JP2003013790A - 内燃機関の吸入空気量検出装置 - Google Patents

内燃機関の吸入空気量検出装置

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JP2003013790A
JP2003013790A JP2001198838A JP2001198838A JP2003013790A JP 2003013790 A JP2003013790 A JP 2003013790A JP 2001198838 A JP2001198838 A JP 2001198838A JP 2001198838 A JP2001198838 A JP 2001198838A JP 2003013790 A JP2003013790 A JP 2003013790A
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JP
Japan
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intake air
air amount
cylinder
cylinder intake
internal combustion
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JP2001198838A
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English (en)
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Hajime Hosoya
肇 細谷
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Hitachi Unisia Automotive Ltd
Original Assignee
Hitachi Unisia Automotive Ltd
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Publication date
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】シリンダ吸入空気量の検出性能を向上する。 【解決手段】スロットル弁開度と機関回転速度とに基づ
き、かつ、後述の補正係数kを用いて算出した第1のシ
リンダ吸入空気量Q1(S1,S2)を、定常運転時に
所定クランク角位置での筒内圧に基づいて算出した第2
のシリンダ吸入空気量Q2で除算して補正係数kを算出
し(S3〜S7)、マップテーブルに更新して記憶する
(S8)。

Description

【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の吸入空
気量を検出する装置に関する。
【従来の技術】内燃機関の吸入空気量を検出する方式と
して、点火時期前近傍の筒内圧検出値に基づいて検出す
る方式がある(SEA PAPAER No.9807
91“Adaptive Esimation of Cylinder Air Mass
Using the Combustion Pressure.)。このもので
は、精度よくシリンダ吸入空気量を検出できるが、点火
時期直前に検出するため、該検出時点では既に燃料噴射
を終了しており、燃料噴射量が1サイクル後のシリンダ
吸入空気量に対して設定されることになり、応答性に難
点があった。また、排気行程と吸気行程との筒内圧に基
づいてシリンダ吸入空気量を検出する方式もあるが、検
出される圧力が筒内圧センサのダイナミックレンジに対
して小さく、十分な検出精度を得ることができず、高速
時には検出前に燃料噴射が終了してしまうこともあっ
た。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、応答良くかつ高精度にシリンダ吸入空気量を
検出することができる内燃機関の吸入空気量検出装置を
提供することを目的とする。
【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、吸気系のスロットル弁開度と機関回転速度と
を検出しつつ、これらスロットル弁開度と機関回転速度
に基づいて第1のシリンダ吸入空気量を算出すると共
に、筒内圧を検出しつつ該筒内圧に基づいて第2のシリ
ンダ吸入空気量を算出し、これら第1及び第2のシリン
ダ吸入空気量の算出値に基づいて、シリンダ吸入空気量
を最終的に算出することを特徴とする。請求項1に係る
発明によると、応答の良い第1のシリンダ吸入空気量と
精度の良い第2のシリンダ吸入空気量とに基づいて最終
的なシリンダ吸入空気量を算出するので、応答良くかつ
高精度にシリンダ吸入空気量を検出することができる。
また、請求項2に係る発明は、第1のシリンダ吸入空気
量を、前記第2のシリンダ吸入空気量により補正して、
シリンダ吸入空気量を最終的に算出することを特徴とす
る。請求項2に係る発明によると、スロットル弁開度と
機関回転速度とに基づいて応答の良い第1のシリンダ吸
入空気量を基本とし、精度は良いが燃料噴射量の算出に
用いるには1サイクル分の遅れを生じる第2のシリンダ
吸入空気量によって、第1のシリンダ吸入空気量を補正
することにより、応答性を確保しつつ精度を高めるよう
に逐次補正することができる。また、請求項3に係る発
明は、前記第1のシリンダ吸入空気量の補正は、スロッ
トル弁開度と機関回転速度をパラメータとする第1のシ
リンダ吸入空気量の換算マップテーブルの補正であるこ
とを特徴とする。請求項3に係る発明によると、スロッ
トル弁開度と機関回転速度をパラメータとする第1のシ
リンダ吸入空気量の換算マップテーブルを補正すること
で、容易に補正を行うことができる。また、請求項4に
係る発明は、機関の定常運転状態で前記第2のシリンダ
吸入空気量の算出および該算出された第2のシリンダ吸
入空気量に基づいて、第1のシリンダ吸入空気量を補正
することを特徴とする。請求項4に係る発明によると、
機関の定常運転状態で算出した第2のシリンダ吸入空気
量に基づいて第1のシリンダ吸入空気量を補正すること
により、より精度の高い補正を行うことができる。ま
た、請求項5に係る発明は、前記第2のシリンダ吸入空
気量の算出に用いられる筒内圧は、点火時期前近傍の検
出値であることを特徴とする。請求項5に係る発明によ
ると、筒内圧が安定していて、かつ、燃焼前の最も高い
圧力条件で、第2のシリンダ吸入空気量を算出するた
め、算出精度を最大限高めることができる。また、請求
項6に係る発明は、前記第2のシリンダ吸入空気量を、
次式により算出することを特徴とする。 mair=p2・V2/(R・TAF)(V2/V1n-1−(T
RG/TAF)mRG−γ・mfuel1:下死点での最大シリンダ容積 V2:前記所定クランク角位置でのシリンダ容積 TAF:混合気温度(吸気温度) TRG:残留ガス温度 mRG:残留ガス質量 mfuel:蒸発燃料分質量 γ:定数 請求項6に係る発明によると、上記の演算式により、高
