JP2000161113A - エンジンの吸入空気量検出装置 - Google Patents

エンジンの吸入空気量検出装置

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JP2000161113A
JP2000161113A JP10341195A JP34119598A JP2000161113A JP 2000161113 A JP2000161113 A JP 2000161113A JP 10341195 A JP10341195 A JP 10341195A JP 34119598 A JP34119598 A JP 34119598A JP 2000161113 A JP2000161113 A JP 2000161113A
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intake air
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崇彦 平澤
Hatsuo Nagaishi
初雄 永石
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Abstract

(57)【要約】 【課題】吸気絞り弁の開度が変化したり、吸気弁の開閉
タイミングが大きく変化する時であっても、エアフロー
メータの検出結果を基に、エンジンのシリンダ吸入空気
量を精度良く検出できるようにする。 【解決手段】エアフローメータにより吸入空気流量(質
量流量)Qaを検出する(S1)。一方、吸気マニホー
ルド内の吸気圧力Pmを検出し(S2)、吸気圧力Pm
の変化量ΔPmを算出する(S3)。また、吸気マニホ
ールド内の吸気温度Tmを検出する(S4)。そして、
シリンダ吸入空気変化量ΔQcを、 ΔQc=Qa−ΔPm・K K=Vm/R/Tm(Vmは吸気容積部の体積,Rは気
体定数)として算出し、該シリンダ吸入空気変化量ΔQ
cを積算してシリンダ吸入空気量Qcを求める(S
5)。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はエンジンの吸入空気
量検出装置に関し、詳しくは、吸気絞り弁の開度が変化
したり、吸気弁の開閉タイミングが大きく変化する過渡
時において、シリンダ吸入空気量を精度良く検出するた
めの技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、エアフローメータの検出結果
を加重平均すると共に、前記加重平均における重み係数
を変化させて、エンジンの吸入空気量を検出する構成が
知られている(特開平2−227528号公報,特開平
2−286850号公報等参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のエア
フローメータを用いた吸入空気量の検出では、吸気絞り
弁の開度が変化したり、吸気弁の開閉タイミングが大き
く変化して、吸気圧力が変化する過渡時において、実際
にシリンダ内に吸引される空気量とエアフローメータに
よる吸入空気量の検出結果との間に誤差が生じ、これに
よって、空燃比制御精度が低下し、以て、運転性や排気
性能を悪化させることがあった。
【0004】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、吸気絞り弁の開度が変化したり、吸気弁の開閉タ
イミングが大きく変化する過渡時であっても、シリンダ
吸入空気量を精度良く検出できる吸入空気量検出装置を
提供し、以て、過渡時における空燃比制御の精度を向上
させることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】そのため、請求項1に係
る発明は、エンジンの吸入空気流量を検出するエアフロ
ーメータと、エンジンの吸気圧力を検出する吸気圧セン
サと、前記エアフローメータで検出された吸入空気流量
を、前記吸気圧センサで検出される吸気圧力の変化量に
基づいて補正して、シリンダ吸入空気量を求めるシリン
