しないで求めた筒内充填空気量が、上記スワールコントロールバルブの動作に伴って上記空間を出入りする既燃ガスの量に相当する分の空気量を用いて補正される、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 上記スワールコントロールバルブの動作について考慮しないで求めた上記筒内充填空気量を上記空気量を加算することによって補正して上記スワールコントロールバルブの閉動作に伴うスワールコントロールバルブの動作過渡時の筒内充填空気量を求めることと、
   上記スワールコントロールバルブの動作について考慮しないで求めた上記筒内充填空気量を上記空気量を減算することによって補正して上記スワールコントロールバルブの開動作に伴うスワールコントロールバルブの動作過渡時の筒内充填空気量を求めることとのうちの少なくとも一方が行なわれる、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 補正に用いられる上記空気量が、該空気量をＭｓｃｖとし、吸気弁閉弁時の吸気管内圧力をＰｍｃ、吸気弁閉弁時の吸気管内温度をＴｍｃ、上記空間の容積をＶｓｃｖ、気体定数をＲとすると、下記（１）式に基づいて求められる、請求項２または３に記載の内燃機関の制御装置。
   

   

Images