JP2006097550A - 内燃機関の駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関に吸入される吸入空気の空気量の検出精度を向上させる。
【解決手段】実際に吸入空気が吸入されるタイミングと、エアフローメータ７２によって吸入空気量が検出されるタイミングとから計測遅れ時間Ｔｄを算出し、実際にシリンダ室に吸入空気が吸入されている実吸入時間Ｔｒに基づいて吸入空気の空気量を検出する空気量検出時間Ｔｉが設定される。そして、吸気行程間となる空気量検出時間Ｔｉ以外の吸入空気量の平均値Ｑａが算出され、今回の吸気行程における空気量検出時間Ｔｉ(ｎ＋１)の半分の時間が経過したことが確認された後に、空気量補正係数Ｋａが乗算され、且つ、空気量検出時間Ｔｉ(ｎ＋１)で除算することにより、前記空気量検出時間Ｔｉ(ｎ＋１)における吸入空気量Ｑｉｎから吸入空気量の平均値Ｑａを減算してシリンダ室に吸入される推定吸入空気量Ｑｐが推定される。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関に吸入される吸入空気を検出し、前記吸入空気の吸入空気量に基づいて内燃機関を駆動制御することが可能な内燃機関の駆動制御方法に関する。

従来から、車両等に用いられる内燃機関には、燃焼室となるシリンダに対して吸入エアを吸入するための吸気管が接続され、前記吸気管が接続されるシリンダの吸気ポートには、前記シリンダと吸気管との間の連通状態を切り換え可能な吸気弁が設けられている。そして、前記吸気弁が開弁することにより、前記吸気管を介してシリンダの内部に吸入エアが吸入される。

この吸気管には、前記吸気管の内部に流通する吸入エアの流量（空気量）を調整するためのスロットルバルブが設けられ、前記スロットルバルブを開閉動作させることにより、シリンダの内部に吸入される吸入エアの空気量を調整している。吸気管におけるスロットルバルブの上流側には、前記吸気管内を流通する吸入エアの空気量を測定検出する手段として空気流量センサが設けられている。また、一方、吸気管におけるスロットルボディの下流側には、サージタンクが設けられ、前記サージタンクには、吸気管内の圧力を検出する圧力センサが設けられている。

そして、前記空気流量センサによって検出された検出信号が制御回路へと出力され、前記検出信号からシリンダ内に吸入される吸入エアの空気量（質量又は体積）が演算される。その後、前記空気量に対して内燃機関の運転状態に応じた最適な燃料噴射量が演算され、前記制御回路で算出された結果に基づいて制御信号が燃料噴射装置へと出力されて前記燃料噴射装置の制御が行われる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１９０５９１号公報

ところで、特許文献１に係る従来技術においては、例えば、車両を急加速させる際に、前記スロットルバルブを急速に開状態とした場合に、実際にシリンダの内部に吸入される吸入エアに加えて、負圧状態にある吸気管のサージタンク内を充填するための吸入エアが前記吸気管の内部に導入される。これにより、空気流量センサによって検出される空気量は、実際に内燃機関のシリンダに吸入される吸入エアと、吸気管内に充填される吸入エアの一部とが合算されたものとなる。

そのため、前記空気流量センサとは別個にスロットルバルブの下流側に設けられた圧力センサによって前記吸気管の内部の吸入エアの圧力値を検出することにより、前記吸気管の内部に充填された空気量を推定している。そして、この推定された空気量を前記空気流量センサによって検出された全空気量から減算することにより、実際にシリンダへと吸入される吸入エアの空気量を推定してエンジン制御を行う必要がある。