精度に第2のシリンダ吸入空気量を算出することができ
る。
【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は実施の形態における内燃機関のシステム構
成図である。この図1において、車両に搭載される内燃
機関1の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ2,吸気通
路3,モータで開閉駆動される電子制御式スロットル弁
4を介して空気が吸入される。各気筒の燃焼室内に燃料
(ガソリン)を直接噴射する電磁式の燃料噴射弁5が設
けられており、該燃料噴射弁5から噴射される燃料と前
記吸入される空気とによって燃焼室内に混合気が形成さ
れる。燃料噴射弁5は、コントロールユニット20から
出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電され
て開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射する。そし
て、噴射された燃料は、吸気行程噴射の場合は燃焼室内
に拡散して均質な混合気を形成し、また、圧縮行程噴射
の場合は点火栓6回りに集中的に層状の混合気を形成す
る。燃焼室内に形成される混合気は、点火栓6により着
火燃焼する。但し、内燃機関1を上記の直接噴射式ガソ
リン機関に限定するものではなく、吸気ポートに燃料を
噴射する構成の機関であっても良い。機関1からの排気
は排気通路7より排出され、該排気通路7には排気浄化
用の触媒8が介装されている。コントロールユニット2
0は、CPU,ROM,RAM,A/D変換器及び入出
力インターフェイス等を含んで構成されるマイコンを備
え、各種センサからの入力信号を受け、これらに基づい
て演算処理して、燃料噴射弁5,点火栓6などの作動を
制御する。前記各種センサとして、機関1のクランク角
を検出するクランク角センサ21、カム軸から気筒判別
信号を取り出すカムセンサ22が設けられており、前記
クランク角センサ21からの信号に基づき機関の回転速
度Neが算出される。この他、吸気通路3のスロットル
弁4上流側で吸入空気流量Q(質量流量)を検出するエ
アフローメータ23、アクセルペダルの踏込み量(アク
セル開度)APSを検出するアクセルセンサ24、スロ
ットル弁4の開度TVOを検出するスロットルセンサ2
5、機関1の冷却水温Twを検出する水温センサ26、
排気中の酸素濃度に応じて燃焼混合気の空燃比を検出す
る空燃比センサ27、車速VSPを検出する車速センサ
28、各気筒の点火栓6それぞれに対して座金として装
着される圧電素子からなる筒内圧センサ29、吸気温度
を検出する吸気温度センサ30などが設けられている。
前記コントロールユニット20は、機関負荷,機関回転
速度,冷却水温度,始動後時間などに基づいて目標空燃
比を設定すると共に、吸気行程噴射による均質燃焼と、
圧縮行程噴射による成層燃焼とのいずれかを選択する。
そして、前記目標空燃比に相当する燃料噴射量Tpを演
算する一方、目標空燃比として理論空燃比よりもリーン
な空燃比が設定されるときには、サイクル毎の燃焼圧力
ばらつきを抑制するための点火制御を前記点火栓6に対
して行う。ここで、本発明に係るシリンダ吸入空気量の
検出及びシリンダ吸入空気量に基づいて燃料噴射量を算
出する制御を、図2以下のフローチャートに従って詳細
に説明する。図2は、上記制御のフローチャートを示
す。ステップ1では、前記センサ類により検出される各
種検出値を読み込む。検出する。ステップ2では、スロ
ットル弁4の開度TVOと機関回転速度Neとに基づい
て、第1のシリンダ吸入空気量Q1を算出する。具体的
には、マップテーブルから第1のシリンダ吸入空気量の
基本値Q1bを検索し、この基本値Q1bに後述するよ
うにして求められる補正係数kを乗じて次式のように算
出する。 Q1=k・Q1b ステップ3では、前記第1のシリンダ吸入空気量Q1に
基づいて基本燃料噴射量Tp(=K・Q1/Ne:K定
数)を算出する。該基本燃料噴射量Tpに水温や必要に
応じて空燃比検出値に基づくフィードバック補正等を行
って最終的な燃料噴射量Tiを算出する。ステップ4で
は、機関運転状態が定常状態であるかを判定する。具体
的には、スロットル弁開度、機関回転速度、吸入空気流
量などの変化量が所定値以下のときに定常状態と判定す
る。定常状態と判定されるとステップ5へ進み、点火時
期前近傍の所定クランク角位置になったかを判定する。
前記所定クランク角位置になったと判定されたときは、
ステップ6へ進み、該所定クランク角位置での筒内圧p
2に基づいて、第2のシリンダ吸入空気量Q2を算出す
る。 mair(=Q2)=p2・V2/(R・TAF)(V2
1n-1−(TRG/TAF)mRG−γ・mfuel1:下死点での最大シリンダ容積 V2:前記所定クランク角位置でのシリンダ容積 TAF:混合気温度(吸気温度) TRG:残留ガス温度(排気温度センサの検出値またはエ
ンジン回転速度Neと負荷とに基づき設定したマップを
参照して求める) mRG:残留ガス質量(エンジン回転速度Neと負荷とに
基づき設定したマップを参照して求める) mfuel:蒸発燃料分質量(水温、吸気量とに基づき設定
したマップを参照して求めるか、壁流モデルによる予測
値を用いる) γ:定数(実験値) ステップ7では、補正係数k(=Q1/Q2)を算出す
る。ステップ8では、前記補正係数kにより、該補正係
数kを修正可能に記憶したマップテーブルの現在のスロ
ットル弁開度TVOと機関回転速度Neとで定まる運転
領域に記憶されている補正係数kを書き換える。なお、
完全に置き換える代わりにそれまで書き込まれていた値
との加重平均値を算出して、該加重平均値で書き換える
ようにしてもよい。このようにすれば、スロットル弁開
度TVOと機関回転速度Neとに基づいて算出される応
答の良い第1のシリンダ吸入空気量Q1を、筒内圧に基
づいて算出されるリアルタイムでは用いることができな
いが精度の良い第2のシリンダ吸入空気量Q2によって
逐次修正することで、応答性と精度とを両立したシリン
ダ吸入空気量の検出を行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態における内燃機関のシステム構成
図。
【図2】実施の形態に係るシリンダ吸入空気量検出制御
を示すフローチャート。
【符号の説明】
1…内燃機関 4…スロットル弁 5…燃料噴射弁 6…点火栓 20…コントロールユニット 29…筒内圧センサ 30…吸気温度センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3G084 BA03 BA05 DA04 DA05 EB06 EC04 FA02 FA07 FA10 FA33 3G301 HA01 HA14 JA13 JA20 KA21 LA01 LC10 MA11 MA12 NA08 NA09 NB20 PA01Z PA10Z PA11Z PA12Z PE01Z PE03Z PF03Z

