JP3767426B2 - エンジンのシリンダ吸入空気量算出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マニホールド部上流のエアフローメータの出力に基づいて、マニホールド部の質量空気の流入量、流出量の収支計算を行いつつ、エンジンのシリンダに吸入される質量空気量を算出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スロットル弁の制御により吸入空気量を制御する通常のエンジンでは、スロットル弁開度のステップ的な変化に対応するため、エアフローメータにより計測された吸入空気量に対し、加重平均処理により、１次遅れの関係で、シリンダ吸入空気量を算出している（特開昭６１−２５８９４２号公報参照）。
【０００３】
しかし、吸・排気弁の開閉時期を任意に制御可能な可変動弁エンジンにおいては、該開閉時期、特に吸気弁の閉時期の制御により、シリンダ吸入空気量がステップ的に変化するため、上記方式ではシリンダ吸入空気量を高精度に算出することができない。
そこで、本願出願人は先に、以下のような算出方式を提案した。すなわち、エアフローメータの出力から算出されるマニホールド部へ流入する質量空気量及びシリンダ部へ流出する質量空気量の収支計算を行ってマニホールド部内の質量空気量を算出する。一方、吸気弁及び排気弁の開閉時期に基づいてシリンダに吸入される体積空気量を算出する。そして、前記マニホールド部内の質量空気量と予め判っているマニホールド部容積から算出される空気密度と、前記シリンダに吸入される体積空気量とからシリンダに吸入される質量空気量を算出するものである（特願平１１−２２３６８２号）。
【０００４】
かかる算出方式によれば、精度良くシリンダ吸入空気量を算出できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記算出方式による精度を十分確保するためには、エンジン停止時のマニホールド部内質量空気量の算出値を記憶して再始動時に用いるのが良い。図１２はエンジン停止時の様子を示し、エンジン停止後もマニホールド部に残存する負圧によりマニホールド部に空気が流入し、マニホールド部とマニホールド部に連通するシリンダ容積とを合わせた部分が大気圧に落ち着くまで空気が流入する。
【０００６】
しかし、前記マニホールド部内の質量空気量の収支計算において、エンジン停止（エンジン回転停止）検出後は、マニホールド部から流出する質量空気量を０として算出するため、エンジン停止時に算出されるマニホールド部内の質量空気量は、マニホールド部に連通するシリンダ容積分の空気量を余分に加算した値となってしまう。
【０００７】
なお、エンジン停止時のクランク角位置が一定であれば、マニホールド部に連通するシリンダ容積も一定となって、再始動時にマニホールド部質量空気量として一定の初期値を与えれば済むが、実際には各種要因によってクランク角位置は一定とならない。図１３は、エンジン停止時のクランク角位置に対して、マニホールド部に連通する各シリンダの上死点からのピストンストローク量を合計した総ストローク量（総シリンダ容積に略比例する）を示す。図で一点鎖線は各シリンダのピストンストローク量を示し、吸気弁が開き始めてマニホールド部に連通するとき、及び、吸気弁が閉じてマニホールド部との連通が遮断されるときに、ステップ的に増減する。図１４は、４気筒エンジンと６気筒エンジンについて、エンジン停止時のクランク角位置に対して、マニホールド部に連通する各シリンダの容積を合計した総シリンダ容積を示し、該総シリンダ容積は前記総ストローク量に略比例する。図示のように総シリンダ容積は、最大と最小との間で大きく異なる。一般的には各力のバランスにより複数のシリンダがマニホールド部に連通するところで停止する場合（図１４のＡ）が多いが、その場合でも相当のばらつきがあり、また、所定のシリンダの上死点位置で直立したコンロッドが圧縮反力を受けた状態で釣り合ってしまうような場合（図１４のＢ）もある。
【０００８】
このようにエンジン停止時にマニホールド部に連通するシリンダ容積が大きくばらつくと、再始動時のマニホールド部内質量空気量の初期値を正しく算出することができず、その後の収支計算ひいてはシリンダ吸入空気量の算出に誤差を生じてしまう。
なお、特許２９０１６１３号には、スロットル弁下流の吸気系吸入空気総重量を算出する際に、スロットルバルブ下流を大気圧として初期値を算出することが開示されているが、このものでは、具体的にどのようにして大気圧を求めるのか考慮されていないし、また、クランク角位置によって異なるマニホールド部に連通するシリンダ容積について何も考慮されていない。
【０００９】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、エンジン停止時のマニホールド部内質量空気量を正しく検出して、シリンダ吸入空気量を常に正確に算出できるようにしたエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1に係る発明は、
マニホールド部に流入する質量空気量とマニホールド部から流出する質量空気量との収支計算を行ってマニホールド部内の質量空気量を算出しつつ、該マニホールド部内の質量空気量とシリンダ容積とに基づいて、エンジンのシリンダに吸入される質量空気量を算出する装置であって、
エンジン停止時に前記収支計算により算出されたマニホールド部内の質量空気量を、エンジン停止時のクランク角位置に基づき補正して、エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を最終的に算出することを特徴とする。
【００１１】
請求項1に係る発明によると、
エンジン停止時のクランク角位置に応じてマニホールド部に連通するシリンダ容積が異なることによってばらつくマニホールド部内の質量空気量を、該エンジン停止時のクランク角位置に基づいて正しく算出する。
これにより、再始動時のマニホールド部内の質量空気量の初期値に前記エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を反映させることができ、以ってシリンダ吸入空気量を常に正確に算出することができる。
【００１２】
また、請求項2に係る発明は、
エンジン停止時のクランク角位置に基づいてマニホールド部に連通するシリンダの容積を算出し、該シリンダ容積とマニホールド部容積とに基づいて、エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を最終的に算出することを特徴とする。
【００１３】
請求項2に係る発明によると、
前記収支計算によってエンジン停止時に算出されたマニホールド部内の質量空気量は、既述のようにマニホールド部に連通するシリンダの容積（複数のシリンダが連通する場合はそれらの総容積）に吸入される空気量分を余分に含んで算出されている。
【００１４】
したがって、前記エンジン停止時に算出されたマニホールド部とマニホールド部に連通するシリンダ容積とに吸入されている合計の質量空気量を、マニホールド部とシリンダ容積とで比例配分することで、マニホールド部内の質量空気量を正確に算出することができる。
また、請求項3に係る発明は、
マニホールド部に流入する質量空気量の検出値が０となったときに前記収支計算を行って算出したマニホールド部内の質量空気量と、エンジン停止時のマニホールド部に連通するシリンダ容積及びマニホールド部容積とに基づいて、エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を最終的に算出することを特徴とする。
【００１５】
請求項3に係る発明によると、
既述のように、エンジン（の回転）が停止しても、マニホールド部内に残存する負圧によりマニホールド部に空気が流入し、マニホールド部とマニホールド部に連通するシリンダ容積とを合わせた部分が大気圧に落ち着くまで空気が流入する。
【００１６】
したがって、マニホールド部に流入する質量空気量の検出値が０となったときに前記収支計算で算出されるマニホールド部内の質量空気量が、前記大気圧に落ち着いた状態でマニホールド部とマニホールド部に連通するシリンダ容積とを合わせた部分に吸入されている質量空気量に相当するので、この算出値をマニホールド部とシリンダ容積とで比例配分することで、マニホールド部内の質量空気量を正確に算出することができる。
【００１７】