しかしながら、上述した吸気装置では、シリンダに吸入される吸入エアの空気量は、吸気管においてスロットルボディの上流側に設けられた空気流量センサによって検出された空気量及び圧力センサによって検出された圧力値に基づいて推定されたものであるため、実際にシリンダに吸入される空気量を正確に把握することができず、前記空気量に基づいて行われる燃料の噴射量を高精度に制御することが困難である。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、内燃機関に吸入される吸入空気の空気量の検出精度を向上させ、高精度なエンジン制御を行うことが可能な内燃機関の駆動制御方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、内燃機関の本体部に接続される吸気マニホールドを備え、前記吸気マニホールドは、複数に分岐して且つ並列に形成された分岐管と、前記分岐管と連通する集合管とを有し、前記集合管に接続された絞り弁を開閉させることにより、前記吸気マニホールドの主吸気通路を通じて吸入空気が前記内燃機関に吸入され、前記内燃機関を駆動制御する方法であって、
前記主吸気通路とは別個に設けられると共に、並列に配設された複数の分岐管に接続されて前記主吸気通路と連通する副吸気通路と、前記副吸気通路に設けられ、前記内燃機関に吸入される吸入空気の空気量を検出する空気量検出部とを有し、
前記内燃機関の前回の吸気行程において、実際に前記内燃機関に吸入空気が吸入される際の実吸入時間と、前記副吸気通路に設けられた空気量検出部によって吸入空気量が検出される時間との間の検出時間差を算出する工程と、
前記検出時間差に対して前回の吸気行程における実吸入時間を加えることにより、前記空気量検出部によって吸入空気量を検出する空気量検出時間を設定する工程と、
現時点において吸入空気量の検出が行われる吸気行程の空気量検出時間であるか否かを判定する工程と、
今回の吸気行程において空気量検出部によって吸入空気量の検出が開始されてから、予め設定されている空気量検出時間の半分以上が経過したか否かを判定する工程と、
前記空気量検出時間の半分以上が経過したことが確認された際に、前記空気量検出時間内に検出される吸入空気量に基づいて内燃機関に実際に吸入される推定吸入空気量を推定する工程と、
前記推定された吸入空気量を前記内燃機関に供給して前記内燃機関を駆動制御する工程と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、内燃機関に複数の分岐管を有する吸気マニホールドが接続され、前記内燃機関に吸入される吸入空気の空気量を、副吸入通路に設けられた空気量検出部によって検出している。その場合に、前回の吸気行程において実際に内燃機関に吸入空気が吸入される際に要する実吸入時間が予め検出され、空気量検出部によって吸入空気量が検出される時間と前記実吸入時間との間の検出時間差を、前記実吸入時間に加えている。そして、現時点で吸気行程であると確認され、その後、前記吸気行程の空気量検出時間の半分以上が経過したか否かが判定されて、空気量検出時間の半分以上が経過したことが確認された場合に、前記空気量検出時間で検出された吸入空気量に基づいて実際に内燃機関に吸入される吸入空気量をより一層高精度に推定することが可能となる。

従って、このような実吸入時間に基づいた空気量検出時間内で空気量検出部によって吸入空気量を検出し、前記吸入空気量に基づいて今回の吸入行程の吸入空気量を推定することにより、吸気マニホールドに導入された吸入空気が副吸気通路内へと逆流した場合においても、前記吸入空気の逆流に影響されることなく今回の吸気行程で実際に内燃機関に吸入される吸入空気量をより一層高精度に推定することができる。

そのため、推定された今回の吸気行程における吸入空気量に基づいて噴射される燃料噴射量を高精度に制御することが可能となり、前記内燃機関に吸入される吸入空気の空気量と、前記吸入空気に対して噴射される燃料の量との比である空燃比の最適化を図ることができる。その結果、前記燃料の噴射量と吸入空気の空気量とからリアルタイムでの高精度なエンジン制御を行うことができる。

また、吸入空気の副吸気通路への逆流の影響を受けることがないため、前記副吸気通路を接続する吸気マニホールドの分岐管を選定する際に、前記分岐管が逆流の発生が懸念されるか否かを考慮する必要がなく、前記分岐管に副吸気通路を接続する際のレイアウトの自由度を向上させることができ、それに伴って、前記副吸気通路のレイアウトの最適化を図ることにより吸気装置を含む内燃機関のコンパクト化を図ることが可能となる。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、前回の吸気行程における吸入空気の実吸入時間に基づいて今回の吸気行程で吸入空気量を検出するための空気量検出時間を設定し、前記空気量検出時間に検出時間差を加え、副吸気通路に設けられた空気量検出部によって今回の吸気行程における前記空気量検出時間内の吸入空気量を検出する。これにより、主吸気通路から副吸気通路への吸入空気の逆流の影響を受けることなく、前記吸入空気量から実際に内燃機関に吸入される吸入空気量を高精度に推定することができる。

そのため、推定された今回の吸気行程における吸入空気量に基づいて噴射される燃料噴射量を高精度に制御することが可能となり、燃料の噴射量と吸入空気の空気量とからリアルタイムでの高精度なエンジン制御を行うことができる。

本発明に係る内燃機関の駆動制御方法について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の駆動制御方法が適用される吸気装置を示す。なお、この図１及び図２は、内燃機関の吸気装置を模式的に示した概略構成図であり、ここでは、複数のシリンダを有する多気筒エンジンに適用される吸気装置について説明する。

この吸気装置１０は、車両等に搭載される、例えば、４つの第１〜第４シリンダ室１２ａ〜１２ｄ（図２参照）を有する多気筒のエンジン（内燃機関）１４に設けられている。このエンジン１４が搭載される車両としては、例えば、自動車や自動二輪車等が挙げられる。

エンジン１４は、図１及び図２に示されるように、エンジン本体１６の内部に形成される複数の第１〜第４シリンダ室１２ａ〜１２ｄ（図２参照）にそれぞれ第１〜第４ピストン１８ａ〜１８ｄ（図２参照）が軸線方向に沿って変位自在に設けられている。すなわち、前記第１〜第４ピストン１８ａ〜１８ｄがストローク変位し、第１〜第４シリンダ室１２ａ〜１２ｄの容積を変化させることによりエンジン１４における吸気、圧縮、燃焼、排気行程が行われる。

