JP2006214334A - 内燃機関の筒内充填空気量推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 気筒内から吸気管内への空気の逆流を考慮して筒内充填空気量を推定することができる筒内充填空気量推定装置を提供する。
【解決手段】 各気筒への筒内充填空気量を、基本空気量と、吸気弁開弁によりスロットル弁通過空気流量を超えて気筒内に流入する超過空気量とに二分割し、スロットル弁通過空気流量と各吸気弁の開弁時間とに基づいて基本空気量を算出する基本空気量算出手段と、吸気弁開弁による吸気圧の低下量に基づいて超過空気量を算出する超過空気量算出手段と、基本空気量と超過空気量とを合計して各気筒への筒内充填空気量を算出する筒内充填空気量算出手段とを具備する筒内充填空気量推定装置において、基本空気量算出手段は、全気筒への平均空気流量がスロットル通過空気流量と等しくなるような仮想的な吸気弁開弁時間を算出し、該仮想的な吸気弁開弁時間を上記吸気弁の開弁時間として用いる。
【選択図】 図８

Description

本発明は、内燃機関の筒内充填空気量推定装置に関する。

内燃機関の燃焼室において燃焼される混合気の空燃比を最適な値とするためには、吸気弁が閉じたときに燃焼室内に充填されている空気の量（以下、「筒内充填空気量」と称す）を正確に推定する必要がある。このため、質量保存則や気体の状態方程式等から得られる数値計算モデルを用いて、吸気管内の圧力等から筒内充填空気量を推定する筒内充填空気量推定装置が知られている。

特許文献１に記載の筒内充填空気量推定装置では、スロットル弁から吸気弁までの吸気管についての質量保存則と吸気管内の空気についての状態方程式とに基づいて、スロットル弁を介して吸気管内に流入するスロットル弁通過空気流量と吸気弁開弁によって上記吸気管からそれぞれの吸気弁を介して各気筒に流入する筒内充填空気流量との間に成立する数式を用いて筒内充填空気量を推定するようにしており、これにより比較的精度良く筒内充填空気量を推定することができる。

特開２００２−７０６３３号公報 特開２００１−２３４７９８号公報

数式を用いて筒内充填空気量を推定する場合、質量保存則や状態方程式に基づいて得られる数式をそのまま用いると数式が複雑になり、計算負荷が大きなものとなることから、通常、斯かる数式は簡略化して利用される。

ところで、吸気弁開閉弁時期が遅角側に設定されると、吸気弁は吸気下死点以降にも開弁していることとなる。この場合、ピストンが上昇を開始しても吸気弁が開弁状態に保持されているので、気筒内に吸入された空気が吸気管内に逆流する虞がある。しかしながら、上述したように筒内充填空気量を推定するにあたって数式を簡略化して利用していると、斯かる空気の逆流が考慮に入れられておらず、よって算出された筒内充填空気量には誤差が生じてしまう。

そこで、本発明の目的は、気筒内から吸気管内への空気の逆流を考慮して筒内充填空気量を推定することができる筒内充填空気量推定装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、第１の発明では、複数の気筒と複数の吸気弁とを有する内燃機関の筒内充填空気量推定装置であって、各気筒への筒内充填空気量を、基本空気量と、吸気弁が開弁することによりスロットル弁通過空気流量を超えて吸気通路部分から気筒内に流入する超過空気量とに二分割し、吸気通路部分にスロットル弁を介して流入するスロットル弁通過空気流量と各吸気弁の開弁時間とに基づいて基本空気量を算出する基本空気量算出手段と、上記吸気弁の開弁による吸気圧の低下量に基づいて超過空気量を算出する超過空気量算出手段と、上記基本空気量と超過空気量とを合計して各気筒への筒内充填空気量を算出する筒内充填空気量算出手段とを具備する筒内充填空気量推定装置において、上記基本空気量算出手段は、全気筒への平均空気流量がスロットル通過空気流量と等しくなるような仮想的な吸気弁開弁時間を算出し、該仮想的な吸気弁開弁時間を上記吸気弁の開弁時間として用いる。
第１の発明によれば、仮想的な吸気弁開弁時間は全気筒への平均空気流量がスロットル通過空気流量と等しくなるような値となっている。このため、気筒内から吸気管内への空気の逆流があると仮想的な吸気弁開弁時間は実際の吸気弁開弁時間よりも短いものとなり、この仮想的な吸気弁開弁時間を用いて基本空気量算出手段により基本空気量を算出すると基本空気量を正確に算出することができる。