また、請求項4に係る発明は、
クランク角位置に対応してマニホールド部に連通するシリンダ容積を記憶しておき、前記エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を最終的に算出する際に参照することを特徴とする。
請求項4に係る発明によると、
エンジン停止時におけるクランク角位置毎のマニホールド部に連通するシリンダ容積は予め算出できるので、クランク角位置に対応して記憶しておけば、クランク角位置に基づいて参照するだけで容易に求めることができる。
【００１８】
また、請求項5に係る発明は、
前記最終的に算出したエンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を、エンジン再始動時のマニホールド部内質量空気量の初期値として用いることを特徴とする。
請求項５に係る発明によると、
最終的に算出したエンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を、そのままエンジン再始動時のマニホールド部内質量空気量の初期値として用いることで、最も簡易に再始動後の収支計算を続行できる。
【００１９】
また、請求項６に係る発明は、
エンジン停止時に算出したマニホールド部内の質量空気量に基づいて、大気圧を算出することを特徴とする。
請求項６に係る発明によると、
マニホールド部内の質量空気量が求まれば、予め判っているマニホールド部容積を用いてエンジン停止時の大気圧を推定算出することができる。
【００２０】
また、請求項７に係る発明は、
エンジン停止時に算出したマニホールド部内の質量空気量と、エンジン停止時の吸気温度検出値とに基づいて大気圧を算出することを特徴とする。
請求項７に係る発明によると、
エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量と、吸気温度と、予め判っているマニホールド部容積とにより、エンジン停止時の大気圧をより正確に算出することができる。
【００２１】
なお、請求項６，７で算出された大気圧は、後述のように再始動時のマニホールド部内の質量空気量収支計算を行う際の初期値として用いることができるが、その他の大気圧を用いることで精度が向上する制御にも用いることができる。
また、請求項８に係る発明は、
前記エンジン停止時に算出した大気圧を、エンジン再始動時の前記マニホールド部内質量空気量の収支計算において初期値として用いることを特徴とする。
【００２２】
請求項８に係る発明によると、
例えば、マニホールド部の収支計算においてマニホールド部から流出する質量空気量、つまり、シリンダに吸入される空気量を算出する際に大気圧によってシリンダ内新気割合が変化するので、エンジン停止時に算出した大気圧を用いることで算出精度を高めることができる。
【００２３】
また、請求項９に係る発明は、
エンジン停止時に算出した大気圧とエンジン再始動時の吸気温度検出値とに基づいて、エンジン再始動時のマニホールド部内質量空気量の初期値を算出することを特徴とする。
請求項９に係る発明によると、
エンジン停止時に算出した大気圧を再始動時の大気圧と略同一として用い、吸気温度は再始動時に検出された値を用いることで、再始動時のマニホールド部内質量空気量の初期値を正確に算出することができる。
【００２４】
また、請求項１０に係る発明は、
前記エンジン停止時のクランク角位置を、ロータリエンコーダにより検出することを特徴とする。
請求項1０に係る発明によると、
エンジン停止時のクランク角位置は、エンジンのゆり戻しがあるため、本発明のようにロータリエンコーダを用いることにより、クランク角位置を絶対位置として正確に検出することができる。
【００２５】
また、請求項１１に係る発明は、
吸気弁閉時期におけるシリンダ容積とシリンダ内新気割合とに基づいてシリンダに吸入される体積空気量を算出し、前記シリンダに吸入される体積空気量、マニホールド部内の質量空気量およびマニホールド部容積に基づいて、シリンダに吸入される質量空気量を算出することを特徴とする。
【００２６】
請求項１１に係る発明によると、
吸気弁閉時期におけるシリンダ容積とシリンダ内新気割合とに基づいてシリンダに吸入される体積空気量が算出される。一方、マニホールド部内の圧力、温度と、吸気行程終了時のシリンダ内の圧力、温度が等しいと仮定すれば、マニホールド部内の質量空気量をマニホールド部容積で除算したマニホールド部内の空気密度とシリンダ内の空気密度が等しいので、この関係を用いてシリンダに吸入される質量空気量を算出することができる。このように、マニホールド部の空気の流入量と流出量との収支計算を行いつつシリンダ吸入空気量を算出することで、シリンダ吸入空気量を応答性よく高精度に算出できる。
【００２７】
また、請求項１２に係る発明は、
停車時にエンジンのアイドル回転が停止されるアイドルストップ車両に適用されることを特徴とする。
アイドルストップ車両では、走行時に頻繁にアイドルストップされるので、エンジン停止時のマニホールド部内質量空気量を再始動時の演算に用いることの必要性が大きく、本発明の効果が大きい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す可変動弁エンジンを搭載したハイブリッド車両のパワートレインシステム図である。
起動用モータ２１で起動されるエンジン１の出力軸は、パウダクラッチ等のクラッチ２２を介して走行用モータ２３に動力伝達・切り離し自由に接続され、走行用モータ２３の出力軸は、変速機２４、ディファレンシャルギア２５を介して駆動輪２６に接続されている。
【００２９】
ドライバによるアクセル、ブレーキ、変速機シフト位置などの信号、車速信号、バッテリ充電状態の信号などが車両制御回路２７に入力され、該車両制御回路２７は、起動用モータ制御回路２８、エンジン制御回路２９、クラッチ制御回路３０、走行用モータ制御回路３１、変速機制御回路３２を介して各部を制御する。
【００３０】
また、本車両では、所定のアイドル条件で燃費および排気浄化性能改善のため、エンジン１を停止するいわゆるアイドルストップを行うようにしている。
図２は同上のエンジンのシステム図である。
エンジン１の吸気通路２には、吸入空気量Ｑａを検出するエアフローメータ３が設けられ、スロットル弁４により吸入空気量Ｑａを調節する。
【００３１】
エンジン１の各気筒には、燃焼室６内に燃料を噴射する燃料噴射弁７、燃焼室６内で火花点火を行う点火プラグ８が設けられており、吸気弁９を介して吸入された空気に対して前記燃料噴射弁７から燃料を噴射して混合気を形成し、該混合気を前記燃焼室６内で圧縮し、点火プラグ８による火花点火によって着火する。エンジン１の排気は、排気弁１０を介して燃焼室６から排気通路１１に排出され、図示しない排気浄化触媒及びマフラーを介して大気中に放出される。
【００３２】
前記吸気弁９及び排気弁１０は、それぞれ吸気弁側カム軸１２及び排気弁側カム軸１３に設けられたカムにより開閉駆動される。
吸気弁側カム軸１２、排気弁側カム軸１３には、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させることで、吸、排気弁の開閉時期を進遅角する油圧駆動式の可変バルブタイミング機構(以下、ＶＴＣ機構という)１４がそれぞれ設けられている。 ここで、前記スロットル弁４、燃料噴射弁７及び点火プラグ８の作動は、前記エンジン制御回路（ＥＣＵ）２９により制御され、該ＥＣＵ２９には、クランク角センサ１５、カムセンサ１８、水温センサ１６、エアフローメータ３等からの信号が入力される。
【００３３】
また、ＥＣＵ２９は、クランク角センサ１５及び吸気側、排気側それぞれのカム軸センサ１８からの検出信号に基づいて、クランク軸に対する吸気カム軸１２の回転位相（ＶＴＣ位相）、クランク軸に対する排気カム軸１３の回転位相（ＶＴＣ位相）をそれぞれ検出することで吸気弁９及び排気弁１０の開閉時期を検出すると共に、エンジンの負荷、エンジン回転速度Ｎｅ、冷却水温度Ｔｗ等の情報に基づいて吸気側カム軸１２及び排気側カム軸１３の目標位相角（進角値又は遅角値）を決定して、吸気弁９及び排気弁１０の開閉時期を制御する。さらに、前記クランク角センサ１５とは別に、後述する本発明に係るエンジン停止時の制御のためエンジン停止時のクランク角位置（絶対位置）を正確に検出するエンコーダ３１が設けられ、その検出信号がＥＣＵ２９に入力される。
【００３４】