そして、第１〜第４ピストン１８ａ〜１８ｄからコネクティングロッド２０及びクランクシャフト２２を介してエンジン１４の駆動力として出力される。なお、第１〜第４ピストン１８ａ〜１８ｄと第１〜第４シリンダ室１２ａ〜１２ｄとからそれぞれ第１気筒Ｃ１、第２気筒Ｃ２、第３気筒Ｃ３及び第４気筒Ｃ４が構成されている（図２参照）。

また、エンジン１４における複数の第１〜第４シリンダ室１２ａ〜１２ｄには、それぞれ吸気ポート２４及び排気ポート２６が開口するように形成され、前記吸気ポート２４にはそれぞれ吸気バルブ２８が設けられている。一方、排気ポート２６にはそれぞれ排気バルブ３０が設けられている。そして、前記吸気ポート２４と排気ポート２６との間となる第１〜第４シリンダ室１２ａ〜１２ｄの上方には、第１〜第４シリンダ室１２ａ〜１２ｄ毎に点火プラグ３２が設けられている。

エンジン本体１６における第１〜第４シリンダ室１２ａ〜１２ｄの吸気ポート２４には、インテークマニホールド３４の第１〜第４分岐管３６ａ〜３６ｄ（図２参照）がそれぞれ接続されている。

このインテークマニホールド３４は、下流側に複数本に分岐するように枝状に形成される第１〜第４分岐管３６ａ〜３６ｄと、上流側に形成され、前記第１〜第４分岐管３６ａ〜３６ｄが纏められて集合した集合管３８と、前記集合管３８と第１〜第４分岐管３６ａ〜３６ｄとを接続するように形成され、所定容量を有するタンク部４０とからなる。

そして、前記集合管３８の上流側には、アクセルペダル（図示せず）の操作に連動して開閉するスロットルバルブ（絞り弁）４２を含むスロットルボディ４４が設けられている。このスロットルボディ４４の上流側には、吸気管４６を介してエアクリーナ４８（図１参照）が設けられ、前記エアクリーナ４８を通じてインテークマニホールド３４に外部から吸入空気が取り込まれる。その際、前記エアクリーナ４８によって前記吸入空気に含有される塵埃等が好適に除去される。

次に、上述したインテークマニホールド３４の詳細構造を図３〜図５を用いて説明する。なお、このインテークマニホールド３４は、集合管３８と第１〜第４分岐管３６ａ〜３６ｄとが略並列に設けられたダウンドラフトタイプである。

インテークマニホールド３４は、円筒状の集合管３８が略中央部に形成され、前記集合管３８は、前記集合管３８の軸線と略直交する方向に所定幅で拡幅した略矩形状のタンク部４０に接続されている。そして、図５に示されるように、タンク部４０に接続された第１〜第４分岐管３６ａ〜３６ｄが、前記タンク部４０との間に設けられる境界壁４９を介して集合管３８の方向に向かって所定長だけ延在した後、前記集合管３８の軸線に対して略直交するように湾曲して延在している。

また、インテークマニホールド３４の内部には、吸入空気が流通する吸気通路（主吸気通路）５０が形成され、前記吸気通路５０は、集合管３８の内部に形成される集合通路５２と、第１〜第４分岐管３６ａ〜３６ｄの内部にそれぞれ形成される分岐通路５４ａ〜５４ｄ（図２参照）とから構成されている。吸気ポート２４に接続される第１〜第４分岐管３６ａ〜３６ｄには、それぞれ燃料噴射弁として機能するインジェクタ５６（図１参照）が前記吸気ポート２４と対向するように配設されている。そして、制御部７８（図１参照）からの電気信号によってインジェクタ５６からインテークマニホールド３４の分岐通路５４ａ〜５４ｄに対して燃料が噴射される。

すなわち、このインテークマニホールド３４に吸入空気が導入された際、スロットルバルブ４２の開状態において集合管３８から導入された吸入空気が、集合通路５２を通じてタンク部４０に導入される。そして、吸入空気が、前記タンク部４０の内部に一時的に充填され、前記タンク部４０からそれぞれ第１〜第４分岐管３６ａ〜３６ｄへと分配されて流通する構造としている。そのため、吸入空気は、図４に示されるように、集合管３８から前記集合管３８と対向する位置に形成されるタンク部４０の壁面５７に一旦当たり、前記タンク部４０の壁面５７、５７ａに沿って流通する。

このように、エンジン１４の吸気行程以外の行程（圧縮、燃焼、排気行程）において、吸入空気がインテークマニホールド３４のタンク部４０に導入された場合には、前記タンク部４０における壁面５７ａの近傍における吸入空気の圧力が、前記壁面５７ａより離間したタンク部４０の内部と比較して高くなると共に、前記壁面５７ａ近傍における吸入空気の流速が速くなる。換言すると、集合管３８の軸線と略平行なタンク部４０の壁面５７ａと隣接して配置されている第１及び第４分岐管３６ａ、３６ｄは、その内部及び近傍の圧力が高くなり、反対に、インテークマニホールド３４の略中央部に配置され、前記壁面５７ａと離間した第２及び第３分岐管３６ｂ、３６ｃの内部及びその近傍の圧力は、前記第１及び第４分岐管３６ａ、３６ｄ近傍の圧力と比較して低くなる。