ダ吸入空気量検出手段と、を備えて構成される。
【0006】かかる構成によると、吸気絞り弁の開度が
変化したり、吸気弁の開閉タイミングが大きく変化し、
これによって、吸気圧力が変化すると、該圧力変化に応
じてエアフローメータによる検出結果が補正される。
【0007】例えば吸気圧力が上昇変化を示すときに
は、エアフローメータで検出される空気量が全てシリン
ダに吸引されるのではなく、エアフローメータで検出さ
れる空気量の一部がシリンダ内に吸引されずに吸気系に
充填されて圧力上昇を招いていることになるので、エア
フローメータによる検出結果から前記充填分を減算した
量をシリンダ吸入空気量とする。逆に、吸気圧力が減少
変化を示すときには、それまでに吸気系に充填されてい
た空気の一部がシリンダ内に吸引されて圧力降下を招い
ていることになるので、エアフローメータによる検出結
果に前記吸気系からの吸い出し分を付加した量をシリン
ダ吸入空気量とする。
【0008】請求項2記載の発明では、前記シリンダ吸
入空気量検出手段が、前記エアフローメータで検出され
た吸入空気流量を前記吸気圧センサで検出される吸気圧
力の変化量に基づいて補正した結果を吸気行程中に積算
して、シリンダ吸入空気量を各気筒別に求める構成とし
た。
【0009】かかる構成によると、圧力変化に基づいて
補正が加えられた吸入空気量を、各気筒の吸気行程毎に
積算することで、各気筒別のシリンダ吸入空気量が求め
られることになる。
【0010】請求項3記載の発明では、吸気温度を検出
する吸気温センサを備え、前記シリンダ吸入空気量検出
手段が、前記吸気圧センサで検出される吸気圧力の変化
量と前記吸気温センサで検出される吸気温度とに基づい
て、前記エアフローメータで検出された吸入空気流量を
補正してシリンダ吸入空気量を求めるよう構成した。
【0011】かかる構成によると、吸気圧力の変化分に
見合う空気量(質量)は、吸気温度によって異なること
になるので、吸気マニホールド内の吸気温度を検出し、
圧力変化量に基づく吸入空気量の補正に吸気温度による
修正を加える。
【0012】請求項4記載の発明では、前記シリンダ吸
入空気量検出手段が、前記エアフローメータで検出され
た吸入空気流量をQa、前記吸気圧力の変化量をΔP
m、吸気弁上流の容積部の体積をVm、気体定数をR、
吸気温度をTmとしたときに、シリンダ吸入空気変化量
ΔQcを、 ΔQc=Qa−ΔPm・(Vm/R/Tm) として求め、該シリンダ吸入空気変化量ΔQcを積算し
てシリンダ吸入空気量Qc検出する構成とした。
【0013】かかる構成によると、圧力変化ΔPmに見
合う空気量(質量)は、圧力変化を生じた容積部の体積
Vm、温度Tm、気体定数Rによって異なるので、これ
らのパラメータに基づいて、容積部に充填される空気量
又は容積部から吸い出される空気量を求めるようにし
た。
【0014】尚、吸気絞り弁を備えるエンジンでは、前
記容積部は、吸気弁から吸気絞り弁までの部分であり、
また、吸気絞り弁を備えずに例えば吸気弁の閉時期を可
変に制御することでシリンダ吸入空気量を制御するエン
ジンでは、前記容積部は、吸気弁からエアクリーナ直前
までの部分となる。即ち、前記容積部を、吸気弁から上
流側の絞り部までの部分とすれば良い。
【0015】
【発明の効果】請求項1記載の発明によると、吸気絞り
弁の開度が変化したり、吸気弁の開閉タイミングが大き
く変化し、これによって吸気圧力が変化しても、該圧力
変化を生じさせた空気量に応じてエアフローメータの検
出結果を補正するので、過渡時であってもシリンダ吸入
空気量を高精度に検出することが可能となり、以て、過
渡時の空燃比制御精度が向上するという効果がある。
【0016】請求項2記載の発明によると、過渡時の検
出精度を確保できると共に、各気筒別にシリンダ吸入空
気量を求めることができるという効果がある。請求項3
記載の発明によると、前記圧力変化に見合う質量として
の空気量をそのときの吸気温度から精度良く求めること
ができ、以て、エアフローメータで検出される質量流量
を高精度に補正することができるという効果がある。