前記燃料噴射弁７の燃料噴射時期及び燃料噴射量は、エンジン運転条件に基づいて制御するが、燃料噴射量は、基本的には、エアフローメータ３により計測される吸入空気量（質量流量）Ｑａに基づいて後述のごとく算出されるシリンダ吸入空気量（シリンダ部質量空気量）Ｃｃに対し、所望の空燃比となるように制御する。
【００３５】
点火栓８による点火時期は、エンジン運転条件に基づいて、ＭＢＴ（トルク上の最適点火時期）又はノック限界に制御する。
次に、燃料噴射量等の制御のためのシリンダ吸入空気量（シリンダに吸入される質量空気量）Ｃｃの算出について、図３以下のフローチャート等により、詳細に説明する。
【００３６】
ここで、図２中に示すように、エアフローメータ１４により計測される吸入空気量（質量流量）をＱａ（ｋｇ／ｈ）とするが、１／３６００を乗じて、（ｇ／ｍｓｅｃ）として扱う。
また、マニホールド部の圧力をＰｍ（Ｐａ）、容積をＶｍ（ｍ3 ；一定）、質量空気量をＣｍ（ｇ）、温度をＴｍ（Ｋ）とする。
【００３７】
また、シリンダ部の圧力をＰｃ（Ｐａ）、容積をＶｃ（ｍ3）、質量空気量をＣｃ（ｇ）、温度をＴｃ（Ｋ）とする。更に、シリンダ内新気割合をη（％）とする。
また、マニホールド部とシリンダ部とで、Ｐｍ＝Ｐｃ、Ｔｍ＝Ｔｃ（圧力及び温度は変化しない）と仮定する。
【００３８】
図３は吸気マニホールド部流入空気量算出ルーチンのフローチャートであり、所定時間Δｔ毎に実行される。
ステップ１では、エアフローメータ３の出力より算出された吸入空気量Ｑａ（質量流量；ｇ／ｍｓｅｃ）を読み込む。
ステップ２では、吸入空気量Ｑａの積分計算により、所定時間Δｔ毎にマニホールド部へ流入する空気量Ｃａ（質量空気量；ｇ）＝Ｑａ・Δｔを算出する。
【００３９】
図４はシリンダ吸入体積空気量算出ルーチンのフローチャートであり、所定時間Δｔ毎に実行される。
ステップ１１では、吸気弁９の閉時期ＩＶＣ、吸気弁９の開時期ＩＶＯ、排気弁１０の閉時期ＥＶＣを検出する。尚、これらは吸気弁９及び排気弁１０に対しリフトセンサを設けて直接的に検出してもよいが、ＥＣＵ２９での制御上の指令値（目標値）を用いることで簡素化できる。
【００４０】
ステップ１２では、吸気弁９の閉時期ＩＶＣから、該閉時期ＩＶＣにおけるシリンダ容積Ｖｃ1（ｍ3）を算出する。
ステップ１３では、吸気弁９の開時期ＩＶＯ、排気弁１０の閉時期ＥＶＣ、また必要によりＥＧＲ率により、シリンダ内新気割合η（％）を算出する。
すなわち、吸気弁９の開時期ＩＶＯと排気弁１０の閉時期ＥＶＣとにより、オーバーラップ量が定まり、オーバーラップ量が多くなる程、残ガス量（内部ＥＧＲ量）が大となるので、オーバーラップ量に基づいてシリンダ内新気割合ηを求める。また、ＶＴＣ機構を備えたエンジンでは、オーバーラップ量の制御により内部ＥＧＲを自在に制御できるので、一般にはＥＧＲ装置（外部ＥＧＲ）は設けないが、設ける場合は、更にそのＥＧＲ率により補正して、最終的なシリンダ内新気割合ηを求める。
【００４１】
ステップ１４では、前記シリンダ容積Ｖｃ1にシリンダ内新気割合ηを乗じて、シリンダ内の体積空気量Ｖｃ2（ｍ3）＝Ｖｃ1・ηを算出する。
ステップ１５では、次式のごとく、シリンダ内の体積空気量Ｖｃ2（ｍ3）にエンジン回転速度Ｎｅ（ｒｐｍ）を乗じて、Ｖｃ変化速度（体積流量；ｍ3／ｍｓｅｃ）を算出する。
【００４２】
Ｖｃ変化速度＝シリンダ内体積空気量Ｖｃ2・エンジン回転速度Ｎｅ・Ｋ
ここで、Ｋは単位を揃えるための定数で、Ｋ＝（１／３０）×（１／１０００）である。１／３０は、Ｎｅ（ｒｐｍ）をＮｅ（１８０ｄｅｇ／ｓｅｃ）に変換するためのものであり、１／１０００は、Ｖｃ変化速度（ｍ3／ｓｅｃ）をＶｃ変化速度（ｍ3／ｍｓｅｃ）に変換するためのものである。
【００４３】
また、一部気筒の稼働を停止させる制御を行う場合は、次式による。
Ｖｃ変化速度＝Ｖｃ2・Ｎｅ・Ｋ・ｎ／Ｎ
ｎ／Ｎは一部気筒の稼働を停止させる場合の稼働率であり、Ｎは気筒数、ｎはそのうちの稼働気筒数である。従って、例えば４気筒エンジンで、１気筒の稼働を停止させている場合は、ｎ／Ｎ＝３／４となる。尚、特定気筒の稼働を停止させる場合は、当該気筒の吸気弁及び排気弁を全閉状態に保持した上で、燃料カットを行う。
【００４４】
ステップ１６では、Ｖｃ変化速度（体積流量；ｍ3／ｍｓｅｃ）の積分計算により、所定時間Δｔあたりにシリンダに吸入される体積空気量Ｖｃ（ｍ3）＝Ｖｃ変化速度・Δｔを算出する。
図５は連続計算（マニホールド部吸気収支計算及びシリンダ吸入空気量算出）ルーチンのフローチャートであり、所定時間Δｔ毎に繰り返し実行される。また、図６には連続計算部をブロック図で示している。
【００４５】
ステップ２１では、マニホールド部吸気収支計算（マニホールド部質量空気量Ｃｍの収支計算）のため、次式のごとく、マニホールド部内の質量空気量の前回値Ｃｍ(n-1)に、図３のルーチンで求めたマニホールド部へ流入する質量空気量Ｃａ（＝Ｑａ・Δｔ）を加算し、また、マニホールド部からシリンダ部へ流出するシリンダ吸入空気量（質量空気量）Ｃｃ(n) を減算して、マニホールド部内の質量空気量Ｃｍ(n)（ｇ）を算出する。
【００４６】
Ｃｍ(n) ＝Ｃｍ(n-1) ＋Ｃａ−Ｃｃ(n)
ここで用いるＣｃ(n) は前回のルーチンで次のステップ２２により算出されたＣｃである。
ステップ２２では、シリンダ吸入空気量（シリンダ部質量空気量Ｃｃ）の算出のため、次式のごとく、図４のルーチンで求めた所定時間Δｔあたりのシリンダ吸入空気量（シリンダ部体積空気量）Ｖｃに、マニホールド部質量空気量Ｃｍを掛算し、また、マニホールド部容積Ｖｍ（一定値）で除算して、所定時間Δｔあたりのシリンダ吸入空気量（シリンダ部質量空気量）Ｃｃ（ｇ）を求める。
【００４７】
Ｃｃ＝Ｖｃ・Ｃｍ／Ｖｍ ・・・（１）
この（１）式は、次のように求められる。
気体の状態方程式Ｐ・Ｖ＝Ｃ・Ｒ・Ｔより、Ｃ＝Ｐ・Ｖ／（Ｒ・Ｔ）であるので、シリンダ部について、
Ｃｃ＝Ｐｃ・Ｖｃ／（Ｒ・Ｔｃ） ・・・（２）
となる。
【００４８】
ここで、Ｐｃ＝Ｐｍ、Ｔｃ＝Ｔｍと仮定するので、
Ｃｃ＝Ｐｍ・Ｖｃ／（Ｒ・Ｔｍ） ・・・（３）
となる。
一方、気体の状態方程式Ｐ・Ｖ＝Ｃ・Ｒ・Ｔより、Ｐ／（Ｒ・Ｔ）＝Ｃ／Ｖであるので、マニホールド部について、
Ｐｍ／（Ｒ・Ｔｍ）＝Ｃｍ／Ｖｍ ・・・（４）
となる。
【００４９】
この（４）式を（３）式に代入すれば、
Ｃｃ＝Ｖｃ・〔Ｐｍ／（Ｒ・Ｔｍ）〕＝Ｖｃ・〔Ｃｍ／Ｖｍ〕
となり、上記（１）式が得られる。
以上のように、ステップ２１，２２を繰り返し実行することにより、すなわち図６に示すように連続計算することにより、シリンダ吸入空気量であるシリンダ部質量空気量Ｃｃ（ｇ）を求めて、出力することができる。ここで、図６に示す連続計算は、エンジン回転が停止して、シリンダ部質量空気量Ｃｃが０になった後も、吸入空気量Ｑａが０になるまで継続され、詳細は後述するが、吸入空気量Ｑａが０になったときのマニホールド部質量空気量Ｃｍの演算値を利用して、エンジン停止時の大気圧が推定される。尚、ステップ２１，２２の処理順序は逆でもよい。
【００５０】
図７は後処理ルーチンのフローチャートである。
ステップ３１では、次式のごとく、シリンダ部質量空気量Ｃｃ（ｇ）を加重平均処理して、Ｃｃｋ（ｇ）を算出する。
Ｃｃｋ＝Ｃｃｋ×（１−Ｍ）＋Ｃｃ×Ｍ
Ｍは加重平均定数であり、０＜Ｍ＜１である。
【００５１】
ステップ３２では、加重平均処理後のシリンダ部質量空気量Ｃｃｋ（ｇ）を、燃料噴射が行われるサイクル周期に対応させるため、エンジン回転速度Ｎｅ（ｒｐｍ）を用いて、
Ｃｃｋ（ｇ／cycle）＝Ｃｃｋ／（１２０／Ｎｅ）
により、１サイクル（２回転＝720deg）毎のシリンダ部質量空気量（ｇ／cycle）に変換する。
【００５２】
尚、加重平均処理は、スロットル弁が大きく開いている（全開）時等の吸気の脈動が大きいときに限定して行うと、制御精度と制御応答性を両立させることができる。
図８はこの場合の後処理ルーチンのフローチャートである。ステップ３５でシリンダ部質量空気量Ｃｃ（ｇ）の変化量ΔＣｃを算出する。続いてステップ３６でこの変化量ΔＣｃが所定範囲内（所定値Ａより大きく所定値Ｂより小さい）か否かを判定する。所定範囲内の場合は、加重平均処理をする必要ないので、ステップ３７でＣｃｋ（ｇ）＝Ｃｃ（ｇ）とした後、ステップ３２で図７のステップ３２と同じに１サイクル（２回転＝720deg）毎のシリンダ部質量空気量Ｃｃｋ（ｇ／cycle）に変換する。変化量ΔＣｃが所定範囲外である場合は、ステップ３１で図７のステップ３１と同じにシリンダ部質量空気量Ｃｃ（ｇ）を加重平均処理してＣｃｋ（ｇ）を算出し、ステップ３２へ進む。