一方、インテークマニホールド３４には、図１及び図２に示されるように、タンク部４０又は集合管３８と第１〜第４分岐管３６ａ〜３６ｄとの間をそれぞれバイパスするバイパス配管（副吸気通路）５８が接続されている。

このバイパス配管５８は、タンク部４０又は集合管３８に接続され、上流側となる導入部６０と、下流側となるように前記第１〜第４分岐管３６ａ〜３６ｄのいずれかに接続される分岐部６２ａ、６２ｂと、前記分岐部６２ａ、６２ｂを集合させて導入部６０に導く集合部６４とからなる。ここでは、二股状に分岐した一組の分岐部６２ａ、６２ｂを有し、インテークマニホールド３４の第３及び第４分岐管３６ｃ、３６ｄにそれぞれ接続される場合について説明する。

なお、バイパス配管５８は、二股状に分岐する分岐部６２ａ、６２ｂを有するものに限定されるものではなく、前記第１〜第４分岐管３６ａ〜３６ｄにそれぞれ対応するように４本の分岐部を有するものとしてもよいし、反対に、第１〜第４分岐管３６ａ〜３６ｄのうちのいずれか１本に接続される単一のものとしてもよい。

そして、バイパス配管５８の一端部となる第１接続端部６６が、インテークマニホールド３４を構成するタンク部４０又は集合管３８に接続され、前記バイパス配管５８の内部と集合管３８の集合通路５２とが連通した状態となる。

また、バイパス配管５８の第２接続端部６８が、それぞれインテークマニホールド３４を構成する第１〜第４分岐管３６ａ〜３６ｄの管壁７０に接続され、前記バイパス配管５８の内部と第１〜第４分岐管３６ａ〜３６ｄの分岐通路５４ａ〜５４ｄとがそれぞれ連通した状態となる。このバイパス配管５８を構成する導入部６０、分岐部６２ａ、６２ｂ及び集合部６４は、インテークマニホールド３４を構成する集合管３８及び第１〜第４分岐管３６ａ〜３６ｄよりそれぞれ細管状に形成されている。

なお、バイパス配管５８において上流側となる第１接続端部６６は、前記タンク部４０又は集合管３８に接続される場合に限定されるものではなく、前記第１接続端部６６が、前記インテークマニホールド３４の上流側となるスロットルボディ４４側に直接接続され、前記バイパス配管５８の下流側となる第２接続端部６８が、前記インテークマニホールド３４の下流側となるエンジン本体１６側に接続されていればよい。

さらに、バイパス配管５８の導入部６０には、前記バイパス配管５８の内部を流通する吸入空気の空気量を検出するためのエアフローメータ（空気量検出部）７２が配設されている。このエアフローメータ７２は、空気量検出部として機能すると共に、バイパス配管５８の内部を流通する吸入空気の流れが安定した層流状態となる位置に設けられている。なお、前記エアフローメータ７２を、導入部６０の代わりにバイパス配管５８の集合部６４に設けるようにしてもよい。すなわち、エアフローメータ７２は、バイパス配管５８の内部を流通する吸入空気の流れが層流となり、前記吸入空気の空気量を確実に検出できる位置に設けられていればよい。

エアフローメータ７２は、例えば、シリコン基板にプラチナ薄膜が蒸着された検出部７４を有し、前記検出部７４の周囲に吸入空気が流通することにより、予め一定温度に保持されている前記検出部７４の温度が変化し、前記検出部７４の温度を一定温に保持させるために検出部７４に供給される電流量が変化する。すなわち、前記エアフローメータ７２は、この電流の変化量を検出することによりバイパス配管５８の内部を流通する吸入空気の空気量を検出する熱線式である。

なお、空気量検出部として機能するエアフローメータ７２は、上述した熱線式に限定されるものではなく、前記バイパス配管５８の内部に流路抵抗となる抵抗部材を設け、前記抵抗部材の下流側に発生する渦を検出することにより吸入空気の体積流量を検出するカルマン渦式や、前記バイパス配管５８を流通する吸入空気によって押されるフラップの回動角度を検出することにより吸入空気の体積流量を検出するフラップ式等を採用してもよい。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の駆動制御方法が適用される吸気装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその制御動作並びに作用効果について説明する。

先ず、エンジン１４が始動している状態において、運転者が図示しないアクセルペダルを操作してスロットルバルブ４２を開弁させることにより、吸気バルブ２８が吸気ポート２４より離間し、且つ、第１〜第４ピストン１８ａ〜１８ｄが順次下方へ変位する吸気工程において第１〜第４シリンダ室１２ａ〜１２ｄからの吸入負圧によってエアクリーナ４８（図１参照）を介して吸入空気がインテークマニホールド３４の内部に導入される。