【0017】請求項4記載の発明によると、吸気温度の
他に、圧力変化が生じる容積部の体積や気体定数に基づ
いて、前記圧力変化に見合う質量としての空気量をより
高精度に求めることができ、以て、エアフローメータで
検出される質量流量をより高精度に補正することができ
るという効果がある。
【0018】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。実施の形態の全体構成を示す図1に
おいて、4気筒ガソリンエンジン1には、弁駆動装置2
により開閉が電子制御される吸気弁3及び排気弁4が各
気筒に装着されている。
【0019】各気筒の吸気弁3上流側の吸気ポート5に
は、燃料噴射弁6が装着され、燃焼室7には点火栓8が
装着されている。また、前記点火栓8毎に点火コイル9
が設けられている。
【0020】エンジン1の本体には、各気筒の基準クラ
ンク角で基準信号を出力すると共に、単位クランク角毎
に単位角信号を出力するクランク角センサ10、吸入空気
流量を質量流量として検出するホットワイヤー式等のエ
アフローメータ11、冷却水温度を検出する水温センサ1
2、吸気マニホールド13のコレクタ部に設けられて吸気
圧力を検出する吸気圧センサ14、吸気マニホールド13内
の吸気温度を検出する吸気温センサ15が装着される。こ
の他、図示しない車両のアクセルペダルの開度APOを
検出するアクセル開度センサ16や車速センサ17等が配設
されている。
【0021】前記各種センサ類の検出信号はコントロー
ルユニット18に出力され、コントロールユニット18は、
これらの検出信号に基づいて前記燃料噴射弁6に噴射パ
ルス信号を出力して噴射量・噴射時期の制御を行い、前
記点火コイル9に点火信号を出力して点火時期の制御を
行い、更に、前記弁駆動装置2に弁駆動信号を出力して
吸気弁3及び排気弁4の開閉を制御する。
【0022】前記弁駆動装置2の構成を図2に示す。図
2において電磁駆動弁を構成する弁駆動装置2は、シリ
ンダヘッド上に設けられる非磁性材料製のハウジング21
と、吸気弁3(又は排気弁4、以下吸気弁3で代表す
る) のステム31に一体に設けられてハウジング21内に移
動自由に収納されるアーマチュア22と、該アーマチュア
22を吸引して吸気弁3を閉弁作動させる電磁力を発揮可
能なようにアーマチュア22の上面に対向する位置でハウ
ジング21内に固定配置される閉弁用電磁石23と、該アー
マチュア22を吸引して吸気弁3を開弁作動させる電磁力
を発揮可能なようにアーマチュア22の下面に対向する位
置でハウジング21内に固定配置される開弁用電磁石24
と、吸気弁3の閉弁方向に向けてアーマチュア22を付勢
する閉弁側戻しバネ25と、吸気弁3の開弁方向に向けて
アーマチュア22を付勢する開弁側戻しバネ26と、を備え
て構成される。そして、閉弁用電磁石23と開弁用電磁石
24とを共に消磁したときに、吸気弁3は全開位置と閉弁
位置との間の略中央位置にあるように、閉弁側戻しバネ
25と開弁側戻しバネ26とのバネ力が設定され、閉弁用電
磁石23のみを励磁したときに吸気弁3は閉弁し、開弁用
電磁石24のみを励磁したときに吸気弁3は開弁するよう
に駆動される。
【0023】前記弁駆動装置2による吸気弁3及び排気
弁4の開閉時期は、エンジン1の運転条件に基づいて設
定された目標開閉時期となるように制御されるが、特
に、吸気弁3の吸気下死点前の閉時期IVCを、アクセ
ル開度APOとエンジン回転速度Ne、或いはこれらに
基づいて設定された目標のシリンダ吸入空気量(要求ト
ルク)などに基づいて広範囲に可変制御してシリンダ吸
入空気量を各気筒毎に制御するようになっており、これ
により、所謂早閉じミラーサイクルが構成される。
【0024】以下に、前記吸気弁3の閉時期IVCの制
御の詳細を、図5のフローチャートに従って説明する。
ステップ21では、基本目標空気量TTAを計算する。
具体的には、図6のマップを参照し、アクセル開度AP
Oとエンジン回転速度Neとから、要求トルク相当の基
本目標空気量TTAを設定する。