【００５３】
次に、本発明にかかる制御、すなわちエンジン停止時にマニホールド部の質量空気量を高精度に算出して、再始動時のマニホールド部の収支計算に反映させる制御について説明する。
図９は、エンジン停止時のメインルーチンを示す。
ステップ２０１では、エンジン停止時にマニホールド部の質量空気量及び大気圧を算出する。
【００５４】
図１０は、前記ステップ２０１のサブルーチンを示す。
ステップ１０１では、クランク角センサ１２の信号に基づいてエンジン回転が停止（エンジン停止）したかを判定する。
エンジン停止と判定されたときは、ステップ１０２ヘ進み、前記エンコーダ３１により検出したエンジン停止時のクランク角位置θｓにより、マニホールド部に連通するシリンダ容積Ｖｃｓを算出する。具体的には、クランク角位置θｓに対応したシリンダ容積Ｖｃｓを予めマップに記憶しておいて検索すれば容易である。
【００５５】
ステップ１０３では、エアフローメータ１４で検出される吸入空気量Ｑａが０となったかを判定する。
吸入空気量Ｑａ＝０となったと判定されると、ステップ１０４へ進み、エンジン停止時の最終的なマニホールド部内質量空気量Ｃｍｓを次式により算出する。
Ｃｍｓ＝Ｃｍ×Ｖｍ／（Ｖｍ＋Ｖｃｓ）
ここで、上式右辺のＣｍは図５のステップ２１で算出した最新のマニホールド部内質量空気量Ｃｍである。既述したように、エンジン停止時に算出されるＣｍは、マニホールド部に連通するシリンダ容積Ｖｃｓに吸入された空気量分がマニホールド部内の空気量分として余分に加算して求められている。そこで、上式により、Ｃｍからシリンダ容積Ｖｃｓに吸入された空気量分を差し引くことで、実際のエンジン停止時におけるマニホールド部内質量空気量Ｃｍｓを算出する。
【００５６】
ステップ１０５では、空気密度ρｓを次式により算出する。
ρｓ＝Ｃｍｓ／Ｖｍ
ステップ１０６では、前記空気密度ρｓより、大気圧Ｈを次式により算出する。
Ｈ＝ｋ１×（１＋ｋ２×Ｔ）×ρｓ
Ｔ：エンジン停止時吸気温度
ｋ１、ｋ２：状態方程式から定まる定数
図９に戻って、ステップ２０２では、イグニッションスイッチ（ＩＧＮＳＷ）がＯＦＦとなり（アイドルストップ時及び運転者による操作時）、かつ、前記ステップ１０６での大気圧算出後初回であるかを判別し、該条件が満たされたときに、ステップ２０３ヘ進んで、算出された大気圧Ｈを不揮発性メモリにＨｂｕとしてセットする。
【００５７】
図１１は、前記エンジン停止時に算出した大気圧に基づいて、再始動時にマニホールド部内の質量空気量Ｃｍの初期値を算出するルーチンを示す。
ステップ３０１では、電源投入後（イグニッションスイッチＯＮ後）初回かを判定する。
初回と判定されたときは、ステップ３０２へ進み、前記エンジン停止時に算出して記憶された大気圧Ｈｂｕを用いて、次式により始動時の空気密度ρｓｓを算出する。
【００５８】
ρｓｓ＝Ｈｂｕ／[ｋ１×（１＋ｋ２×Ｔｓ）]
Ｔｓ：始動時吸気温度
ｋ１、ｋ２：既述の定数
ステップ３０２は、前記始動時の空気密度ρｓｓに基づいて、始動時におけるマニホールド部内の質量空気量Ｃｍの初期値を算出する。
【００５９】
Ｃｍ＝ρｓｓ×Ｖｍ
このようにすれば、エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を正確に算出し、該算出値に基づいて再始動時のマニホールド部内の質量空気量の初期値を正確に算出でき、シリンダ吸入空気量Ｃｃを常に正確に算出できる。
なお、上記実施形態では、エンジン停止の都度大気圧を算出し、再始動の都度吸気温度検出値を用いてマニホールド部内の質量空気量Ｃｍを算出し直す構成としているため、山道走行時など運転中に大気圧や吸気温度が変化する場合に特に有効である。
【００６０】
しかし、通常走行（平地走行）でのアイドルストップ時は、大気圧、吸気温度共にあまり大きく変化しないと考えられる。そこで、簡易的には、エンジン停止時に最終的に算出したマニホールド部内の質量空気量Ｃｍ（ステップ１０４）を一時的に記憶しておき、再始動時にそのまま初期値として用いるだけの構成としても良く、それなりの効果が得られ、吸気温度センサが不要となり演算負荷を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態にかかる可変動弁エンジンを搭載したアイドルストップ車両のシステム構成を示す機能ブロック図。
【図２】 同上のエンジンのシステム図。
【図３】 マニホールド部流入空気量算出ルーチンのフローチャート。
【図４】 シリンダ吸入体積空気量算出ルーチンのフローチャート。
【図５】 連続計算（マニホールド部吸気収支計算及びシリンダ吸入空気量算出）ルーチンのフローチャート。
【図６】 連続計算部のブロック図。
【図７】 後処理ルーチンのフローチャート。
【図８】 後処理ルーチンの、他の例のフローチャート。
【図９】 エンジン停止時の制御のメインルーチンを示すフローチャート。
【図１０】同上制御のサブルーチンを示すフローチャート。
【図１１】エンジン再始動時の制御ルーチンを示すフローチャート。
【図１２】エンジン停止状態の各部の空気量の変化を示す線図。
【図１３】エンジン停止時のクランク角位置に対するマニホールド部に連通するシリンダの上死点からの総ストローク量を示す線図。
【図１４】エンジン停止時のクランク角位置に対するマニホールド部に連通するシリンダの総容積を示す線図。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 吸気通路
３ エアフローメータ
４ スロットル弁
７ 燃料噴射弁
８ 点火プラグ
９ 吸気弁
１０ 排気弁
１２ 吸気弁側カム軸
１３ 排気弁側カム軸
１４ 可変バルブタイミング機構
１５ クランク角センサ
２７ 車両制御回路
２９ エンジン制御回路（ＥＣＵ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、マニホールド部上流のエアフローメータの出力に基づいて、マニホールド部の質量空気の流入量、流出量の収支計算を行いつつ、エンジンのシリンダに吸入される質量空気量を算出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スロットル弁の制御により吸入空気量を制御する通常のエンジンでは、スロットル弁開度のステップ的な変化に対応するため、エアフローメータにより計測された吸入空気量に対し、加重平均処理により、１次遅れの関係で、シリンダ吸入空気量を算出している（特開昭６１−２５８９４２号公報参照）。
【０００３】
しかし、吸・排気弁の開閉時期を任意に制御可能な可変動弁エンジンにおいては、該開閉時期、特に吸気弁の閉時期の制御により、シリンダ吸入空気量がステップ的に変化するため、上記方式ではシリンダ吸入空気量を高精度に算出することができない。
そこで、本願出願人は先に、以下のような算出方式を提案した。すなわち、エアフローメータの出力から算出されるマニホールド部へ流入する質量空気量及びシリンダ部へ流出する質量空気量の収支計算を行ってマニホールド部内の質量空気量を算出する。一方、吸気弁及び排気弁の開閉時期に基づいてシリンダに吸入される体積空気量を算出する。そして、前記マニホールド部内の質量空気量と予め判っているマニホールド部容積から算出される空気密度と、前記シリンダに吸入される体積空気量とからシリンダに吸入される質量空気量を算出するものである（特願平１１−２２３６８２号）。
【０００４】
かかる算出方式によれば、精度良くシリンダ吸入空気量を算出できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記算出方式による精度を十分確保するためには、エンジン停止時のマニホールド部内質量空気量の算出値を記憶して再始動時に用いるのが良い。図１２はエンジン停止時の様子を示し、エンジン停止後もマニホールド部に残存する負圧によりマニホールド部に空気が流入し、マニホールド部とマニホールド部に連通するシリンダ容積とを合わせた部分が大気圧に落ち着くまで空気が流入する。
【０００６】
しかし、前記マニホールド部内の質量空気量の収支計算において、エンジン停止（エンジン回転停止）検出後は、マニホールド部から流出する質量空気量を０として算出するため、エンジン停止時に算出されるマニホールド部内の質量空気量は、マニホールド部に連通するシリンダ容積分の空気量を余分に加算した値となってしまう。
