JP2007211628A - 内燃機関の駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のシリンダ室を有する内燃機関の運転状況にかかわらず、前記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】エンジンの回転数Ｎｅに基づいてエアフローメータによって吸入空気量の検出を開始する検出開始クランク角度Ｘ１と、前記吸入空気量の検出を終了させる検出終了クランク角度Ｘ２とを予め制御部に設定している。この際、隣接するクランク角度と前記検出開始クランク角度Ｘ１及び検出終了クランク角度Ｘ２との間にそれぞれ生じる差分に基づいて吸入空気量ＱＰの補正を行い、前記検出開始クランク角度Ｘ１以降の吸入空気量Ｑｓのみと、前記検出終了クランク角度Ｘ２までの吸入空気量Ｑｓのみを算出し、前記検出開始クランク角度Ｘ１から検出終了クランク角度Ｘ２までに検出された前記吸入空気量を積算している。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関に吸入される空気量を検出し、前記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、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、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エアと、吸気管内に充填される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エアの圧力値を検出し、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、内燃機関を構成する本体部に接続され複数に分岐した分岐管と集合管とを有する吸気マニホールドを備え、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を前記内燃機関に吸入させ、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、
前記内燃機関の回転数及びクランクシャフトの回転角度に基づいて設定された開始回転角度から吸入空気の空気量を検出を開始する工程と、
前記開始回転角度に隣接した空気量計測タイミングと前記開始回転角度との差分に基づいて前記開始回転角度から検出された前記空気量を補正する工程と、
前記空気量計測タイミング毎に検出される空気量の検出を、前記内燃機関の回転数及びクランクシャフトの回転角度に基づいて設定された終了回転角度で停止する工程と、
前記終了回転角度に隣接した前記空気量計測タイミングと前記終了回転角度との差分に基づいて前記終了回転角度までに検出された前記空気量を補正する工程と、
前記空気量検出部によって検出された空気量及び補正された空気量を積算し、実際に前記内燃機関に吸入される実吸入空気量を推定する工程と、
前記推定された実吸入空気量に基づき、前記内燃機関における燃料噴射量を制御する工程と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、内燃機関に吸入される吸入空気の空気量を、副吸気通路に設けられた空気量検出部によって、前記内燃機関の回転数及びクランクシャフトの回転角度に基づいた開始回転角度から検出を開始して空気量計測タイミング毎に検出し、前記開始回転角度に隣接した前記空気量計測タイミングと前記開始回転角度との差分に基づいて検出された空気量の補正を行う。そして、クランクシャフトの回転角度が終了回転角度に到達した際に前記空気量の検出を停止し、前記終了回転角度に隣接した空気量計測タイミングと前記終了回転角度との差分に基づいて前記終了回転角度までに検出された空気量の補正を行う。

従って、各空気量計測タイミング毎に空気量が検出されているため、隣接する空気量計測タイミングの間に開始回転角度が設定された際、補正を行うことによって前記開始回転角度以降に検出された空気量のみを算出し、隣接する空気量計測タイミングの間に終了回転角度が設定された際、補正を行うことにより前記終了回転角度までに検出された空気量のみを算出して前記補正された空気量を含めて積算することによって吸入空気量を算出している。これにより、前記内燃機関の運転条件に関わらず安定した吸入空気量を得ることができ、実際に内燃機関に吸入される実吸入空気量を高精度に推定することが可能となる。その結果、吸入空気量に基づいて噴射される燃料噴射量を精度よく制御することができ、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、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、開始回転角度から空気量の検出を開始した後に、該開始回転角度の直前となる前回の空気量計測タイミングと、前記開始回転角度の直後となる次回の空気量計測タイミングのうち、前記開始回転角度に近い方の空気量計測タイミングを選択する工程を備えるとよい。これにより、開始回転角度と該開始回転角度により近いと選択された空気量計測タイミングとから差分を算出することができ、前記開始回転角度以降に検出された空気量のみを算出する際の補正に用いることが可能となる。そのため、空気量の補正を精度よく行うことにより、実際に内燃機関に吸入される実吸入空気量を高精度に推定することが可能となる。

