JP2008019717A - 内燃機関の空気量推定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 内燃機関の気筒に流入する筒内空気量をより正確に推定することが可能な筒内空気量推定装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関の気筒に流入する筒内空気量を推定するECU1であって、内燃機関50の運転条件と、内燃機関50の燃焼室51に連通する吸気ポート13に配設された流速センサ2からの出力信号に基づき検出した1気筒及び1吸気行程あたりの流速の積分値と、内燃機関50運転条件と流速の積分値と筒内空気量との関係を示す空気量推定マップとに基づいて、筒内空気量を推定する筒内空気量推定手段を備える。これにより、吸気の圧縮性や吸気ポート13の形状などにより気筒空気量がばらつく場合でも、或いは過渡時であってもそのときの吸気流速を検出できることから、より正確に筒内空気量を推定することができる。
【選択図】 図1
【解決手段】 内燃機関の気筒に流入する筒内空気量を推定するECU1であって、内燃機関50の運転条件と、内燃機関50の燃焼室51に連通する吸気ポート13に配設された流速センサ2からの出力信号に基づき検出した1気筒及び1吸気行程あたりの流速の積分値と、内燃機関50運転条件と流速の積分値と筒内空気量との関係を示す空気量推定マップとに基づいて、筒内空気量を推定する筒内空気量推定手段を備える。これにより、吸気の圧縮性や吸気ポート13の形状などにより気筒空気量がばらつく場合でも、或いは過渡時であってもそのときの吸気流速を検出できることから、より正確に筒内空気量を推定することができる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、内燃機関の空気量推定装置に関し、特に内燃機関の気筒に流入する筒内空気量を推定する内燃機関の空気量推定装置に関する。
内燃機関の気筒に流入する筒内空気量を推定する技術として、例えば特許文献1では気筒空気量計算手段を備えた内燃機関の流入空気量検出装置(以下、単に流入空気量検出装置と称す)が提案されている。この気筒空気量計算手段は代表吸気管圧力と内燃機関の回転数とから気筒に流入する空気質量流量を計算する。また、代表吸気管圧力は質量流量計で計測した吸気管の絞り弁(スロットル弁)を通過する空気流量の質量流量等に基づき、サージタンク内の圧力として推定される。
しかしながら気筒空気量は、実際には吸気の圧縮性やサージタンクよりも下流にあるインテークマニホールドや吸気ポートの形状などにより、サージタンクから気筒に流入する間にばらつく虞がある。特に過渡時においては、これらの要因に加えてさらに質量流量計の検出応答性が低いことに起因して、上記提案技術では気筒空気量推定精度が悪化する虞があると考えられる。これに対して例えば吸気ポートに質量流量計を配設することも考えられるが、この場合には過渡時の検出応答性に問題があるほか、質量流量計が吸気抵抗となって吸気の流入態様に悪影響を及ぼす虞がある。
そこで、本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、内燃機関の筒内に流入する筒内空気量をより正確に推定することが可能な筒内空気量推定装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関の気筒に流入する筒内空気量を推定する内燃機関の空気量推定装置であって、前記内燃機関の運転条件と、前記内燃機関の燃焼室に連通する吸気ポートに配設された吸気流速検出手段からの出力信号に基づき検出した1気筒及び1吸気行程あたりの流速の積分値と、前記運転条件と前記流速の積分値と筒内空気量との関係を示す情報とに基づいて、筒内空気量を推定する筒内空気量推定手段を備えることを特徴とする。
本発明は、少なくとも内燃機関の回転数が一定であるという条件のもとで、筒内空気量が吸気ポートを流通する吸気の流速の1気筒及び1吸気行程あたりの積分値に比例する点に着目したものである。この点に加えて、吸気流速は一般に質量流量よりも高い応答性で検出することができ、また吸気流速検出手段(例えば熱線流速計)は吸気ポートに配設しても、質量流量計よりも吸気の抵抗にならない。これらの点に着目した本発明によれば、吸気の圧縮性やインテークマニホールドや吸気ポートの形状などにより気筒空気量がばらつく場合でも、或いは過渡時であってもそのときの吸気流速を検出できることから、より正確に筒内空気量を推定することが可能である。
また本発明は、前記内燃機関の運転条件が、前記内燃機関の回転数、または前記内燃機関の回転数と、吸気弁、排気弁のうち少なくともいずれかの弁特性とであってもよい。ここで筒内空気量は、前述したように内燃機関の回転数が一定であるという条件のもとで1気筒及び1吸気行程あたりの流速の積分値に比例するが、さらに流速の積分値は吸排気弁の弁特性によって変化する。したがって内燃機関の運転条件は内燃機関の回転数だけでもよいが、同一回転数でも弁特性が異なることがある場合には、さらに吸排気弁の弁特性を条件とすることでより正確に筒内空気量を推定することができる。
本発明によれば、内燃機関の気筒に流入する筒内空気量をより正確に推定することが可能な筒内空気量推定装置を提供できる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