第２の発明では、第１の発明において、上記基本空気量算出手段は、吸気弁開弁時期付近又は吸気弁閉弁時期付近において上記吸気通路部分への空気の逆流が生ずるときに、上記仮想的な吸気弁開弁時間を上記吸気弁の開弁時間として用いる。

本発明によれば、気筒内から吸気管内への空気の逆流があっても基本空気量を正確に算出することができ、よって筒内充填空気量算出手段により筒内充填空気量を正確に算出することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明を筒内噴射型火花点火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は別の火花点火式内燃機関や圧縮自着火式内燃機関に適用することも可能である。

図１に示したように、本実施形態では、例えば８つの気筒を備えた機関本体１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２内で往復動するピストン３と、シリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド４とを具備する。ピストン３とシリンダヘッド４との間には燃焼室５が形成される。シリンダヘッド４には各気筒毎に吸気弁６と、吸気ポート７と、排気弁８と、排気ポート９とが配置される。さらに、図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火プラグ１０が配置され、シリンダヘッド４内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。また、ピストン３の頂面には燃料噴射弁１１の下方から点火プラグ１０の下方まで延びるキャビティ１２が形成されている。

各気筒の吸気ポート７は吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気管１５を介してエアクリーナ１６に連結される。吸気管１５内にはステップモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。なお、本明細書では、スロットル弁１８下流の吸気管１５、サージタンク１４、吸気枝管１２、及び吸気ポート７から成る吸気通路の部分、すなわちスロットル弁１８から吸気弁６までの吸気通路の部分を「吸気管部分ＩＭ」と称する。一方、各気筒の排気ポート９は排気枝管及び排気管１９を介して排気浄化装置２０を内蔵した触媒コンバータ２１に連結され、この触媒コンバータ２１はマフラ（図示せず）を介して大気に連通される。

各気筒の吸気弁６は吸気弁駆動装置２２により開閉駆動される。この吸気弁駆動装置２２は、カムシャフトと、クランク角に対するカムシャフトの回転角を進角側と遅角側にとの間で選択的に切り換えるための切換機構とを具備する。カムシャフトの回転角が進角されると図２にＡＤで示されるように吸気弁６の開弁時期ＶＯ及び閉弁時期ＶＣが進角され、従って開閉弁時期が進角される。一方、カムシャフトの回転角が遅角されると図２にＲＴで示されるように吸気弁６の開弁時期ＶＯ及び閉弁時期ＶＣが遅角され、従って開閉弁時期が遅角される。この場合、吸気弁６のリフト量及び作用角（開弁期間）が保持されつつ位相角（開弁時期）が変更される。図１に示される内燃機関では、カムシャフトの回転角は機関運転状態に応じて進角側又は遅角側に切り換えられる。なお、吸気弁６の開弁時期が連続的に変更される場合や、リフト量又は作用角が変更される場合にも本発明を適用することができる。

図１を参照すると、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１はデジタルコンピュータから成り、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６及び出力ポート３７を具備する。スロットル弁１８上流の吸気管１５には吸気管１５を通過する空気（吸気ガス）の流量を検出するためのエアフロメータ４０が配置される。また、サージタンク１４には、吸気管部分ＩＭ内の空気の圧力（以下、「吸気圧」と称す）Ｐｍを検出するための圧力センサ４１が配置される。更に、アクセルペダル４２にはアクセルペダル４２の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４３が接続され、スロットル弁１８にはスロットル弁１８の開度を検出するためのスロットル開度センサ（図示せず）が設けられる。これらセンサ４０、４１、４３の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。更に、入力ポート３６にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４４が接続される。ＣＰＵ３５ではクランク角センサ４４の出力パルスに基づいて機関回転数が計算される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路３９を介して点火プラグ１０、燃料噴射弁１１、ステップモータ１７、及び吸気弁駆動装置２２にそれぞれ接続され、これらは電子制御ユニット３１からの出力に基づいて制御される。