さらに、終了回転角度において空気量の検出を停止した後に、該終了回転角度の直前となる前回の空気量計測タイミングと、前記終了回転角度の直後となる次回の空気量計測タイミングのうち、前記終了回転角度に近い方の空気量計測タイミングを選択する工程を備えるとよい。これにより、終了回転角度と該終了回転角度により近いと選択された空気量計測タイミングとから差分を算出することができ、前記終了回転角度までに検出された空気量の補正に用いることが可能となる。そのため、空気量の補正を精度よく行うことにより、実際に内燃機関に吸入される実吸入空気量を高精度に推定す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、吸気マニホールドの副吸気通路に設けられた空気量検出部を介して空気量計測タイミング毎に空気量を検出する際、前記空気量の検出を開始する開始回転角度以降の空気量と前記検出を終了する終了回転角度までの空気量のみが算出されるように補正を行い、補正された空気量を含む検出された空気量を積算することにより内燃機関の運転状況に関わらず安定した吸入空気量を得ることができる。そのため、実際に内燃機関に吸入される実吸入空気量を高精度に推定することができ、それに伴って、吸入空気量に基づいて噴射される燃料噴射量を精度よく制御することを可能とし、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。

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（本体部）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。従って、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、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、前記第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（吸気マニホールド）３４の下流側に形成された複数本の第１〜第４分岐管３６ａ〜３６ｄ（図２参照）がそれぞれ接続されている。この第１〜第４分岐管３６ａ〜３６ｄは、第１〜第４シリンダ室１２ａ〜１２ｄの数に対応した本数（４本）に枝状に分岐している。

また、インテークマニホールド３４の上流側には、複数の第１〜第４分岐管３６ａ〜３６ｄが纏められて集合した集合管３８が形成されている。換言すると、インテークマニホールド３４は、上流側に形成される単一の集合管３８から下流側に向かって複数の第１〜第４分岐管３６ａ〜３６ｄに分岐するように形成されている。この集合管３８には、所定容量を有するタンク部４０が形成されている。

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。

エンジン１４の吸気行程において、スロットルバルブ４２が開状態となることにより、第１〜第４ピストン１８ａ〜１８ｄのストローク変位に伴う吸入負圧によって吸入空気が、スロットルボディ４４及びインテークマニホールド３４を通じて吸気ポート２４から第１〜第４シリンダ室１２ａ〜１２ｄへと吸入される。

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７０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。

一方、インテークマニホールド３４には、タンク部４０と第４分岐管３６ｄとの間を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。すなわち、インテークマニホールド３４において略並列に配置された第１〜第４分岐管３６ａ〜３６ｄのうち、その端部となる位置に形成された第４分岐管３６ｄのみにバイパス配管５８が接続されている。

バイパス配管５８の第１接続端部６０は、該バイパス配管５８の上流側となる一端部に形成され、インテークマニホールド３４を構成するタンク部４０に接続されることにより、前記タンク部４０の内部と前記バイパス配管５８の内部とが連通した状態となる。

また、第１接続端部６０は、前記タンク部４０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６０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（例えば、集合管３８）に直接接続されていればよい。

さらに、バイパス配管５８の下流側となる第２接続端部６２は、第４分岐管３６ｄに接続される場合に限定されるものではなく、前記第２接続端部６２を前記第４分岐管３６ｄの代わりに第１分岐管３６ａに接続するようにしてもよい。これにより、バイパス配管５８をタンク部４０と第１分岐管３６ａとの間に接続し、前記タンク部４０の内部と第１分岐管３６ａの分岐通路５４ａとを連通させるようにしてもよい。

このバイパス配管５８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６４が配設されている。このエアフローメータ６４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。

エアフローメータ６４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６６を有し、前記検出部６６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６６の温度が変化し、前記検出部６６の温度を一定温度に保持させるために前記検出部６６に供給される電流量が変化する。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が採用されている。

なお、空気量検出部として機能するエアフローメータ６４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のは勿論のことである。

一方、エンジン１４を構成するクランクシャフト２２の回転角度（以下、クランク角度という）が回転角度センサ６８によって検出され、現在のクランクシャフト２２のクランク角度Ｔａｇが、制御信号であるクランクパルスＰ（図３参照）として前記回転角度センサ６８から制御部７０へと出力される。このクランクパルスＰに基づいて前記制御部７０から点火プラグ３２及びインジェクタ５６に対して制御信号が出力される。

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、次にその動作並びに作用効果について説明する。なお、ここでは、第４気筒Ｃ４に空気が吸入される場合について説明する。

先ず、図２に示されるように、エンジン１４が始動している状態において、運転者がアクセルペダル（図示せず）を操作してスロットルバルブ４２を開弁させる。これにより、吸気バルブ２８が吸気ポート２４より離間し、且つ、第４ピストン１８ｄが下方へ変位する吸気行程において、前記第４ピストン１８ｄによるストローク変位に伴って第４シリンダ室１２ｄからの吸入負圧によってエアクリーナ４８を通じ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（図１参照）。その際、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から第１接続端部６０を通じて前記バイパス配管５８の内部へと導入される。