その際、スロットルバルブ４２を介してインテークマニホールド３４の吸気通路５０へと導入された吸入空気の一部が、タンク部４０を介してバイパス配管５８の第１接続端部６６から導入部６０へと導入され、前記バイパス配管５８に設けられたエアフローメータ７２によって前記バイパス配管５８の内部を流通する吸入空気の空気量が検出される。なお、前記吸入空気の空気量は、バイパス配管５８の内部において流れが安定した層流状態でエアフローメータ７２を介して検出される。

この際、エンジン１４を構成するクランクシャフト２２やカムシャフト等の回転角度を検出する回転角度センサ７６によって、現在のクランクシャフト２２等の回転角度が前記回転角度センサ７６から制御部７８へと出力され、この制御部７８への検出信号に基づいて前記制御部７８でエンジン１４の第１〜第４気筒Ｃ１〜Ｃ４のうち吸気行程にある気筒が特定される。

すなわち、前記回転角度センサ７６とエアフローメータ７２とを併用し、前記回転角度センサ７６及びエアフローメータ７２からの検出信号に基づいて、制御部７８において前記エアフローメータ７２によって検出された吸入空気が、前記第１〜第４シリンダ室１２ａ〜１２ｄのいずれに吸入されたかを確認することが可能となる。これにより、単一のエアフローメータ７２によって第１〜第４シリンダ室１２ａ〜１２ｄに吸入される吸入空気の空気量をそれぞれ検出することができる。

例えば、第４ピストン１８ｄ及び第４シリンダ室１２ａからなる第４気筒Ｃ４が吸気行程にある場合には、図２に示されるように、前記第４ピストン１８ａのストローク変位作用下に吸入空気が第４シリンダ室１２ａに接続された第４分岐管３６ｄの分岐通路５４ｄへと流通し、一方、バイパス配管５８に流通した吸入空気の一部は、エアフローメータ７２によって空気量が検出された後に、分岐部６２ｂへと流通し、再び前記インテークマニホールド３４の分岐通路５４ｄを流通する吸入空気と合流して第４シリンダ室１２ｄに向かって流通する。

そして、エアフローメータ７２によって検出された吸入空気の空気量が、検出信号として制御部７８（図１参照）へと出力され、前記制御部７８において前記検出信号に基づいて実際に第４分岐管３６ｄに流通する空気量が演算されると共に、前記空気量に対して最適な燃料噴射量が演算される。そして、前記燃料噴射量に基づいた制御信号がインジェクタ５６へと出力されることにより、前記インテークマニホールド３４の吸気通路５０内を流通する前記吸入空気に対して、吸気ポート２４の近傍においてインジェクタ５６から燃料が噴射され、前記燃料と吸入空気とが混合された混合気が第４シリンダ室１２ｄの内部へと吸入される。

なお、エンジン１４の第１〜第３気筒Ｃ１〜Ｃ３における吸気行程時に関しては、前記第４気筒Ｃ４と同様であるためその詳細な説明を省略する。

一方、このような吸気装置１０では、インテークマニホールド３４に吸入空気が導入された際、タンク部４０の壁面５７ａと隣接して配置されている第１及び第４分岐管３６ａ、３６ｄの近傍における吸入空気の圧力が高くなると共に、吸入空気の流速が速くなる。そのため、例えば、タンク部４０に充填された吸入空気が、第１及び第４分岐管３６ａ、３６ｄを通じてバイパス配管５８へと逆流することが懸念される。その場合に、バイパス配管５８を上流側から下流側へと流通する順流の吸入空気の空気量に加えて、第２接続端部６８から第１接続端部６６に向かって流通する逆流の吸入空気の空気量もエアフローメータ７２によって検出されてしまう。

次に、このようにバイパス配管５８を吸入空気が逆流した場合、吸気装置１０を通じて前記エンジン１４の第４シリンダ室１２ｄに実際に吸入される空気量を推定するプロセスについて図６及び図７を参照しながら詳細に説明する。

ここで、図６は、上段が第１〜第４シリンダ室１２ａ〜１２ｄに実際に吸入される実吸入空気量Ｑ１〜Ｑ４と時間との関係を示し、下段はバイパス配管５８を流通する吸入空気がエアフローメータ７２によって検出された際の検出吸入空気量と時間との関係を示したものである。なお、図６の下段に示されるエアフローメータ７２によって検出された際の検出吸入空気量は、水平方向に延在する基準線０に対して上方側がバイパス配管５８の上流側から下流側に吸入空気が流通する順流方向（図６中、＋方向）の空気量を示し、前記基準線０に対して下方側がバイパス配管５８の下流側から上流側に向かって吸入空気が流通する逆流方向（図６中、―方向）の空気量を示している。