ところで、本実施形態の内燃機関では、ｉ番気筒（ｉ＝１，２，…，８）の燃料噴射量（燃料噴射時間）ＴＡＵｉは例えば次式（１）に基づいて算出される。
ＴＡＵｉ＝ＴＡＵｂ・ηｉ・ｋ …（１）
ここでＴＡＵｂは基本燃料噴射量、ηｉはｉ番気筒の空気量バラツキ補正係数、ｋはその他の補正係数をそれぞれ表している。

基本燃料噴射量ＴＡＵｂは空燃比を目標空燃比に一致させるために必要な燃料噴射量である。この基本燃料噴射量ＴＡＵｂは、機関運転状態に関するパラメータ（例えば、機関負荷及び機関回転数ＮＥ等。以下、「運転パラメータ」と称す）の関数として予め求められてマップの形でＲＯＭ３２内に記憶されているか、或いは運転パラメータに基づいた数式により算出される。また、補正係数ｋは空燃比補正係数、加速増量補正係数等をひとまとめにして表したものであり、補正する必要がないときには１．０とされる。

ｉ番気筒において吸気弁閉弁時に筒内に充填されている空気の量を筒内充填空気量Ｍｃｉ（ｇ）と称すると、空気量バラツキ補正係数ηｉは筒内充填空気量Ｍｃｉの気筒間のバラツキを補償するためのものである。ｉ番気筒の空気量バラツキ補正係数ηｉは例えば次式（２）に基づいて算出される。
ηｉ＝Ｍｃｉ／Ｍｃａｖｅ …（２）
ここで、Ｍｃａｖｅは全気筒の筒内充填空気量Ｍｃｉの平均値（＝ΣＭｃｉ／８。「８」は気筒数を表す）を表している。

ここで、例えば吸気管部分ＩＭの内周面や吸気弁６の外周面上に主として炭素からなるデポジットが形成されると、デポジットの付着量は気筒毎に異なるので、筒内充填空気量Ｍｃｉに気筒間でバラツキが生じる虞がある。また、燃焼室５の容積等については気筒間で製造誤差が生じている場合があり、この場合にも筒内充填空気量Ｍｃｉには気筒間でバラツキが生じる虞がある。筒内充填空気量Ｍｃｉに気筒間でバラツキが生じた場合に全ての気筒について燃料噴射量を等しいままとすると、空燃比や出力トルクに気筒間でバラツキが生ずることになる。そこで本実施形態では、空気量バラツキ補正係数ηｉを導入し、筒内充填空気量の気筒間バラツキを補償するようにしている。

なお、燃料噴射が実際に行われるタイミングが燃料噴射量ＴＡＵｉの算出タイミングよりも或る時間だけ先であることを考慮し、式（１）における基本燃料噴射量ＴＡＵｂを式（１）による燃料噴射量ＴＡＵｉの算出タイミングよりも或る時間だけ先の予測値とすることもできる。

或いは、ｉ番気筒の燃料噴射量ＴＡＵｉを次式（３）に基づいて算出することもできる。
ＴＡＵｉ＝Ｍｃｉ・ｋ／ＡＦｔ …（３）
ここで、ＡＦｔは目標空燃比である。

このように、燃料噴射量ＴＡＵｉを式（１）に基づいて算出する場合も、式（３）に基づいて算出する場合も、全ての気筒について空燃比を目標空燃比と一致させて出力トルクの気筒間でのバラツキをなくすためには、筒内充填空気量Ｍｃｉを正確に求める必要がある。

本実施形態では、ｉ番気筒の吸気弁６が開弁することにより生ずる吸気圧Ｐｍの低下量である吸気圧低下量ΔＰｍｄｗｎｉに基づいて筒内充填空気量Ｍｃｉが算出される。次に、図３〜図５を参照しながらまず吸気圧低下量ΔＰｍｄｗｎｉについて説明する。