【０００７】
なお、エンジン停止時のクランク角位置が一定であれば、マニホールド部に連通するシリンダ容積も一定となって、再始動時にマニホールド部質量空気量として一定の初期値を与えれば済むが、実際には各種要因によってクランク角位置は一定とならない。図１３は、エンジン停止時のクランク角位置に対して、マニホールド部に連通する各シリンダの上死点からのピストンストローク量を合計した総ストローク量（総シリンダ容積に略比例する）を示す。図で一点鎖線は各シリンダのピストンストローク量を示し、吸気弁が開き始めてマニホールド部に連通するとき、及び、吸気弁が閉じてマニホールド部との連通が遮断されるときに、ステップ的に増減する。図１４は、４気筒エンジンと６気筒エンジンについて、エンジン停止時のクランク角位置に対して、マニホールド部に連通する各シリンダの容積を合計した総シリンダ容積を示し、該総シリンダ容積は前記総ストローク量に略比例する。図示のように総シリンダ容積は、最大と最小との間で大きく異なる。一般的には各力のバランスにより複数のシリンダがマニホールド部に連通するところで停止する場合（図１４のＡ）が多いが、その場合でも相当のばらつきがあり、また、所定のシリンダの上死点位置で直立したコンロッドが圧縮反力を受けた状態で釣り合ってしまうような場合（図１４のＢ）もある。
【０００８】
このようにエンジン停止時にマニホールド部に連通するシリンダ容積が大きくばらつくと、再始動時のマニホールド部内質量空気量の初期値を正しく算出することができず、その後の収支計算ひいてはシリンダ吸入空気量の算出に誤差を生じてしまう。
なお、特許２９０１６１３号には、スロットル弁下流の吸気系吸入空気総重量を算出する際に、スロットルバルブ下流を大気圧として初期値を算出することが開示されているが、このものでは、具体的にどのようにして大気圧を求めるのか考慮されていないし、また、クランク角位置によって異なるマニホールド部に連通するシリンダ容積について何も考慮されていない。
【０００９】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、エンジン停止時のマニホールド部内質量空気量を正しく検出して、シリンダ吸入空気量を常に正確に算出できるようにしたエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1に係る発明は、
マニホールド部に流入する質量空気量とマニホールド部から流出する質量空気量との収支計算を行ってマニホールド部内の質量空気量を算出しつつ、該マニホールド部内の質量空気量とシリンダ容積とに基づいて、エンジンのシリンダに吸入される質量空気量を算出する装置であって、
エンジン停止時に前記収支計算により算出されたマニホールド部内の質量空気量を、エンジン停止時のクランク角位置に基づき補正して、エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を最終的に算出することを特徴とする。
【００１１】
請求項1に係る発明によると、
エンジン停止時のクランク角位置に応じてマニホールド部に連通するシリンダ容積が異なることによってばらつくマニホールド部内の質量空気量を、該エンジン停止時のクランク角位置に基づいて正しく算出する。
これにより、再始動時のマニホールド部内の質量空気量の初期値に前記エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を反映させることができ、以ってシリンダ吸入空気量を常に正確に算出することができる。
【００１２】
また、請求項2に係る発明は、
エンジン停止時のクランク角位置に基づいてマニホールド部に連通するシリンダの容積を算出し、該シリンダ容積とマニホールド部容積とに基づいて、エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を最終的に算出することを特徴とする。
【００１３】
請求項2に係る発明によると、
前記収支計算によってエンジン停止時に算出されたマニホールド部内の質量空気量は、既述のようにマニホールド部に連通するシリンダの容積（複数のシリンダが連通する場合はそれらの総容積）に吸入される空気量分を余分に含んで算出されている。
【００１４】
したがって、前記エンジン停止時に算出されたマニホールド部とマニホールド部に連通するシリンダ容積とに吸入されている合計の質量空気量を、マニホールド部とシリンダ容積とで比例配分することで、マニホールド部内の質量空気量を正確に算出することができる。
また、請求項3に係る発明は、
マニホールド部に流入する質量空気量の検出値が０となったときに前記収支計算を行って算出したマニホールド部内の質量空気量と、エンジン停止時のマニホールド部に連通するシリンダ容積及びマニホールド部容積とに基づいて、エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を最終的に算出することを特徴とする。
【００１５】
請求項3に係る発明によると、
既述のように、エンジン（の回転）が停止しても、マニホールド部内に残存する負圧によりマニホールド部に空気が流入し、マニホールド部とマニホールド部に連通するシリンダ容積とを合わせた部分が大気圧に落ち着くまで空気が流入する。
【００１６】
したがって、マニホールド部に流入する質量空気量の検出値が０となったときに前記収支計算で算出されるマニホールド部内の質量空気量が、前記大気圧に落ち着いた状態でマニホールド部とマニホールド部に連通するシリンダ容積とを合わせた部分に吸入されている質量空気量に相当するので、この算出値をマニホールド部とシリンダ容積とで比例配分することで、マニホールド部内の質量空気量を正確に算出することができる。
【００１７】
また、請求項4に係る発明は、
クランク角位置に対応してマニホールド部に連通するシリンダ容積を記憶しておき、前記エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を最終的に算出する際に参照することを特徴とする。
請求項4に係る発明によると、
エンジン停止時におけるクランク角位置毎のマニホールド部に連通するシリンダ容積は予め算出できるので、クランク角位置に対応して記憶しておけば、クランク角位置に基づいて参照するだけで容易に求めることができる。
【００１８】
また、請求項5に係る発明は、
前記最終的に算出したエンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を、エンジン再始動時のマニホールド部内質量空気量の初期値として用いることを特徴とする。
請求項５に係る発明によると、
最終的に算出したエンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を、そのままエンジン再始動時のマニホールド部内質量空気量の初期値として用いることで、最も簡易に再始動後の収支計算を続行できる。
【００１９】
また、請求項６に係る発明は、
エンジン停止時に算出したマニホールド部内の質量空気量に基づいて、大気圧を算出することを特徴とする。
請求項６に係る発明によると、
マニホールド部内の質量空気量が求まれば、予め判っているマニホールド部容積を用いてエンジン停止時の大気圧を推定算出することができる。
【００２０】
また、請求項７に係る発明は、
エンジン停止時に算出したマニホールド部内の質量空気量と、エンジン停止時の吸気温度検出値とに基づいて大気圧を算出することを特徴とする。
請求項７に係る発明によると、
エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量と、吸気温度と、予め判っているマニホールド部容積とにより、エンジン停止時の大気圧をより正確に算出することができる。
【００２１】
なお、請求項６，７で算出された大気圧は、後述のように再始動時のマニホールド部内の質量空気量収支計算を行う際の初期値として用いることができるが、その他の大気圧を用いることで精度が向上する制御にも用いることができる。
また、請求項８に係る発明は、
前記エンジン停止時に算出した大気圧を、エンジン再始動時の前記マニホールド部内質量空気量の収支計算において初期値として用いることを特徴とする。
【００２２】
請求項８に係る発明によると、