先ず、図７に示されるステップＳ１において、現在のエンジン１４の駆動状況に基づいて実際に第４シリンダ室１２ｄに吸入空気が吸入されるタイミングと、バイパス配管５８を流通する吸入空気がエアフローメータ７２によって検出されるタイミングとの間の時間差より計測遅れ時間（検出時間差）Ｔｄが算出される。換言すると、図６に示されるように、エアフローメータ７２によって吸入空気の空気量を検出するタイミングは、実際に第４シリンダ室１２ｄに吸入空気が吸入されるタイミングに対して若干遅れている。

次に、ステップＳ２において、実際に第４シリンダ室１２ｄに吸入空気が吸入されている間の実吸入時間Ｔｒが予め計測され、前記計測遅れ時間Ｔｄが経過した時点を起点Ａとして前記実吸入時間Ｔｒと同時間経過するまでの時間を、エアフローメータ７２によって吸入空気の空気量を検出する空気量検出時間Ｔｉとして設定する（Ｔｒ＝Ｔｉ）。換言すると、計測遅れ時間Ｔｄに実吸入時間Ｔｒを加えた時間が、空気量検出時間Ｔｉが完了する終点Ｂとなる。

次に、ステップＳ３において、吸入空気の空気量をエアフローメータ７２によって検出するタイミング、すなわち、次回の吸気行程における空気量検出時間Ｔｉであるか否かが判断され、前記空気量を検出するタイミングである場合には、ステップＳ４に移り、前記空気量を検出するタイミングでない場合には、ステップＳ５へ移る。

このステップＳ４において、エアフローメータ７２によって空気量が検出されている空気量検出時間Ｔｉ以外の時間、すなわち、前回の吸気行程における空気量検出時間Ｔｉ（ｎ）と今回の吸気行程における空気量検出時間Ｔｉ（ｎ＋１）との間で吸入される空気量がエアフローメータ７２によって常に検出され、前記空気量に基づいて吸入空気量の積算値Ｑａｘが算出される。

そして、前記吸入空気量の積算値Ｑａｘが、前回の空気量検出時間Ｔｉ（ｎ）と今回の空気量検出時間Ｔｉ（ｎ＋１）との間の時間Ｔａ、すなわち、空気量検出時間Ｔｉ以外の時間で除算され、前回の空気量検出時間Ｔｉ（ｎ）と今回の空気量検出時間Ｔｉ（ｎ＋１）との間における吸入空気量の平均値Ｑａが算出される。すなわち、バイパス配管５８にタンク部４０から吸入空気が逆流した際の吸入空気の空気量が、吸入空気量の積算値Ｑａｘとして算出されることとなる。

なお、この吸入空気量の平均値Ｑａの代わりに、今回の吸気行程における空気量検出時間Ｔｉ（ｎ＋１）以前の空気流動が安定している状態の吸入空気量を検出し、前記吸入空気量の平均値Ｑａ′を用いるようにしてもよい。

また、一方、ステップＳ３で空気量をエアフローメータ７２によって検出するタイミングでない場合には、ステップＳ５において、前回の空気量検出時間Ｔｉ（ｎ）と次回の空気量検出時間Ｔｉ（ｎ＋１）との間に吸入される吸入空気量の積算値Ｑａｘに対して、吸入空気の瞬間流量Ｑａｄが徐々に加算されていき、最終的に積算された吸入空気量の積算値Ｑａｘが算出された後に再びステップＳ３に移る。

次に、ステップＳ６において、空気量検出時間Ｔｉ（ｎ＋１）において、エアフローメータ７２によって検出され、空気量時間Ｔｉ(ｎ＋１)内で積算された吸入空気量の積算値Ｑｉｎｘに対して吸入空気の瞬間流量となるＱａｄが徐々に加算されていく。

次に、ステップＳ７において、今回の吸気行程において空気量検出時間Ｔｉ(ｎ＋１)における半分の時間（Ｔｉ（ｎ＋１）／２）が経過したか否かが確認され、空気量検出時間Ｔｉ(ｎ＋１)における半分の時間がすでに経過している場合には、ステップＳ８に移り、前記空気量検出時間Ｔｉ(ｎ＋１)における半分の時間が未だ経過していない場合には、ステップＳ６へと移る。

そして、ステップＳ８では、前記吸入空気量の積算値Ｑｉｎｘに対して空気量補正係数Ｋａを乗算することにより、半分の時間で検出されている吸入空気量の積算値Ｑｉｎｘが本来の吸入空気量の積算値となり、その後に、空気量補正係数Ｋａが乗算された吸入空気量の積算値Ｑｉｎｘ′を、空気量検出時間Ｔｉ(ｎ＋１)で除算することにより、前記空気量検出時間Ｔｉ(ｎ＋１)における吸入空気量Ｑｉｎが算出される。