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】吸気系のスロットル弁開度と機関回転速度
    とを検出しつつ、これらスロットル弁開度と機関回転速
    度に基づいて第1のシリンダ吸入空気量を算出すると共
    に、筒内圧を検出しつつ該筒内圧に基づいて第2のシリ
    ンダ吸入空気量を算出し、これら第1及び第2のシリン
    ダ吸入空気量の算出値に基づいて、シリンダ吸入空気量
    を最終的に算出することを特徴とする内燃機関の吸入空
    気量検出装置。
  2. 【請求項2】第1のシリンダ吸入空気量を、前記第2の
    シリンダ吸入空気量により補正して、シリンダ吸入空気
    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
    の内燃機関の吸入空気量検出装置。
  3. 【請求項3】前記第1のシリンダ吸入空気量の補正は、
    スロットル弁開度と機関回転速度をパラメータとする第
    1のシリンダ吸入空気量の換算マップテーブルの補正で
    あることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の吸入
    空気量検出装置。
  4. 【請求項4】機関の定常運転状態で前記第2のシリンダ
    吸入空気量の算出および該算出された第2のシリンダ吸
    入空気量に基づいて、第1のシリンダ吸入空気量を補正
    することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の吸入
    空気量検出装置。
  5. 【請求項5】前記第2のシリンダ吸入空気量の算出に用
    いられる筒内圧は、点火時期前近傍の検出値であること
    を特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載
    の内燃機関の吸入空気量検出装置。
  6. 【請求項6】前記第2のシリンダ吸入空気量を、次式に
    より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つに記載の内燃機関の吸入空気量検出装置。 mair=p2・V2/(R・TAF)(V2/V1n-1−(T
    RG/TAF)mRG−γ・mfuel1:下死点での最大シリンダ容積 V2:前記所定クランク角位置でのシリンダ容積 TAF:混合気温度(吸気温度) TRG:残留ガス温度 mRG:残留ガス質量 mfuel:蒸発燃料分質量 γ:定数
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