図３は、圧力センサ４１により例えば一定時間間隔で７２０°クランク角にわたって検出された吸気圧Ｐｍを示している。図３に示した内燃機関における吸気順序は、＃１−＃８−＃４−＃３−＃６−＃５−＃７−＃２である。図３において、ＯＰｉ（ｉ＝１，２，…，８）はｉ番気筒の吸気弁６の開閉弁時期を表しており、０°クランク角は１番気筒＃１の吸気上死点を表している。図３からわかるように、或る気筒への吸気が開始されると、上昇していた吸気圧Ｐｍが低下し始め、斯くして吸気圧Ｐｍに上向きのピークが生ずる。吸気圧Ｐｍは更に低下した後に再び上昇し、斯くして吸気圧Ｐｍに下向きのピークが生ずる。このように、吸気圧Ｐｍには上向きのピークと下向きのピークとが交互に生ずることになる。図３には、ｉ番気筒の吸気弁６が開弁することにより吸気圧Ｐｍに生ずる上向きのピークがＵＰｉで、下向きのピークがＤＮｉでそれぞれ示されている。

図４に示されるように、上向きのピークＵＰｉにおける吸気圧Ｐｍを最大値Ｐｍｍａｘｉ、下向きのピークＤＮｉにおける吸気圧Ｐｍを最小値Ｐｍｍｉｎｉと称すると、ｉ番気筒への吸気が行われることにより吸気圧Ｐｍが最大値Ｐｍｍａｘｉから最小値Ｐｍｍｉｎｉまで低下する。従って、この場合の吸気圧低下量ΔＰｍｄｗｎｉは次式（４）で表される。
ΔＰｍｄｗｎｉ＝Ｐｍｍａｘｉ−Ｐｍｍｉｎｉ …（４）

一方、図４に示されるように、吸気弁６が開弁すると、吸気管ＩＭから流出してｉ番気筒の筒内ＣＹＬに吸入される空気の流量である筒内吸入空気流量ｍｃｉ（ｇ／ｓｅｃ、図５参照）が増大し始める。次いで、筒内吸入空気流量ｍｃｉが、スロットル弁１７を通過して吸気管ＩＭ内に流入する空気の流量であるスロットル弁通過空気流量ｍｔ（ｇ／ｓｅｃ、図５参照）よりも大きくなると、吸気圧Ｐｍが低下し始める。次いで、筒内吸入空気流量ｍｃｉが低下してスロットル弁通過空気流量ｍｔよりも小さくなると、吸気圧Ｐｍが増大し始める。

即ち、吸気管ＩＭ内にスロットル弁１７を介して空気がスロットル弁通過空気流量ｍｔだけ流入し、ｉ番気筒への吸気が行われると吸気管ＩＭから各吸気弁６を介し空気が筒内吸入空気流量ｍｃｉだけ流出することを考えると、流出分である筒内吸入空気流量ｍｃｉが流入分であるスロットル弁通過空気流量ｍｔを一時的に超過し、このため吸気管ＩＭ内の圧力である吸気圧Ｐｍが吸気圧低下量ΔＰｍｄｗｎｉだけ低下する。

さて、筒内充填空気量Ｍｃｉは筒内吸入空気流量ｍｃｉを時間積分したものである。従って、筒内充填空気量Ｍｃｉ又は空気量バラツキ補正係数ηｉに対する吸気弁開閉弁時期ＯＰｉ（図３参照）の重複の影響を無視できるとすると、筒内充填空気量Ｍｃｉは次式（５）のように表すことができる。

ここで、ｔｍａｘｉはｉ番気筒への吸気により吸気圧Ｐｍに上向きのピークが発生する時刻である上向きピーク発生時刻を、ｔｍｉｎｉはｉ番気筒への吸気により吸気圧Ｐｍに下向きのピークが発生する時刻である下向きピーク発生時刻を、Δｔｄｗｎｉは上向きピーク発生時刻ｔｍａｘｉから下向きピーク発生時刻ｔｍｉｎｉまでの時間間隔（ｓｅｃ）を、Δｔｏｃは吸気弁開弁時間（ｓｅｃ）を、それぞれ表している（図４参照）。