【0025】ステップ22では、アイドル空気量ISC
を計算する。具体的には、アイドル空気量ISCは、次
式のように、アイドル制御分ISCQと負圧制御分BC
Vとのうち大きい方とする。
【0026】ISC=MAX(ISCQ,BCV) アイドル制御分ISCQは、次式のごとく、補機負荷
(エアコン、パワステ、電気負荷など)の状態に基づい
て定められる補機負荷補正分ISCLDと、アイドル運
転時に実アイドル回転数を目標アイドル回転数と比較し
て設定されるアイドル回転数フィードバック補正分であ
る積分分ISCI及び比例分ISCPを加算して、算出
する。
【0027】 ISCQ=ISCLD+ISCI+ISCP 負圧制御分BCVは、吸気弁の早閉じ制御によりシリン
ダ内の負圧が過大となってオイル上がりを生じるのを防
止すべく、エンジン回転速度Neに応じて設定する。
【0028】ステップ23では、次式のごとく、基本目
標空気量TTAに、アイドル空気量ISCを加算して、
目標空気量TTPを算出する。 TTP=TTA+ISC ステップ24では、吸気弁閉時期IVCφを計算する。
具体的には、図7のテーブルを参照し、目標空気量TT
Pから、吸気弁閉時期IVC(排気上死点後のクランク
角度)を設定する。尚、エンジン回転速度Neによって
吸入空気の慣性により充填効率が変化することから、目
標空気量TTPと、エンジン回転速度Neとから、吸気
弁閉時期IVCを設定するようにしてもよい。
【0029】ステップ25では、吸気弁3の閉指令から
実際に閉じるまでの動作遅れ時間(例えば3ms)をク
ランク角に変換することにより、遅れ角IVDLYを求
める。
【0030】ステップ26では、次式のごとく、吸気弁
閉時期IVCφから遅れ角IVDLYを減算して、吸気
弁閉時期(指令値)IVCを求める。 IVC=IVCφ−IVDLY 以上により吸気弁閉時期(指令値)IVCが決定され、
該吸気弁閉時期(指令値)IVCにおいて吸気弁3を閉
指令が出力される。
【0031】尚、吸気弁の開時期は、図8に示すよう
に、排気上死点付近の略一定タイミングとする。また、
図8に示すように、燃料噴射量Ti,燃料噴射時期I/
T,吸気弁閉時期IVCは例えば10ms毎に計算され、
所定のクランク角位置(例えば排気上死点前110°C
A)の基準クランク角信号REFに同期して、燃料噴射
時期I/Tを、このときに最新に算出されている燃料噴
射時期I/Tによって確定する。そして、確定された燃
料噴射時期I/Tになると、燃料噴射量Tiを、このと
きに最新に算出されている燃料噴射量Tiによって確定
し、同時に、吸気弁閉時期IVCを、このときに最新に
算出されている吸気弁閉時期IVCによって確定するよ
うにしてある。
【0032】尚、上記図1に示すエンジン1では、吸気
絞り弁を備えずに、吸気弁3の閉時期を制御することで
シリンダ吸入空気量を制御する構成としたが、吸気絞り
弁を備え、該吸気絞り弁の開度によってシリンダ吸入空
気量が調整される構成のエンジンであっても良い。ま
た、吸気絞り弁を備えるエンジンの場合には、吸気弁3
及び排気弁4の開閉時期は固定であっても良いし、ま
た、前記弁駆動装置2やカム駆動式動弁系において開閉
時期を変更できる可変バルブタイミング機構などによっ
て吸気弁3及び排気弁4の開閉時期が変更される構成で
あっても良い。
【0033】ここで、図3の制御ブロック図に従って、
コントロールユニット18による吸入空気量の検出制御及
び燃料噴射制御の様子を説明する。吸入空気量算出部51
では、エアフローメータ11からの検出信号を入力し、該
検出信号に基づいて単位時間t毎の吸入空気量(質量)
Qa(t) を算出する。
【0034】一方、インマニ圧力算出部52では、吸気圧
センサ14からの検出信号を入力し、該検出信号に基づい
て吸気圧力Pmを単位時間t毎に算出する。インマニ圧
力記憶部53では、前記インマニ圧力算出部42における前
回の算出結果を記憶保持する。
【0035】インマニ圧力変化量演算部54では、前記イ
ンマニ圧力算出部52で最新に算出された吸気圧力Pm
(t) と、前記インマニ圧力記憶部53に記憶されている前