最後に、ステップＳ９で、吸入空気量Ｑｉｎに対して前回の空気量検出時間Ｔｉ（ｎ）と今回の空気量検出時間Ｔｉ（ｎ＋１）との間における吸入空気量の平均値Ｑａを減算した後に補正係数Ｋｂを乗算することにより、第４シリンダ室１２ｄに吸入される推定吸入空気量Ｑｐが推定される。この補正係数Ｋｂは、例えば、バイパス配管５８を下流側から上流側へと逆流するように流通した際に、エアフローメータ７２によって検出される吸入空気量の数値を安定させる目的で設定されている。なお、バイパス配管５８内において吸入空気の逆流が発生していない場合には、前記吸入空気量Ｑｉｎに対して前記吸入空気量の平均値Ｑａを減算することなく推定吸入空気量Ｑｐの推定を行う。

これによって、前記推定された推定吸入空気量Ｑｐに基づいて制御部７８からインジェクタ５６に制御信号が出力され、図７に示すフローチャートにおける今回の推定吸入空気量にＱｐに基づいたエンジン制御が行われる。

なお、上述の説明においては、エンジン１４における第４気筒Ｃ４の第４シリンダ室１２ｄに吸入される吸入空気の空気量を推定する場合について説明したが、前記第４気筒Ｃ４と同様にタンク部４０の壁面５７ａに隣接して配置されている第１気筒Ｃ１、又は、前記壁面５７ａより所定間隔離間して配置された第３及び第４気筒Ｃ３、Ｃ４に実際に吸入される吸入空気の空気量を推定する場合についても同様である。そのため、エンジンの第１、第３及び第４気筒Ｃ１、Ｃ３、Ｃ４に吸入される吸入空気の空気量を推定については、その詳細な説明を省略する。

さらに、吸気装置１０が適用されるインテークマニホールド３４は、上述したダウンドラフトタイプに限定されるものではなく、集合管と分岐管とが略直交するように形成されるサイドドラフトタイプのインテークマニホールドに適用することも可能である。

以上のように、本実施の形態では、複数の第１〜第４シリンダ室１２ａ〜１２ｄを有するエンジン１４において、前回の吸気行程で実際に第１〜第４シリンダ室１２ａ〜１２ｄに吸入された実吸入空気量Ｑ１〜Ｑ４に基づいて、エアフローメータ７２によって吸入空気の空気量の検出が行われる空気量検出時間Ｔｉを設定し、前記空気量の検出が行われる吸気行程間における吸入空気量の平均値Ｑａ、すなわち、バイパス配管５８内を逆流している吸入空気の空気量の平均値を算出している。そして、今回の吸気行程においてエアフローメータ７２により空気量検出時間Ｔｉ（ｎ＋１）が半分以上経過したことが確認された際、この吸気行程における空気量Ｑｉｎから前回と今回との吸気行程間における吸入空気量の平均値Ｑａを減算し、且つ、補正係数Ｋｂを乗算することにより、今回の吸気行程における推定吸入空気量Ｑｐを推定している。

これにより、インテークマニホールド３４に導入された吸入空気がタンク部４０からバイパス配管５８内へと逆流した場合においても、前記吸入空気の逆流に影響されることなく、今回の吸気行程において実際にシリンダ室に吸入される吸入空気量をより一層高精度に推定することが可能となる。

すなわち、タンク部４０の壁面５７ａに隣接して設けられ、前記タンク部４０からの吸入空気の逆流の発生が懸念されるインテークマニホールド３４の第１及び／又は第４分岐管３６ａ、３６ｄにバイパス配管５８を接続した場合においても、前記吸入空気の逆流による影響を受けることがなく前記推定吸入空気量Ｑｐに基づいて噴射される燃料噴射量を高精度に制御することができる。そのため、前記第１及び／又は第４シリンダ室１２ａ、１２ｄに吸入されるそれぞれの吸入空気の空気量と、前記吸入空気に対して噴射される燃料の量との比である空燃比の最適化を図ることが可能となり、前記燃料の噴射量と吸入空気の空気量とからリアルタイムでの高精度なエンジン制御を行うことができる。

なお、本実施例における第１及び第２シリンダ室１２ａ、１２ｄに吸入される吸入空気の空気量は、第１及び第２分岐管３６ａ、３６ｂにバイパス配管５８が接続されていないため、前記バイパス配管５８が接続されている第３及び第４分岐管３６ｃ、３６ｄを流通して第３及び第４シリンダ室１２ｃ、１２ｄに吸入される吸入空気の空気量に基づいて推定される。この際、バイパス配管５８を流通する吸入空気の空気量は、タンク部４０からの吸入空気による逆流の影響を受けることなく推定することが可能であるため、この第３及び第４シリンダ室１２ｃ、１２ｄに吸入される吸入空気の空気量に基づいて、第１及び第２シリンダ室１２ａ、１２ｂに吸入される吸入空気の空気量を簡便且つ高精度に推定することができる。

また、吸入空気のバイパス配管５８への逆流の影響を受けることがないため、前記バイパス配管５８を接続するインテークマニホールド３４の分岐管を選定する際に、前記分岐管が逆流の発生が懸念されるか否かを考慮する必要がなく、前記分岐管にバイパス配管５８を接続する際のレイアウトの自由度を向上させることができる。