図1は、ECU(Electronic Control Unit:電子制御装置)1で実現されている本実施例に係る筒内空気量推定装置を、内燃機関システム100とともに模式的に示す図である。内燃機関システム100は、吸気系10と、排気系20と、EGR(Exhaust Gas Recirculation)装置30と、パージ装置40と、内燃機関50と、燃料噴射系60と、点火系70とを有して構成されている。吸気系10は内燃機関50に空気を導入するための構成であり、空気量を計測するエアフロメータ11や、吸気の流量を調節するスロットル弁12や、燃焼室51に連通する吸気ポート13や、これらの間に適宜配設される吸気管などを有して構成されている。また、内燃機関50には吸気ポート13を開閉するための吸気弁52が配設されている。排気系20は内燃機関50から排気されるガスを流通させるための構成であり、燃焼室51に連通する排気ポート21や、排気中の酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを検出するための酸素センサ22や、図示しない触媒や消音器や、これらの間に適宜配設される排気管などを有して構成されている。また、内燃機関50には排気ポート21を開閉するための排気弁53が配設されている。
EGR装置30は排気を還流させるための構成であり、排気管と吸気管とを結ぶEGR還流通路31と、EGR還流通路の途中に絞り弁として設けられたEGRバルブ32とを有して構成されている。パージ装置40は蒸発燃料を供給するための構成であり、燃料タンク41の蒸発燃料を吸着するキャニスタ42と、蒸発燃料を吸気管にパージするパージ制御用バルブ43とを有して構成されている。燃料噴射系60は燃料を噴射するための構成であり、燃料噴射弁61や図示しない燃料噴射ポンプなどを有して構成されている。点火系70は混合気に火花を点火するための構成であり、イグナイタ71やディストリビュータ72や点火プラグ73などを有して構成されている。また、内燃機関システム100には、内燃機関50の回転数Neを検出するためのクランク角センサ54や図示しない水温センサなどの各種のセンサが配設されている。なお、内燃機関システム100はこれに限られず、適宜の構成で構成されていてよい。本実施例に示す内燃機関システム100は、特に吸気の流速を検出するための流速センサ(吸気流速検出手段)2が吸気ポート13に配設されている点に特徴を有している。流速センサ2は熱線流速計であり、吸気ポート13のうち極力燃焼室51近傍の部分に配設することが好ましい。
ECU1は、図示しないCPU(Central Processing Unit:中央演算処理装置)と、ROM(Read Only Memory)と、RAM(Random Access Memory)と、入出力回路などを有して構成されている。ECU1は主として内燃機関50を制御するための構成であり、本実施例では燃料噴射弁61やイグナイタ71のほか、EGRバルブ32やパージ制御用バルブ43なども制御している。ECU1にはこれら燃料噴射弁61などのほか、各種の制御対象が駆動回路(図示省略)を介して接続されている。また、ECU1には流速センサ2や、エアフロメータ11や、酸素センサ22や、クランク角センサ54や、水温センサなどの各種のセンサが接続されている。
ROMはCPUが実行する種々の処理が記述されたプログラムを格納するための構成であり、本実施例では燃料噴射弁61から噴射する燃料の噴射時期や噴射量や噴射圧を制御するための燃料噴射弁制御用プログラムなどで構成された内燃機関50制御用のプログラムのほか、内燃機関50の運転条件と、流速センサ2からの出力信号に基づき検出した1気筒及び1吸気行程あたりの流速の積分値と、内燃機関50の運転条件と流速の積分値と筒内空気量との関係を示す情報(以下、単に空気量推定マップとも称す)とに基づいて、筒内空気量を推定するための筒内空気量推定用プログラムなども格納している。但し、これらのプログラムは一体として組み合わされていてもよい。
本実施例では内燃機関50の運転条件は、具体的には内燃機関50の回転数Neとなっている。但しこれに限られず、例えば内燃機関50の運転条件は、回転数Neと吸気弁13のバルブタイミング(以下、単にVTとも称す)であってもよく、さらに吸気弁13のVTの代わりに吸気弁13のバルブリフト量や、吸排気弁52、53のバルブオーバーラップ量に影響する排気弁13のVTやバルブリフト量や、これらの組み合わせを適用してもよい。すなわち、回転数Neに加えて、同一回転数Neで流速の積分値に影響を及ぼすその他の条件も内燃機関の運転条件とすることで、より正確に筒内空気量を推定できるようになる。本実施例では、CPUとROMとRAM(以下、単にCPU等と称す)と内燃機関50制御用のプログラムとで、各種の検出手段や判定手段や制御手段などが実現されており、特にCPU等と筒内空気量推定用プログラムとで筒内空気量推定手段が実現されている。
次に、空気量推定マップの作成方法の一例について図2に示すフローチャートを用いて詳述する。まず図1に示す内燃機関システム100の構成で内燃機関50を回転数Ne一定の定常状態で運転する(ステップ11)。次にエアフロメータ11で空気量を計測する(ステップ12)。次に流速センサ2で吸気ポート13の流速を計測し、流速の積分値を求める(ステップ13)。図3は1気筒及び1吸気行程あたりの吸気流速の変化を模式的に示す図である。吸気流速は吸気弁13の開弁(以下、単にIVOとも称す)とともに発生し、吸気弁13の閉弁(以下、単にIVCとも称す)とともになくなる。そして流速の積分値は図3に示す面積Sを算出することで求めることができる。