そして、吸入空気の一部が、バイパス配管５８を第２接続端部６２側に向かって流通し、エアフローメータ６４によってバイパス配管５８を流通する吸入空気の空気量が検出されると共に、前記吸入空気の一部が、バイパス配管５８を介してインテークマニホールド３４の吸気通路５０へと再び合流し、前記吸気通路５０を流通している吸入空気と共に第４シリンダ室１２ｄの内部へと吸入される。

この際、図３に示されるように、エアフローメータ６４によって検出された吸入空気量は、吸気バルブ２８の開度に対して若干の遅れが生じていることが諒解される。なお、図３は、クランク角度θに基づいて出力されるクランクパルスＰ、吸気行程における吸気バルブ２８の開度及びエアフローメータ６４によって検出された吸入空気量との関係を示した特性線図である。このクランク角度θは、例えば、３０°毎に１２分割され、エンジン１４が１サイクルする場合（４サイクルエンジン）にはクランクシャフト２２が２回転するため、前記クランク角度が２４分割されて設定される。

詳細には、エンジン１４の吸気行程において、第４シリンダ室１２ｄで第４ピストン１８ｄが下方へと変位すると共に、吸気バルブ２８が吸気ポート２４から離間することにより、吸入負圧が生じてインテークマニホールド３４の吸気通路５０を通じて前記第４シリンダ室１２ｄに向かって空気が流通することとなるが、バイパス配管５８は前記第４シリンダ室１２ｄより所定距離だけ離間して設けられているため、前記空気が流通し始めるまでに若干の遅れが生じる。

その結果、図３に示されるように、クランクパルスＰ毎に吸気バルブ２８の開度と吸入空気量との関係を見た場合に、前記吸気バルブ２８の開度の増減に対して前記吸入空気量が若干の遅れて増減し、吸気バルブ２８における開度のピークとエアフローメータ６４による吸入空気量のピークとにずれが生じている。この吸入空気量が検出されるタイミングの遅れ（ずれ）は、エンジンの運転条件（例えば、回転数Ｎｅ）によって変動する。

また、図４に示されるように、回転角度センサ６８によって検出された現在のクランクシャフト２２のクランク角度Ｔａｇが検出信号（クランクパルスＰ）として制御部７０へ出力され、この制御部７０においてエンジン１４の第１〜第４気筒Ｃ１〜Ｃ４のうち該第４気筒Ｃ４が吸気行程にあることが特定される。

次に、クランクパルスＰ毎のタイミング（空気量計測タイミング）でエアフローメータ６４によって吸入空気量を検出すると共に、該クランク角度に応じて補正することにより、実際に第４シリンダ室１２ｄに吸入される実吸入空気量Ｑの推定を行う内燃機関の駆動制御方法について図４〜図６を参照しながら説明する。

最初に、図４に示されるように、エンジンの回転数Ｎｅが、制御部７０の計測タイミング演算部７２へと出力され、該回転数Ｎｅに基づいてエアフローメータ６４で吸入空気量の検出を開始する検出開始クランク角度（開始回転角度）Ｘ１（以下、単にクランク角度Ｘ１という）と、前記吸入空気量の検出を終了させる際の検出終了クランク角度（終了回転角度）Ｘ２（以下、単にクランク角度Ｘ２という）とがそれぞれ算出され、吸入空気量演算部７４に対して出力される。これにより、吸入空気量演算部７４にクランク角度Ｘ１、Ｘ２が予め設定される。すなわち、図５Ａ及び図５Ｂに示されるように、検出が開始されるクランク角度Ｘ１と検出を終了するクランク角度Ｘ２との間が、エアフローメータ６４によって吸入空気量が検出される計測範囲として設定される。

そして、図６のステップＳ１において、回転角度センサ６８によって検出された現在のクランク角度Ｔａｇが吸入空気量演算部７４へと出力され、前記吸入空気量演算部７４で前記クランク角度Ｔａｇと、予め設定された吸入空気量の検出を開始するクランク角度Ｘ１との比較判断が行われる。このクランク角度Ｔａｇが、前記クランク角度Ｘ１より大きいか同等（Ｔａｇ≧Ｘ１）である場合には、ステップＳ２へと進む。