例えば、マニホールド部の収支計算においてマニホールド部から流出する質量空気量、つまり、シリンダに吸入される空気量を算出する際に大気圧によってシリンダ内新気割合が変化するので、エンジン停止時に算出した大気圧を用いることで算出精度を高めることができる。
【００２３】
また、請求項９に係る発明は、
エンジン停止時に算出した大気圧とエンジン再始動時の吸気温度検出値とに基づいて、エンジン再始動時のマニホールド部内質量空気量の初期値を算出することを特徴とする。
請求項９に係る発明によると、
エンジン停止時に算出した大気圧を再始動時の大気圧と略同一として用い、吸気温度は再始動時に検出された値を用いることで、再始動時のマニホールド部内質量空気量の初期値を正確に算出することができる。
【００２４】
また、請求項１０に係る発明は、
前記エンジン停止時のクランク角位置を、ロータリエンコーダにより検出することを特徴とする。
請求項1０に係る発明によると、
エンジン停止時のクランク角位置は、エンジンのゆり戻しがあるため、本発明のようにロータリエンコーダを用いることにより、クランク角位置を絶対位置として正確に検出することができる。
【００２５】
また、請求項１１に係る発明は、
吸気弁閉時期におけるシリンダ容積とシリンダ内新気割合とに基づいてシリンダに吸入される体積空気量を算出し、前記シリンダに吸入される体積空気量、マニホールド部内の質量空気量およびマニホールド部容積に基づいて、シリンダに吸入される質量空気量を算出することを特徴とする。
【００２６】
請求項１１に係る発明によると、
吸気弁閉時期におけるシリンダ容積とシリンダ内新気割合とに基づいてシリンダに吸入される体積空気量が算出される。一方、マニホールド部内の圧力、温度と、吸気行程終了時のシリンダ内の圧力、温度が等しいと仮定すれば、マニホールド部内の質量空気量をマニホールド部容積で除算したマニホールド部内の空気密度とシリンダ内の空気密度が等しいので、この関係を用いてシリンダに吸入される質量空気量を算出することができる。このように、マニホールド部の空気の流入量と流出量との収支計算を行いつつシリンダ吸入空気量を算出することで、シリンダ吸入空気量を応答性よく高精度に算出できる。
【００２７】
また、請求項１２に係る発明は、
停車時にエンジンのアイドル回転が停止されるアイドルストップ車両に適用されることを特徴とする。
アイドルストップ車両では、走行時に頻繁にアイドルストップされるので、エンジン停止時のマニホールド部内質量空気量を再始動時の演算に用いることの必要性が大きく、本発明の効果が大きい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す可変動弁エンジンを搭載したハイブリッド車両のパワートレインシステム図である。
起動用モータ２１で起動されるエンジン１の出力軸は、パウダクラッチ等のクラッチ２２を介して走行用モータ２３に動力伝達・切り離し自由に接続され、走行用モータ２３の出力軸は、変速機２４、ディファレンシャルギア２５を介して駆動輪２６に接続されている。
【００２９】
ドライバによるアクセル、ブレーキ、変速機シフト位置などの信号、車速信号、バッテリ充電状態の信号などが車両制御回路２７に入力され、該車両制御回路２７は、起動用モータ制御回路２８、エンジン制御回路２９、クラッチ制御回路３０、走行用モータ制御回路３１、変速機制御回路３２を介して各部を制御する。
【００３０】
また、本車両では、所定のアイドル条件で燃費および排気浄化性能改善のため、エンジン１を停止するいわゆるアイドルストップを行うようにしている。
図２は同上のエンジンのシステム図である。
エンジン１の吸気通路２には、吸入空気量Ｑａを検出するエアフローメータ３が設けられ、スロットル弁４により吸入空気量Ｑａを調節する。
【００３１】
エンジン１の各気筒には、燃焼室６内に燃料を噴射する燃料噴射弁７、燃焼室６内で火花点火を行う点火プラグ８が設けられており、吸気弁９を介して吸入された空気に対して前記燃料噴射弁７から燃料を噴射して混合気を形成し、該混合気を前記燃焼室６内で圧縮し、点火プラグ８による火花点火によって着火する。エンジン１の排気は、排気弁１０を介して燃焼室６から排気通路１１に排出され、図示しない排気浄化触媒及びマフラーを介して大気中に放出される。
【００３２】
前記吸気弁９及び排気弁１０は、それぞれ吸気弁側カム軸１２及び排気弁側カム軸１３に設けられたカムにより開閉駆動される。
吸気弁側カム軸１２、排気弁側カム軸１３には、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させることで、吸、排気弁の開閉時期を進遅角する油圧駆動式の可変バルブタイミング機構(以下、ＶＴＣ機構という)１４がそれぞれ設けられている。 ここで、前記スロットル弁４、燃料噴射弁７及び点火プラグ８の作動は、前記エンジン制御回路（ＥＣＵ）２９により制御され、該ＥＣＵ２９には、クランク角センサ１５、カムセンサ１８、水温センサ１６、エアフローメータ３等からの信号が入力される。
【００３３】
また、ＥＣＵ２９は、クランク角センサ１５及び吸気側、排気側それぞれのカム軸センサ１８からの検出信号に基づいて、クランク軸に対する吸気カム軸１２の回転位相（ＶＴＣ位相）、クランク軸に対する排気カム軸１３の回転位相（ＶＴＣ位相）をそれぞれ検出することで吸気弁９及び排気弁１０の開閉時期を検出すると共に、エンジンの負荷、エンジン回転速度Ｎｅ、冷却水温度Ｔｗ等の情報に基づいて吸気側カム軸１２及び排気側カム軸１３の目標位相角（進角値又は遅角値）を決定して、吸気弁９及び排気弁１０の開閉時期を制御する。さらに、前記クランク角センサ１５とは別に、後述する本発明に係るエンジン停止時の制御のためエンジン停止時のクランク角位置（絶対位置）を正確に検出するエンコーダ３１が設けられ、その検出信号がＥＣＵ２９に入力される。
【００３４】
前記燃料噴射弁７の燃料噴射時期及び燃料噴射量は、エンジン運転条件に基づいて制御するが、燃料噴射量は、基本的には、エアフローメータ３により計測される吸入空気量（質量流量）Ｑａに基づいて後述のごとく算出されるシリンダ吸入空気量（シリンダ部質量空気量）Ｃｃに対し、所望の空燃比となるように制御する。
【００３５】
点火栓８による点火時期は、エンジン運転条件に基づいて、ＭＢＴ（トルク上の最適点火時期）又はノック限界に制御する。
次に、燃料噴射量等の制御のためのシリンダ吸入空気量（シリンダに吸入される質量空気量）Ｃｃの算出について、図３以下のフローチャート等により、詳細に説明する。
【００３６】
ここで、図２中に示すように、エアフローメータ１４により計測される吸入空気量（質量流量）をＱａ（ｋｇ／ｈ）とするが、１／３６００を乗じて、（ｇ／ｍｓｅｃ）として扱う。
また、マニホールド部の圧力をＰｍ（Ｐａ）、容積をＶｍ（ｍ3 ；一定）、質量空気量をＣｍ（ｇ）、温度をＴｍ（Ｋ）とする。
【００３７】
また、シリンダ部の圧力をＰｃ（Ｐａ）、容積をＶｃ（ｍ3）、質量空気量をＣｃ（ｇ）、温度をＴｃ（Ｋ）とする。更に、シリンダ内新気割合をη（％）とする。
また、マニホールド部とシリンダ部とで、Ｐｍ＝Ｐｃ、Ｔｍ＝Ｔｃ（圧力及び温度は変化しない）と仮定する。
【００３８】
図３は吸気マニホールド部流入空気量算出ルーチンのフローチャートであり、所定時間Δｔ毎に実行される。
ステップ１では、エアフローメータ３の出力より算出された吸入空気量Ｑａ（質量流量；ｇ／ｍｓｅｃ）を読み込む。
ステップ２では、吸入空気量Ｑａの積分計算により、所定時間Δｔ毎にマニホールド部へ流入する空気量Ｃａ（質量空気量；ｇ）＝Ｑａ・Δｔを算出する。
【００３９】
図４はシリンダ吸入体積空気量算出ルーチンのフローチャートであり、所定時間Δｔ毎に実行される。
ステップ１１では、吸気弁９の閉時期ＩＶＣ、吸気弁９の開時期ＩＶＯ、排気弁１０の閉時期ＥＶＣを検出する。尚、これらは吸気弁９及び排気弁１０に対しリフトセンサを設けて直接的に検出してもよいが、ＥＣＵ２９での制御上の指令値（目標値）を用いることで簡素化できる。
【００４０】
ステップ１２では、吸気弁９の閉時期ＩＶＣから、該閉時期ＩＶＣにおけるシリンダ容積Ｖｃ1（ｍ3）を算出する。
ステップ１３では、吸気弁９の開時期ＩＶＯ、排気弁１０の閉時期ＥＶＣ、また必要によりＥＧＲ率により、シリンダ内新気割合η（％）を算出する。