式（５）において、右辺第１項は図４にＴ１で示される部分（以下、「領域Ｔ１」と称す）、即ち筒内吸入空気流量ｍｃｉとスロットル弁通過空気流量ｍｔとで囲まれた部分の面積を表したものであり、右辺第２項は図４にＴ２で示される部分（以下、「領域Ｔ２」と称す）、即ち筒内吸入空気流量ｍｃｉとスロットル弁通過空気流量ｍｔと直線ｍｃｉ＝０とで囲まれた部分の面積を台形で近似して表したものである。

上述したように、吸気が行われることにより筒内吸入空気流量ｍｃｉがスロットル弁通過空気流量ｍｔを一時的に超過する。従って、この期間においては、筒内吸入空気流量ｍｃｉを時間積分して得られる筒内充填空気量Ｍｃｉがスロットル弁通過空気流量ｍｔの時間積分値を超過する。領域Ｔ１はこのように、吸気が行われることにより生ずるスロットル弁通過空気流量ｍｔの積分値に対する筒内充填空気量Ｍｃｉの超過分を表している。

従って、一般化して言うと、筒内充填空気量を領域Ｔ１の面積で表される基本空気量と領域Ｔ２の面積で表される超過空気量とに分割し、超過空気量は、吸気が行われることにより生ずるスロットル弁通過空気量に対する筒内充填空気量の超過分であり、各気筒について基本空気量と超過空気量とを合計することにより各気筒の筒内充填空気量を算出しているということになる。

一方、吸気管ＩＭについての質量保存則は、吸気管ＩＭ内の空気についての状態方程式を用いて次式（６）により表される。

ここで、Ｖｍは吸気管ＩＭの容積（ｍ³）を、Ｒａは気体定数を空気の平均分子量で除算した値（以下、単に「気体定数」と称す）を、Ｔｍは吸気管ＩＭ内の空気の温度（Ｋ）をそれぞれ表している（図５参照）。式（６）は、Ｖｍ／ＲａをパラメータＫｍとして表すと、次式（７）のように変形される。

時刻ｔｍａｘｉから時刻ｔｍｉｎｉまでの間には吸気圧Ｐｍが吸気圧低下量ΔＰｍｄｗｎｉだけ低下するため、式（５）は式（７）を用いて次式（８）のように書き直すことができる。

そうすると、吸気圧Ｐｍを圧力センサ４１により検出して吸気圧低下量ΔＰｍｄｗｎｉを算出し、上述したパラメータＫｍを求め、スロットル弁通過空気流量ｍｔをエアフロメータ４０により検出してその平均値ｍｔａｖｅを算出し、時刻ｔｍａｘｉ、ｔｍｉｎｉを吸気圧Ｐｍから検出して時間間隔Δｔｄｗｎｉ（＝ｔｍｉｎｉ−ｔｍａｘｉ）を算出すれば、式（８）を用いて筒内充填空気量Ｍｃｉを算出できることになる。なお、吸気弁開弁時間ΔｔｏｃはＥＣＵ３１から吸気弁駆動装置２２への指示値であり、従って実際に吸気弁６が開弁している時間である。

しかしながら、冒頭で述べたように、気筒内に吸入された空気の吸気管内への逆流により、又はその他の要因により、上述したように筒内充填空気量を算出すると筒内充填空気量には誤差が生じてしまう。すなわち、式（８）の右辺第２項は図４の領域Ｔ２を台形で近似している。ところが、空気の逆流等が生じた場合には、式（８）の右辺第２項によって近似的に算出される値は、領域Ｔ２よりも図６の斜線で示された量だけ多いものとなってしまい、結果的に筒内充填空気量が多めに算出されて誤差が生じてしまう。換言すると、吸気弁開弁時間Δｔｏｃを実際に吸気弁６が開弁している時間と等しい値とすると、式（８）の右辺第２項によって近似的に算出される値に誤差が生じてしまう。

そこで本発明では、吸気弁開弁時間Δｔｏｃを実際に吸気弁６が開弁している時間とせずに適切な値に調整することにより、空気の逆流等が生じた場合であっても領域Ｔ２を高精度に算出することができるようにしている。以下、図７及び図８を参照しながら本発明における筒内充填空気量の算出方法について説明する。