さらに、この内燃機関の駆動制御方法を採用することにより、直列、Ｖ型エンジン等のエンジン形式や、インテークマニホールド３４の形状に関わらずバイパス配管５８を介してエアフローメータ７２によって吸入空気を検出する吸気装置１０を適用することが可能となると共に、前記バイパス配管５８の最適なレイアウトを行うことにより吸気装置１０を含むエンジン１４のコンパクト化を図ることも可能となる。

さらにまた、エアフローメータ７２によって検出される吸入空気量Ｑｉｎは、図６に示されるように、それぞれの吸気行程において頂部Ｔを有する山状に膨出した特性となる。そのため、図７に示されるステップＳ７で行われるように、吸入空気量Ｑｉｎが最大となる頂部Ｔでエアフローメータ７２による吸入空気量の検出を停止することにより、前記吸入空気量Ｑｉｎの略半分（図中、斜線部分）を検出し、本来の略半分となる吸入空気量を制御部７８において補正係数Ｋａを乗算して補正することにより、本来の吸入空気量Ｑｉｎの総量を算出することが可能となる。

これにより、吸入空気量Ｑｉｎの検出時間が略半分となり、且つ、前記吸入空気量に基づいて制御部７８で本来の実吸入空気量Ｑｉｎを演算する時間も僅かで済むことから、前記本来の実吸入空気量Ｑｉｎの全体をエアフローメータ７２で検出する場合と比較して検出時間の短縮化を図ることができる。そのため、エアフローメータ７２による吸入空気量の検出精度を向上させることができ、一層高精度なエンジン制御を行うことができる。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の吸気装置を示す概略構成説明図である。 図１における吸気装置の近傍を示す概略平面図である。 図１の吸気装置が設けられるインテークマニホールド近傍を示す斜視図である。 図３のインテークマニホールドの縦断面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。 図１及び図２の吸気装置によって検出される第１〜第４気筒におけるそれぞれの吸入空気の空気量、エアフローメータによって検出される吸入空気量と時間との関係を示す特性曲線である。 実際にシリンダ室に吸入された吸入空気量に基づいて、エアフローメータによって検出された吸入空気の空気量の補正を行うことにより吸入空気量を推定する場合を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…吸気装置 １２ａ〜１２ｄ…第１〜第４シリンダ室
１４…エンジン １８ａ〜１８ｄ…第１〜第４ピストン
２４…吸気ポート ２６…排気ポート
２８…吸気バルブ ３０…排気バルブ
３２…点火プラグ ３４…インテークマニホールド
３６ａ〜３６ｄ…第１〜第４分岐管 ３８…集合管
４０…タンク部 ４２…スロットルバルブ
５０…吸気通路 ５２…集合通路
５４ａ〜５４ｄ…分岐通路 ５６…インジェクタ
５７、５７ａ…壁面 ５８…バイパス配管
６０…導入部 ６２ａ、６２ｂ…分岐部
６４…集合部 ６６…第１接続端部
６８…第２接続端部 ７２…エアフローメータ
７４…検出部

Claims (1)

1. 内燃機関の本体部に接続される吸気マニホールドを備え、前記吸気マニホールドは、複数に分岐して且つ並列に形成された分岐管と、前記分岐管に連通する集合管とを有し、前記集合管に接続された絞り弁を開閉させることにより、前記吸気マニホールドの主吸気通路を通じて吸入空気が前記内燃機関に吸入され、前記内燃機関を駆動制御する方法であって、
   前記主吸気通路とは別個に設けられると共に、並列に配設された複数の分岐管に接続されて前記主吸気通路と連通する副吸気通路と、前記副吸気通路に設けられ、前記内燃機関に吸入される吸入空気の空気量を検出する空気量検出部とを有し、
   前記内燃機関の前回の吸気行程において、実際に前記内燃機関に吸入空気が吸入される際の実吸入時間と、前記副吸気通路に設けられた空気量検出部によって吸入空気量が検出される時間との間の検出時間差を算出する工程と、
   前記検出時間差に対して前回の吸気行程における実吸入時間を加えることにより、前記空気量検出部によって吸入空気量を検出する空気量検出時間を設定する工程と、
   現時点において吸入空気量の検出が行われる吸気行程の空気量検出時間であるか否かを判定する工程と、
   今回の吸気行程において空気量検出部によって吸入空気量の検出が開始されてから、予め設定されている空気量検出時間の半分以上が経過したか否かを判定する工程と、
   前記空気量検出時間の半分以上が経過したことが確認された際に、前記空気量検出時間内に検出される吸入空気量に基づいて内燃機関に実際に吸入される推定吸入空気量を推定する工程と、
   前記推定された吸入空気量を前記内燃機関に供給して前記内燃機関を駆動制御する工程と、
   を有することを特徴とする内燃機関の駆動制御方法。

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