一方、クランク角度Ｔａｇが検出開始クランク角度Ｘ１未満である場合には、前記クランク角度Ｔａｇがクランク角度Ｘ１より大きいか同等（Ｔａｇ≧Ｘ１）に達するまでステップＳ１において繰り返し判断が行われる。

ステップＳ２では、クランク角度Ｘ１の直前となる前回のクランクパルスＰｎ−１に対応したクランク角度ＴＰｎ−１と、該クランク角度Ｘ１の直後となる次回のパルス出力Ｐｎに対応したクランク角度ＴＰｎとを加算した値を２で除した前回のクランク角度ＴＰｎ−１と次回のクランク角度ＴＰｎの中間値（（ＴＰｎ＋ＴＰｎ−１）／２）が算出される。そして、検出開始のタイミングとなるクランク角度Ｘ１と前記中間値とを比較し、該クランク角度Ｘ１が中間値より大きい又は同等である場合には、ステップＳ３へと進む。

すなわち、図５Ａに示されるように、クランク角度Ｘ１が前記中間値より大きい場合には、該クランク角度Ｘ１が前回のクランク角度ＴＰｎ−１より次回のクランクパルスＰｎに基づいたクランク角度ＴＰｎに近く設定されていることが諒解される。

次に、ステップＳ３において、クランク角度ＴＰｎにおける吸入空気量Ｑｓの算出を行う。この吸入空気量Ｑｓは、基本的に各クランクパルスＰｎの間となるクランク角度間隔ΔＴＰ（図５Ａ及び図５Ｂ参照）とした場合、クランクパルスＰｎにおける流量ＱＰｎと前記クランク角度間隔ΔＴＰとの乗算により算出される（ＱＰｎ×ΔＴＰ）。換言すれば、吸入空気量Ｑｓは、流量ＱＰｎとクランク角度間隔ΔＴＰとからなる面積として表すことができる。

しかし、上述したように、吸入空気量の検出が開始されるクランク角度Ｘ１が、クランク角度ＴＰｎとクランク角度ＴＰｎ−１との間に設定され、前記クランク角度Ｘ１以降に検出される吸入空気量は、クランク角度間隔ΔＴＰの全域で検出された場合の吸入空気量と比較して少なくなる。そのため、クランク角度Ｘ１から検出される吸入空気量の補正を行う必要がある。

このクランクパルスＰｎにおける吸入空気量の補正は、図５Ａに示されるように、クランク角度間隔ΔＴＰにおいてクランク角度ＴＰｎ（クランクパルスＰｎ）から次回のクランク角度ＴＰｎ＋１（クランクパルスＰｎ＋１）側となるΔＴＰの半分（０．５×ΔＴＰ）と、前記クランク角度ＴＰｎと前記クランク角度Ｘ１との差分（ＴＰｎ−Ｘ１）とを加え、クランク角度間隔ΔＴＰで除する。これにより、クランク角度間隔ΔＴＰの全域に対してクランク角度Ｘ１以降となる吸入空気量の計測範囲が比率として算出され、この比率を前記クランクパルスＰｎにおける流量ＱＰｎに乗することにより、前記クランク角度Ｘ１から検出が開始されたクランクパルスＰｎにおける吸入空気量Ｑｓが正確に算出される。

一方、ステップＳ２において、前記クランク角度Ｘ１と前記中間値とを比較し、該クランク角度Ｘ１が中間値未満である場合には、図５Ｂに示されるように、該クランク角度Ｘ１が次回のクランク角度ＴＰｎ（クランクパルスＰｎ）より前回のクランクパルスＰｎ−１で検出されたクランク角度ＴＰｎ−１に近いことが諒解される。この場合には、ステップＳ４においてクランク角度ＴＰｎ−１から次回のクランク角度ＴＰｎ側となるΔＴＰの半分（０．５×ΔＴＰ）から前記クランク角度Ｘ１とクランク角度ＴＰｎ−１との差分（Ｘ１−ＴＰｎ−１）を減じ、全体となるクランク角度間隔ΔＴＰで除する。

これにより、クランク角度間隔ΔＴＰの全域に対してクランク角度Ｘ１以降となる吸入空気量の計測範囲が比率として算出され、この比率を前記クランクパルスＰｎ−１における流量ＱＰｎ−１に乗し、前記クランクパルスＰｎ−１においてクランク角度Ｘ１以降となる吸入空気量が正確に算出される。この吸入空気量に対して次回のクランクパルスＰｎにおける吸入空気量ＱＰｎを加えることにより、クランクパルスＰｎ−１からクランクパルスＰｎまでの吸入空気量となる吸入空気量Ｑｓが得られる。