回の算出結果Pm(t-1) との差として、単位時間t当た
りの吸気圧力変化量ΔPm(t)(ΔPm(t) =Pm(t)
−Pm(t-1) )を演算する。
【0036】単位時間シリンダ空気量演算部55では、前
記吸入空気量算出部51で算出された吸入空気量Qa(t)
と、前記インマニ圧力変化量演算部54で算出された吸気
圧力変化量ΔPm(t) と、吸気温センサ15で検出される
吸気温度Tm(t) とに基づき、下式に従って、単位時間
t当たりのシリンダ吸入空気変化量ΔQc(t) を演算す
る。
【0037】 ΔQc(t) =Qa(t) −ΔPm(t) ・K(t) ・・・(1) K(t) =Vm/R/Tm(t) ・・・・・・・・・・(2) 但し、前記Vmは容積部の体積、Rは気体定数であり、
予め固定値としてそれぞれ記憶されている。
【0038】尚、本実施形態のように吸気絞り弁を備え
ないエンジンの場合には、前記体積Vmを、吸気弁3か
らエアクリーナ(図示省略)直前まで容積部の体積と
し、吸気絞り弁を備える場合には、吸気弁3から吸気絞
り弁まで容積部の体積とすれば良い。即ち、前記容積部
とは、吸気弁から上流側の絞り部までの吸気系を示すこ
とになる。
【0039】上式において、ΔPm(t) ・K(t) は、吸
気圧力変化に対応する空気量であり、例えば圧力Pmの
上昇変化時であれば、エアフローメータ11で検出される
空気量に含まれるものの、吸気マニホールド13等の容積
部に充填されてシリンダ内に吸引されない空気量に相当
し、逆に、圧力Pmの下降変化時であれば、エアフロー
メータ11で検出される空気量に含まれずに、吸気マニホ
ールド13等の容積部から吸い出されてシリンダ内に吸引
される空気量に相当する。
【0040】従って、Qa(t) −ΔPm(t) ・K(t) と
すれば、圧力上昇時には、エアフローメータ11の検出結
果から吸気マニホールド13等の容積部に充填される空気
量を減算することになり、圧力下降時には、エアフロー
メータ11の検出結果に対して吸気マニホールド13等の容
積部から吸い出されてシリンダ内に吸引される空気量を
加算することになり、いずれの場合にも、エアフローメ
ータ11の検出結果と実際のシリンダ吸入空気量との間の
誤差を解消する補正が施されることになる。
【0041】前記吸気マニホールド13等の容積部におけ
る吸気圧力変化は、吸気弁3の閉時期が大きく変化した
ときや、吸気絞り弁を備えるエンジンでは、前記吸気絞
り弁の開度が変化する過渡運転時に発生するが、上記構
成により、吸気弁3の閉時期が大きく変化したり、吸気
絞り弁の開度が変化しても、シリンダ吸入空気量を精度
良く検出して、空燃比制御精度を確保できることにな
る。
【0042】シリンダ空気量演算部56では、前記シリン
ダ吸入空気変化量ΔQc(t) を、各気筒の吸気行程中
(吸気弁3の開期間中)において積算して、各気筒別の
シリンダ吸入空気量Qcを演算する。
【0043】そして、燃料噴射量演算部57では、前記各
気筒別のシリンダ吸入空気量Qcに基づいて各気筒別に
燃料噴射量を演算し、燃料噴射制御部58では、前記各気
筒別の燃料噴射量に応じた噴射パルス信号を噴射タイミ
ングの気筒の燃料噴射弁6に出力する。
【0044】図4のフローチャートは、上記図3の制御
ブロック図に示したシリンダ空気量の検出制御の様子を
示すものである。S1では、エアフローメータ11からの
検出信号に基づいて単位時間t毎の吸入空気量(質量)
Qa(t) を求める。
【0045】S2では、吸気圧センサ14からの検出信号
に基づいて、吸気圧力Pmを求める。S3では、前記吸
気圧センサ14で検出された最新の圧力Pm(t) と単位時
間前に検出された圧力Pm(t-1) との差として、圧力P
mの変化量ΔPm(t) を演算する。
【0046】S4では、吸気温センサ15からの検出信号
に基づいて、吸気マニホールド13内の吸気温度Tm(t)
を求める。S5では、前記吸入空気量Qa(t) ,圧力変
化量ΔPm(t) 及び吸気温度Tm(t) に基づき、前記
(1)式及び(2)式に示すようにして、単位時間当た