図７は、１番気筒の吸気上死点から次の１番気筒の吸気上死点までのクランク角７２０°の間における全ての気筒についての筒内充填空気流量ｍｃｉ及びスロットル弁通過空気流量平均値ｍｔａｖｅを示している。

このクランク角７２０°の間において吸気管ＩＭ内に流入した空気の総量は図７（Ａ）にハッチングで示される部分の面積であって、このクランク角７２０°の間におけるスロットル弁通過空気流量平均値ｍｔａｖｅと、クランクシャフトがクランク角７２０°だけ回転するのに要した所要時間ｔ₇₂₀との積で表される（ｍｔａｖｅ・ｔ₇₂₀）。一方、このクランク角７２０°の間において吸気管ＩＭから流出して気筒内に充填された空気の総量は図７（Ｂ）にハッチングで示される部分の面積であって、筒内充填空気量Ｍｃｉの合計ΣＭｃｉで表される。

クランク角７２０°の始点と終点とで吸気圧Ｐｍがほとんど変化していなければ、このクランク角７２０°の間に吸気管ＩＭ内に流入した空気の総量と、吸気管ＩＭから流出して各気筒内に充填された空気の総量とは、互いにほぼ等しいはずである。従って、この場合には次式（９）が成立する。

そして、式（９）の右辺に式（８）を代入して整理すると、次式（１０）のように表すことができる。

ここで、Ｔｍａｖｅは、クランク角７２０°の間における吸気管ＩＭ内の空気温度平均値を表している。

ところが、式（１０）は実際には成立しない可能性がある。これは上述したように、吸気弁開弁時間Δｔｏｃを実際に吸気弁６が開弁している時間と等しい値とすることで式（８）の右辺第２項によって近似的に算出される値に誤差が生じてしまうためである。

そこで、本発明では、上記式（１０）について、吸気弁開弁時間Δｔｏｃの代わりに変数ｘを用いる。この場合、上記式（１０）は次式（１１）のように表される。

そして、式（１１）を変数ｘについて整理すると、次式（１２）のように表すことができる。

このようにして算出される変数ｘは、吸気弁開弁時間Δｔｏｃに対応する値であって、クランク角７２０°の間に吸気管ＩＭ内に流入した空気の総量と、吸気管ＩＭから流出して各気筒内に充填された空気の総量とが等しいと仮定した場合に定まる値である（以下、「仮想的な吸気弁開弁時間」と称す）。すなわち、仮想的な吸気弁開弁時間ｘは、図８において点線で囲まれた部分（すなわち、上底をΔｔｄｗｎｉ、下底を仮想的な吸気弁開弁時間ｘ、高さをｍｔａｖｅとする台形部分）の面積が、筒内吸入空気流量ｍｃｉとスロットル弁通過空気流量ｍｔａｖｅと直線ｍｃｉ＝０とで囲まれた部分（領域Ｔ２）の面積と等しくなるように定められる値である。ただし、図８は１気筒について示しているが、実際には仮想的な吸気弁開弁時間ｘは、上記点線で囲まれた部分の面積の全気筒分の合計値が領域Ｔ２の面積の全気筒分の合計値と等しくなるように定められている。

一方、式（８）は、Δｔｏｃの代わりに変数ｘを用いて表すと、次式（１３）のようになる。

そして、式（１３）に、式（１２）によって算出された変数ｘの値を代入することにより、各気筒への筒内充填空気量が正確に算出されるようになる。

すなわち、本発明によれば、全気筒への平均空気流量がスロットル通過空気流量と等しくなるような仮想的な吸気弁開弁時間が算出され、斯かる仮想的な吸気弁開弁時間を吸気弁の開弁時間として利用して領域Ｔ２を算出することで、各気筒への筒内充填空気量を正確に算出することができる。

図９は、本発明の実施形態によるｉ番気筒の燃料噴射量ＴＡＵｉの算出ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定クランク角ごとの割り込みによって実行される。