すなわち、吸気弁９の開時期ＩＶＯと排気弁１０の閉時期ＥＶＣとにより、オーバーラップ量が定まり、オーバーラップ量が多くなる程、残ガス量（内部ＥＧＲ量）が大となるので、オーバーラップ量に基づいてシリンダ内新気割合ηを求める。また、ＶＴＣ機構を備えたエンジンでは、オーバーラップ量の制御により内部ＥＧＲを自在に制御できるので、一般にはＥＧＲ装置（外部ＥＧＲ）は設けないが、設ける場合は、更にそのＥＧＲ率により補正して、最終的なシリンダ内新気割合ηを求める。
【００４１】
ステップ１４では、前記シリンダ容積Ｖｃ1にシリンダ内新気割合ηを乗じて、シリンダ内の体積空気量Ｖｃ2（ｍ3）＝Ｖｃ1・ηを算出する。
ステップ１５では、次式のごとく、シリンダ内の体積空気量Ｖｃ2（ｍ3）にエンジン回転速度Ｎｅ（ｒｐｍ）を乗じて、Ｖｃ変化速度（体積流量；ｍ3／ｍｓｅｃ）を算出する。
【００４２】
Ｖｃ変化速度＝シリンダ内体積空気量Ｖｃ2・エンジン回転速度Ｎｅ・Ｋ
ここで、Ｋは単位を揃えるための定数で、Ｋ＝（１／３０）×（１／１０００）である。１／３０は、Ｎｅ（ｒｐｍ）をＮｅ（１８０ｄｅｇ／ｓｅｃ）に変換するためのものであり、１／１０００は、Ｖｃ変化速度（ｍ3／ｓｅｃ）をＶｃ変化速度（ｍ3／ｍｓｅｃ）に変換するためのものである。
【００４３】
また、一部気筒の稼働を停止させる制御を行う場合は、次式による。
Ｖｃ変化速度＝Ｖｃ2・Ｎｅ・Ｋ・ｎ／Ｎ
ｎ／Ｎは一部気筒の稼働を停止させる場合の稼働率であり、Ｎは気筒数、ｎはそのうちの稼働気筒数である。従って、例えば４気筒エンジンで、１気筒の稼働を停止させている場合は、ｎ／Ｎ＝３／４となる。尚、特定気筒の稼働を停止させる場合は、当該気筒の吸気弁及び排気弁を全閉状態に保持した上で、燃料カットを行う。
【００４４】
ステップ１６では、Ｖｃ変化速度（体積流量；ｍ3／ｍｓｅｃ）の積分計算により、所定時間Δｔあたりにシリンダに吸入される体積空気量Ｖｃ（ｍ3）＝Ｖｃ変化速度・Δｔを算出する。
図５は連続計算（マニホールド部吸気収支計算及びシリンダ吸入空気量算出）ルーチンのフローチャートであり、所定時間Δｔ毎に繰り返し実行される。また、図６には連続計算部をブロック図で示している。
【００４５】
ステップ２１では、マニホールド部吸気収支計算（マニホールド部質量空気量Ｃｍの収支計算）のため、次式のごとく、マニホールド部内の質量空気量の前回値Ｃｍ(n-1)に、図３のルーチンで求めたマニホールド部へ流入する質量空気量Ｃａ（＝Ｑａ・Δｔ）を加算し、また、マニホールド部からシリンダ部へ流出するシリンダ吸入空気量（質量空気量）Ｃｃ(n) を減算して、マニホールド部内の質量空気量Ｃｍ(n)（ｇ）を算出する。
【００４６】
Ｃｍ(n) ＝Ｃｍ(n-1) ＋Ｃａ−Ｃｃ(n)
ここで用いるＣｃ(n) は前回のルーチンで次のステップ２２により算出されたＣｃである。
ステップ２２では、シリンダ吸入空気量（シリンダ部質量空気量Ｃｃ）の算出のため、次式のごとく、図４のルーチンで求めた所定時間Δｔあたりのシリンダ吸入空気量（シリンダ部体積空気量）Ｖｃに、マニホールド部質量空気量Ｃｍを掛算し、また、マニホールド部容積Ｖｍ（一定値）で除算して、所定時間Δｔあたりのシリンダ吸入空気量（シリンダ部質量空気量）Ｃｃ（ｇ）を求める。
【００４７】
Ｃｃ＝Ｖｃ・Ｃｍ／Ｖｍ ・・・（１）
この（１）式は、次のように求められる。
気体の状態方程式Ｐ・Ｖ＝Ｃ・Ｒ・Ｔより、Ｃ＝Ｐ・Ｖ／（Ｒ・Ｔ）であるので、シリンダ部について、
Ｃｃ＝Ｐｃ・Ｖｃ／（Ｒ・Ｔｃ） ・・・（２）
となる。
【００４８】
ここで、Ｐｃ＝Ｐｍ、Ｔｃ＝Ｔｍと仮定するので、
Ｃｃ＝Ｐｍ・Ｖｃ／（Ｒ・Ｔｍ） ・・・（３）
となる。
一方、気体の状態方程式Ｐ・Ｖ＝Ｃ・Ｒ・Ｔより、Ｐ／（Ｒ・Ｔ）＝Ｃ／Ｖであるので、マニホールド部について、
Ｐｍ／（Ｒ・Ｔｍ）＝Ｃｍ／Ｖｍ ・・・（４）
となる。
【００４９】
この（４）式を（３）式に代入すれば、
Ｃｃ＝Ｖｃ・〔Ｐｍ／（Ｒ・Ｔｍ）〕＝Ｖｃ・〔Ｃｍ／Ｖｍ〕
となり、上記（１）式が得られる。
以上のように、ステップ２１，２２を繰り返し実行することにより、すなわち図６に示すように連続計算することにより、シリンダ吸入空気量であるシリンダ部質量空気量Ｃｃ（ｇ）を求めて、出力することができる。ここで、図６に示す連続計算は、エンジン回転が停止して、シリンダ部質量空気量Ｃｃが０になった後も、吸入空気量Ｑａが０になるまで継続され、詳細は後述するが、吸入空気量Ｑａが０になったときのマニホールド部質量空気量Ｃｍの演算値を利用して、エンジン停止時の大気圧が推定される。尚、ステップ２１，２２の処理順序は逆でもよい。
【００５０】
図７は後処理ルーチンのフローチャートである。
ステップ３１では、次式のごとく、シリンダ部質量空気量Ｃｃ（ｇ）を加重平均処理して、Ｃｃｋ（ｇ）を算出する。
Ｃｃｋ＝Ｃｃｋ×（１−Ｍ）＋Ｃｃ×Ｍ
Ｍは加重平均定数であり、０＜Ｍ＜１である。
【００５１】
ステップ３２では、加重平均処理後のシリンダ部質量空気量Ｃｃｋ（ｇ）を、燃料噴射が行われるサイクル周期に対応させるため、エンジン回転速度Ｎｅ（ｒｐｍ）を用いて、
Ｃｃｋ（ｇ／cycle）＝Ｃｃｋ／（１２０／Ｎｅ）
により、１サイクル（２回転＝720deg）毎のシリンダ部質量空気量（ｇ／cycle）に変換する。
【００５２】
尚、加重平均処理は、スロットル弁が大きく開いている（全開）時等の吸気の脈動が大きいときに限定して行うと、制御精度と制御応答性を両立させることができる。
図８はこの場合の後処理ルーチンのフローチャートである。ステップ３５でシリンダ部質量空気量Ｃｃ（ｇ）の変化量ΔＣｃを算出する。続いてステップ３６でこの変化量ΔＣｃが所定範囲内（所定値Ａより大きく所定値Ｂより小さい）か否かを判定する。所定範囲内の場合は、加重平均処理をする必要ないので、ステップ３７でＣｃｋ（ｇ）＝Ｃｃ（ｇ）とした後、ステップ３２で図７のステップ３２と同じに１サイクル（２回転＝720deg）毎のシリンダ部質量空気量Ｃｃｋ（ｇ／cycle）に変換する。変化量ΔＣｃが所定範囲外である場合は、ステップ３１で図７のステップ３１と同じにシリンダ部質量空気量Ｃｃ（ｇ）を加重平均処理してＣｃｋ（ｇ）を算出し、ステップ３２へ進む。
【００５３】
次に、本発明にかかる制御、すなわちエンジン停止時にマニホールド部の質量空気量を高精度に算出して、再始動時のマニホールド部の収支計算に反映させる制御について説明する。
図９は、エンジン停止時のメインルーチンを示す。
ステップ２０１では、エンジン停止時にマニホールド部の質量空気量及び大気圧を算出する。
【００５４】
図１０は、前記ステップ２０１のサブルーチンを示す。
ステップ１０１では、クランク角センサ１２の信号に基づいてエンジン回転が停止（エンジン停止）したかを判定する。
エンジン停止と判定されたときは、ステップ１０２ヘ進み、前記エンコーダ３１により検出したエンジン停止時のクランク角位置θｓにより、マニホールド部に連通するシリンダ容積Ｖｃｓを算出する。具体的には、クランク角位置θｓに対応したシリンダ容積Ｖｃｓを予めマップに記憶しておいて検索すれば容易である。
【００５５】
ステップ１０３では、エアフローメータ１４で検出される吸入空気量Ｑａが０となったかを判定する。
吸入空気量Ｑａ＝０となったと判定されると、ステップ１０４へ進み、エンジン停止時の最終的なマニホールド部内質量空気量Ｃｍｓを次式により算出する。
Ｃｍｓ＝Ｃｍ×Ｖｍ／（Ｖｍ＋Ｖｃｓ）
ここで、上式右辺のＣｍは図５のステップ２１で算出した最新のマニホールド部内質量空気量Ｃｍである。既述したように、エンジン停止時に算出されるＣｍは、マニホールド部に連通するシリンダ容積Ｖｃｓに吸入された空気量分がマニホールド部内の空気量分として余分に加算して求められている。そこで、上式により、Ｃｍからシリンダ容積Ｖｃｓに吸入された空気量分を差し引くことで、実際のエンジン停止時におけるマニホールド部内質量空気量Ｃｍｓを算出する。
【００５６】
ステップ１０５では、空気密度ρｓを次式により算出する。
ρｓ＝Ｃｍｓ／Ｖｍ
ステップ１０６では、前記空気密度ρｓより、大気圧Ｈを次式により算出する。
Ｈ＝ｋ１×（１＋ｋ２×Ｔ）×ρｓ
Ｔ：エンジン停止時吸気温度
ｋ１、ｋ２：状態方程式から定まる定数
図９に戻って、ステップ２０２では、イグニッションスイッチ（ＩＧＮＳＷ）がＯＦＦとなり（アイドルストップ時及び運転者による操作時）、かつ、前記ステップ１０６での大気圧算出後初回であるかを判別し、該条件が満たされたときに、ステップ２０３ヘ進んで、算出された大気圧Ｈを不揮発性メモリにＨｂｕとしてセットする。
【００５７】
図１１は、前記エンジン停止時に算出した大気圧に基づいて、再始動時にマニホールド部内の質量空気量Ｃｍの初期値を算出するルーチンを示す。