りのシリンダ吸入空気変化量ΔQc(t) を求めると共
に、該シリンダ吸入空気変化量ΔQc(t) を吸気行程毎
に積算して、各気筒別のシリンダ吸入空気量Qcを求め
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態に係るシステム構成図。
【図2】同上実施の形態における弁駆動装置の構成を示
す断面図。
【図3】同上実施の形態における制御ブロック図。
【図4】同上実施の形態における空気量の検出制御を示
すフローチャート。
【図5】吸気弁3の閉時期による吸入空気量制御の様子
を示すフローチャート。
【図6】前記吸入空気量制御における基本目標空気量T
TA設定用マップを示す図。
【図7】前記吸入空気量制御における吸気弁閉時期IV
C設定用テーブルを示す図。
【図8】気筒毎の噴射時期,吸気弁閉時期の制御タイミ
ングを示すタイミングチャート。
【符号の説明】
1 エンジン 2 弁駆動装置 3 吸気弁 4 排気弁 6 燃料噴射弁 7 燃焼室 10 クランク角センサ 11 エアフローメータ 12 水温センサ 13 吸気マニホールド 14 吸気圧センサ 15 吸気温センサ 16 アクセル開度センサ 17 車速センサ 18 コントロールユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01F 15/02 G01F 15/02 (72)発明者 松本 幹雄 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 Fターム(参考) 2F031 AC03 AC10 AD03 3G084 AA03 DA04 EA05 EA07 EC04 FA02 FA08 FA11 3G301 HA01 HA06 HA19 JA00 KA11 MA01 NA09 PA01Z PA02Z PA04Z PA07Z PA08Z PA10Z PE03Z PE08Z PF01Z PF03Z

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エンジンの吸入空気流量を検出するエアフ
    ローメータと、 エンジンの吸気圧力を検出する吸気圧センサと、 前記エアフローメータで検出された吸入空気流量を、前
    記吸気圧センサで検出される吸気圧力の変化量に基づい
    て補正して、シリンダ吸入空気量を求めるシリンダ吸入
    空気量検出手段と、 を含んで構成されることを特徴とするエンジンの吸入空
    気量検出装置。
  2. 【請求項2】前記シリンダ吸入空気量検出手段が、前記
    エアフローメータで検出された吸入空気流量を前記吸気
    圧センサで検出される吸気圧力の変化量に基づいて補正
    した結果を吸気行程中に積算して、シリンダ吸入空気量
    を各気筒別に求めるよう構成されたことを特徴とする請
    求項1記載のエンジンの吸入空気量検出装置。
  3. 【請求項3】吸気温度を検出する吸気温センサを備え、
    前記シリンダ吸入空気量検出手段が、前記吸気圧センサ
    で検出される吸気圧力の変化量と前記吸気温センサで検
    出される吸気温度とに基づいて、前記エアフローメータ
    で検出された吸入空気流量を補正してシリンダ吸入空気
    量を求めるよう構成したことを特徴とする請求項1又は
    2に記載のエンジンの吸入空気量検出装置。
  4. 【請求項4】前記シリンダ吸入空気量検出手段が、前記
    エアフローメータで検出された吸入空気流量をQa、前
    記吸気圧力の変化量をΔPm、吸気弁上流の容積部の体
    積をVm、気体定数をR、吸気温度をTmとしたとき
    に、シリンダ吸入空気変化量ΔQcを、 ΔQc=Qa−ΔPm・(Vm/R/Tm) として求め、該シリンダ吸入空気変化量ΔQcを積算し
    てシリンダ吸入空気量Qc検出することを特徴とする請
    求項3記載のエンジンの吸入空気量検出装置。
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