図９を参照すると、ステップ１０１では負荷センサ４３及びクランク角センサ４４等によって検出された機関負荷、機関回転数等に基づいて基本燃料噴射量ＴＡＵｂが算出される。次いで、ステップ１０２では、図１０に示した筒内充填空気量Ｍｃｉの算出ルーチンが実行され、これにより各気筒への筒内充填空気量Ｍｃｉが算出される。次いで、ステップ１０３では、ステップ１０２で算出された各気筒への筒内充填空気量Ｍｃｉ及びこの筒内充填空気量の全気筒の平均値Ｍｃａｖｅに基づいて式（２）を用いてｉ番気筒空気量バラツキ補正係数ηｉが算出される（ｉ＝１，２，…，８）。次いで、ステップ１０４では補正係数ｋが算出される。ステップ１０５では、ステップ１０１、１０３、１０４で算出された基本燃料噴射量ＴＡＵｂ、空気量バラツキ補正係数ηｉ及び補正係数ｋに基づいて式（１）を用いて燃料噴射量ＴＡＵｉが算出される。ｉ番気筒の燃料噴射弁１１では燃料噴射量ＴＡＵｉだけ燃料が噴射される。

図１０は、本発明の実施形態によるｉ番気筒の筒内充填空気量Ｍｃｉの算出ルーチンを示している。

図１０を参照すると、ステップ１２１ではエアフロメータ４０の出力等からスロットル弁通過空気流量ｍｔが検出される。次いで、ステップ１２２では圧力センサ４１の出力からｉ番気筒の吸気弁６が開弁することによる吸気圧の上向きピーク発生時刻ｔｍａｘｉ及び下向きピーク発生時刻ｔｍｉｎｉが検出される（ｉ＝１，２，…，８）。次いで、ステップ１２３ではステップ１２２で検出されたピーク発生時刻ｔｍａｘｉ、ｔｍｉｎｉに基づいてｉ番気筒の時間間隔Δｔｄｗｎｉが算出される（Δｔｄｗｎｉ＝ｔｍｉｎｉ−ｔｍａｘｉ）。次いで、ステップ１２４では、図１１に示した仮想的な吸気弁開弁時間ｘの算出ルーチンにより算出された変数ｘが取得される。

ステップ１２５では、圧力センサ４１の出力からｉ番気筒の吸気弁６が開弁することによる吸気圧の最大値Ｐｍｍａｘｉ及び最小値Ｐｍｍｉｎｉが検出される。次いでステップ１２６では、ステップ１２５で検出された最大値Ｐｍｍａｘｉ及び最小値Ｐｍｍｉｎｉに基づいて式（４）を用いてｉ番気筒の吸気圧低下量ΔＰｍｄｗｎｉが算出される。ステップ１２７では温度センサ（図示せず）等の出力に基づいて吸気管部分ＩＭ内の温度Ｔｍが検出される。そして、ステップ１２８では、ステップ１２１、１２３、１２４、１２６及び１２７で算出されたｍｔ、Δｔｄｗｎｉ、ｘ、ΔＰｍｄｗｎｉ及びＴｍに基づいて式（１３）を用いて各気筒への筒内充填空気量Ｍｃｉが算出される。算出された各気筒への筒内充填空気量Ｍｃｉは図９に示した各気筒への燃料噴射量ＴＡＵｉの算出に用いられる。

図１１は本発明の実施形態による変数ｘの算出ルーチンを示している。この算出ルーチンはクランクシャフトが７２０°回転する毎に行われる。

図１１を参照すると、ステップ１４１ではクランク角センサ４４の出力等に基づいてクランクシャフトが７２０°回転するのに要した時間ｔ₇₂₀が検出される。次いで、ステップ１４２ではエアフロメータ４０の出力等から、クランクシャフトが７２０°回転している間のスロットル通過空気流量の平均値ｍｔａｖｅが算出される。次いで、ステップ１４３では図１０のステップ１２３で算出された時間間隔Δｔｄｗｎｉを全ての気筒について合計することで、ΣΔｔｄｗｎｉが算出される。ステップ１４４では、図１０のステップ１２５で算出された吸気圧低下量ΔＰｍｄｗｎｉを全ての気筒について合計することで、ΣΔＰｍｄｗｎｉが算出される。次いで、ステップ１４５では、温度センサの出力に基づいて吸気管部分ＩＭ内の温度の平均値Ｔｍａｖｅが算出される。次いで、ステップ１４６では、ステップ１４１、１４２、１４３、１４４及び１４５で算出されたｔ₇₂₀、ｍｔａｖｅ、ΣΔｔｄｗｎｉ、ΣΔＰｍｄｗｎｉ及びＴｍａｖｅに基づいて式（１２）を用いて変数ｘの値が算出される。