図2に戻り、次にステップ12で求めた空気量と、ステップ13で求めた流速の積分値とを用いて図4に示す空気量推定マップ上にポイントを作成する(ステップ14)。さらにステップ12及び13を繰り返すことで図4に示す空気量推定マップ上に複数のポイントを作成し、これらのポイントの集合を近似した直線を求める(ステップ15)。なお、この直線の傾きは空気密度を指標する大きさとなる。その後回転数Neを変更して(ステップ16)、さらにステップ11からステップ16までを繰り返すことで図4に示す空気量推定マップを作成することができる。また可変動弁機構などにより同一回転数Neで吸気弁13のVTが異なることがある場合には、回転数Neと吸気弁13のVTとの両方を変化させて作成した図5に示す空気量推定マップのほうが、より正確に筒内空気量を推定できるようになる。本実施例ではこのようにして作成した空気量推定マップもROMに格納している。
次に、空気量推定マップを用いて実際に筒内空気量を推定する様子について図6を用いて詳述する。図6では#1気筒から#4気筒までの各気筒に連通する吸気ポート13夫々の流速とともに、各気筒で推定された筒内空気量を示している。同時に図6では、内燃機関50の運転状態を示すためにスロットル開度も示している。なお横軸はすべて時間を示している。筒内空気量は、スロットル開度が一定の定常時でも空気量推定マップを用いて求めることができる。具体的には、#1気筒の吸気行程で回転数Ne及び流速を検出するとともに流速の積分値を算出し、図4に示す空気量推定マップを参照することで#1気筒の筒内空気量を推定することができる。これにより、吸気の圧縮性や吸気ポート13の形状などにより気筒空気量がばらつく場合でも、より正確に筒内吸気量を推定できる。なお、#1気筒の吸気行程でさらに吸気弁13のVTを検出することで、図5に示す空気量推定マップを利用してもよい。続いて#3、#4及び#2気筒の順に吸気行程が行われるが、これらの場合にも同様にして筒内空気量を推定することができる。
次に、スロットル開度が次第に大きくなる過渡時でも、質量流量と異なり流速は流速センサ2で十分な応答性をもって検出できるので、#1、#3、#4及び#2気筒の順に回転数Ne及び流速を検出するとともに流速の積分値を算出することで、空気量推定マップから対応する筒内空気量を推定できる。すなわち、過渡時であってもそのときの吸気流速を応答性よく検出できることから、より正確に筒内空気量を推定することができる。さらにその後定常時になった場合にも、同様にして空気量推定マップを利用することで、筒内空気量を各気筒でより正確に推定できる。以上により、内燃機関50の筒内に流入する筒内空気量をより正確に推定することが可能なECU1を実現可能である。
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
1 ECU
2 流速センサ
13 吸気ポート
50 内燃機関
61 クランク角センサ
100 内燃機関システム
2 流速センサ
13 吸気ポート
50 内燃機関
61 クランク角センサ
100 内燃機関システム
Claims (2)
- 内燃機関の気筒に流入する筒内空気量を推定する内燃機関の空気量推定装置であって、
前記内燃機関の運転条件と、前記内燃機関の燃焼室に連通する吸気ポートに配設された吸気流速検出手段からの出力信号に基づき検出した1気筒及び1吸気行程あたりの流速の積分値と、前記運転条件と前記流速の積分値と筒内空気量との関係を示す情報とに基づいて、筒内空気量を推定する筒内空気量推定手段を備えることを特徴とする内燃機関の空気量推定装置。 - 前記内燃機関の運転条件が、前記内燃機関の回転数、または前記内燃機関の回転数と、吸気弁、排気弁のうち少なくともいずれかの弁特性とであることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の空気量推定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006189536A JP2008019717A (ja) | 2006-07-10 | 2006-07-10 | 内燃機関の空気量推定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006189536A JP2008019717A (ja) | 2006-07-10 | 2006-07-10 | 内燃機関の空気量推定装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008019717A true JP2008019717A (ja) | 2008-01-31 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2006189536A Pending JP2008019717A (ja) | 2006-07-10 | 2006-07-10 | 内燃機関の空気量推定装置 |
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2006
- 2006-07-10 JP JP2006189536A patent/JP2008019717A/ja active Pending
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