ステップ３０１では、電源投入後（イグニッションスイッチＯＮ後）初回かを判定する。
初回と判定されたときは、ステップ３０２へ進み、前記エンジン停止時に算出して記憶された大気圧Ｈｂｕを用いて、次式により始動時の空気密度ρｓｓを算出する。
【００５８】
ρｓｓ＝Ｈｂｕ／[ｋ１×（１＋ｋ２×Ｔｓ）]
Ｔｓ：始動時吸気温度
ｋ１、ｋ２：既述の定数
ステップ３０２は、前記始動時の空気密度ρｓｓに基づいて、始動時におけるマニホールド部内の質量空気量Ｃｍの初期値を算出する。
【００５９】
Ｃｍ＝ρｓｓ×Ｖｍ
このようにすれば、エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を正確に算出し、該算出値に基づいて再始動時のマニホールド部内の質量空気量の初期値を正確に算出でき、シリンダ吸入空気量Ｃｃを常に正確に算出できる。
なお、上記実施形態では、エンジン停止の都度大気圧を算出し、再始動の都度吸気温度検出値を用いてマニホールド部内の質量空気量Ｃｍを算出し直す構成としているため、山道走行時など運転中に大気圧や吸気温度が変化する場合に特に有効である。
【００６０】
しかし、通常走行（平地走行）でのアイドルストップ時は、大気圧、吸気温度共にあまり大きく変化しないと考えられる。そこで、簡易的には、エンジン停止時に最終的に算出したマニホールド部内の質量空気量Ｃｍ（ステップ１０４）を一時的に記憶しておき、再始動時にそのまま初期値として用いるだけの構成としても良く、それなりの効果が得られ、吸気温度センサが不要となり演算負荷を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態にかかる可変動弁エンジンを搭載したアイドルストップ車両のシステム構成を示す機能ブロック図。
【図２】 同上のエンジンのシステム図。
【図３】 マニホールド部流入空気量算出ルーチンのフローチャート。
【図４】 シリンダ吸入体積空気量算出ルーチンのフローチャート。
【図５】 連続計算（マニホールド部吸気収支計算及びシリンダ吸入空気量算出）ルーチンのフローチャート。
【図６】 連続計算部のブロック図。
【図７】 後処理ルーチンのフローチャート。
【図８】 後処理ルーチンの、他の例のフローチャート。
【図９】 エンジン停止時の制御のメインルーチンを示すフローチャート。
【図１０】同上制御のサブルーチンを示すフローチャート。
【図１１】エンジン再始動時の制御ルーチンを示すフローチャート。
【図１２】エンジン停止状態の各部の空気量の変化を示す線図。
【図１３】エンジン停止時のクランク角位置に対するマニホールド部に連通するシリンダの上死点からの総ストローク量を示す線図。
【図１４】エンジン停止時のクランク角位置に対するマニホールド部に連通するシリンダの総容積を示す線図。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 吸気通路
３ エアフローメータ
４ スロットル弁
７ 燃料噴射弁
８ 点火プラグ
９ 吸気弁
１０ 排気弁
１２ 吸気弁側カム軸
１３ 排気弁側カム軸
１４ 可変バルブタイミング機構
１５ クランク角センサ
２７ 車両制御回路
２９ エンジン制御回路（ＥＣＵ）
Claims (12)
- マニホールド部に流入する質量空気量とマニホールド部から流出する質量空気量との収支計算を行ってマニホールド部内の質量空気量を算出しつつ、該マニホールド部内の質量空気量とシリンダ容積とに基づいて、エンジンのシリンダに吸入される質量空気量を算出する装置であって、
エンジン停止時に前記収支計算により算出されたマニホールド部内の質量空気量を、エンジン停止時のクランク角位置に基づき補正して、エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を最終的に算出することを特徴とするエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。 - エンジン停止時のクランク角位置に基づいてマニホールド部に連通するシリンダの容積を算出し、該シリンダ容積とマニホールド部容積とに基づいて、エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を最終的に算出することを特徴とする請求項１に記載のエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。
- マニホールド部に流入する質量空気量の検出値が０となったときに前記収支計算を行って算出したマニホールド部内の質量空気量と、エンジン停止時のマニホールド部に連通するシリンダ容積及びマニホールド部容積とに基づいて、エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を最終的に算出することを特徴とする請求項２に記載のエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。
- クランク角位置に対応してマニホールド部に連通するシリンダ容積を記憶しておき、前記エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を最終的に算出する際に参照することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。
- 前記最終的に算出したエンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を、エンジン再始動時のマニホールド部内質量空気量の初期値として用いることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。
- 前記最終的に算出したエンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量に基づいて、大気圧を算出することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。
- 前記最終的に算出したエンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量と、エンジン停止時の吸気温度検出値とに基づいて大気圧を算出することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。
- 前記エンジン停止時に算出した大気圧を、エンジン再始動時の前記マニホールド部内質量空気量の収支計算において初期値として用いることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。
- 前記エンジン停止時に算出した大気圧とエンジン再始動時の吸気温度検出値とに基づいて、エンジン再始動時のマニホールド部内質量空気量の初期値を算出することを特徴とする請求項６または請求項７に記載のエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。
- 前記エンジン停止時のクランク角位置を、ロータリエンコーダにより検出することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載のエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。
- 吸気弁閉時期におけるシリンダ容積とシリンダ内新気割合とに基づいてシリンダに吸入される体積空気量を算出し、前記シリンダに吸入される体積空気量、マニホールド部内の質量空気量およびマニホールド部容積に基づいて、シリンダに吸入される質量空気量を算出することを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載のエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。
- 停車時にエンジンのアイドル回転が停止されるアイドルストップ車両に適用されることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１つに記載のエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。
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