なお、上述したように、式（１２）はクランク角７２０°の始点と終点とで吸気圧Ｐｍがほとんど変化していことを条件として成立するため、定常運転時にのみ筒内充填空気量Ｍｃｉを算出し、クランク角７２０°の始点と終点とで吸気圧Ｐｍが変動し易い過渡運転時には筒内充填空気量Ｍｃｉの算出を中止するのが好ましい。ここで、定常運転時とは例えば機関負荷や機関回転数がほぼ一定の運転時を意味し、過渡運転時とは例えば機関負荷や機関回転数が変動する運転時を意味する。

また、上記説明では、吸気弁開閉弁時期が遅角側に設定されて吸気弁が吸気下死点以降にも開弁し、それにより気筒内に吸入された空気が吸気管内へ逆流する場合について本発明が適用されている。しかしながら、本発明は上記場合のみならず、例えば吸気弁開閉弁時期が進角側に設定されて吸気弁が吸気上死点以前から開弁し、それにより吸気弁が開弁されながらも空気が吸気管内へ流入しないような場合にも適用することができる。

本発明が適用される内燃機関の全体図である。 吸気弁開弁時期を示す図である。 吸気圧Ｐｍの検出結果を示す図である。 吸気圧低下量ΔＰｍｄｗｎｉを説明するためのタイムチャートである。 筒内充填空気量Ｍｃｉの算出方法を説明するための図である。 近似における誤差を説明するためのタイムチャートである。 仮想的な吸気弁開弁時間ｘの算出方法を説明するためのタイムチャートである。 仮想的な吸気弁開弁時間ｘの算出方法を説明するためのタイムチャートである。 燃料噴射量ＴＡＵｉの算出ルーチンを示すフローチャートである。 筒内充填空気量Ｍｃｉの算出ルーチンを示すフローチャートである。 変数ｘの値の算出ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 機関本体
６ 吸気弁
１０ 燃料噴射弁
１８ スロットル弁
３１ ＥＣＵ
２２ 吸気弁駆動装置
４０ エアフロメータ
４１ 圧力センサ
ＩＭ 吸気管

Claims (2)

1. 複数の気筒と複数の吸気弁とを有する内燃機関の筒内充填空気量推定装置であって、
   各気筒への筒内充填空気量を、基本空気量と、吸気弁が開弁することによりスロットル弁通過空気流量を超えて吸気通路部分から気筒内に流入する超過空気量とに二分割し、
   吸気通路部分にスロットル弁を介して流入するスロットル弁通過空気流量と各吸気弁の開弁時間とに基づいて基本空気量を算出する基本空気量算出手段と、
   上記吸気弁の開弁による吸気圧の低下量に基づいて超過空気量を算出する超過空気量算出手段と、
   上記基本空気量と超過空気量とを合計して各気筒への筒内充填空気量を算出する筒内充填空気量算出手段とを具備する筒内充填空気量推定装置において、
   上記基本空気量算出手段は、全気筒への平均空気流量がスロットル通過空気流量と等しくなるような仮想的な吸気弁開弁時間を算出し、該仮想的な吸気弁開弁時間を上記吸気弁の開弁時間として用いる筒内充填空気量推定装置。
2. 上記基本空気量算出手段は、吸気弁開弁時期付近又は吸気弁閉弁時期付近において上記吸気通路部分への空気の逆流が生ずるときに、上記仮想的な吸気弁開弁時間を上記吸気弁の開弁時間として用いる請求項１に記載の筒内充填空気量推定装置。

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