そして、上述したステップＳ３又はステップＳ４で吸入空気量Ｑｓが算出された後、ステップＳ５において、現在のクランク角度Ｔａｇが回転角度センサ６８によって検出され吸入空気量演算部７４に出力され、前記吸入空気量演算部７４において前記クランク角度Ｔａｇと、予め設定された吸入空気量の検出を終了する検出終了クランク角度Ｘ２との比較が行われる。そして、前記クランク角度Ｔａｇが、前記クランク角度Ｘ２に達していない場合には、ステップＳ６において吸入空気量の積算が繰り返し行われ、ステップＳ５で前記クランク角度Ｘ２がクランク角度Ｔａｇに到達するまで繰り返し判断がなされる。これにより、クランク角度Ｘ１からの吸入空気量が各クランクパルスＰｎ＋１…毎に検出されて順次積算されることによって吸入空気量Ｑｓｘが算出される。

次に、現在のクランク角度Ｔａｇがクランク角度Ｘ２に達した（Ｔａｇ≧Ｘ２）後に、ステップＳ７において、クランク角度Ｘ２の直前となる前回のクランクパルスＰｎ＋ｍに対応したクランク角度ＴＰｎ＋ｍと、該クランク角度Ｘ２の直後となる次回のパルス出力Ｐｎ＋ｍ＋１に対応したクランク角度ＴＰｎ＋ｍ＋１とを加算した値を２で除した前回のクランク角度と次回のクランク角度の中間値（（ＴＰｎ＋ｍ＋ＴＰｎ＋ｍ＋１）／２）が算出される。そして、検出終了のタイミングとなるクランク角度Ｘ２と前記中間値とを比較し、該クランク角度Ｘ２が中間値より大きい又は同等である場合には、ステップＳ８へと進む。

すなわち、図５Ａに示されるように、クランク角度Ｘ２が中間値より大きい場合には、該クランク角度Ｘ２が前回のクランク角度ＴＰｎ＋ｍ（クランクパルスＰｎ＋ｍ）より次回のクランクパルスＰｎ＋ｍ＋１に基づいたクランク角度ＴＰｎ＋ｍ＋１に近いことが諒解される。

このステップＳ８では、吸入空気量の検出が開始されるクランク角度Ｘ１の場合と同様に、クランク角度Ｘ２がクランク角度ＴＰｎ＋ｍとクランク角度ＴＰｎ＋ｍ＋１との間に設定され、前記クランク角度Ｘ２までに検出される吸入空気量は、クランク角度間隔ΔＴＰの全域で検出された場合の吸入空気量と比較して少なくなる。そのため、クランク角度Ｘ２までに検出される吸入空気量の補正を行う必要がある。

この吸入空気量の補正は、図５Ａに示されるように、次回のクランク角度ＴＰｎ＋ｍ＋１におけるクランク角度間隔ΔＴＰの半分（０．５×ΔＴＰ）と、クランク角度ＴＰｎ＋ｍ＋１と前記クランク角度Ｘ２との差分（ＴＰｎ＋ｍ＋１−Ｘ２）とを加え、全体となるクランク角度間隔ΔＴＰで除する。これにより、クランク角度間隔ΔＴＰに対してクランク角度Ｘ２までとなる吸入空気量の計測範囲が比率として算出され、この比率を前記クランクパルスＰｎ＋ｍ＋１における流量ＱＰｎ＋ｍ＋１に乗することにより、前記クランクパルスＰｎ＋ｍ＋１におけるクランク角度Ｘ２までの吸入空気量Ｑｅが正確に算出される。

一方、ステップＳ７において、前記クランク角度Ｘ２と前記中間値とを比較し、該クランク角度Ｘ２が中間値未満である場合には、図５Ｂに示されるように、該クランク角度Ｘ２が次回のクランク角度ＴＰｎ＋ｍ＋１より前回のクランクパルスのタイミングとなるＰｎ＋ｍで検出されたクランク角度ＴＰｎ＋ｍに近いことが諒解される。

この場合には、ステップＳ９において、クランク角度ＴＰｎ＋ｍから前回のクランク角度ＴＰｎ＋ｍ−１側となるΔＴＰの半分（０．５×ΔＴＰ）と、前記クランク角度Ｘ２とクランク角度ＴＰｎ＋ｍとの差分（Ｘ２−ＴＰｎ＋ｍ）を加算し、クランク角度間隔ΔＴＰで除する。これにより、クランク角度間隔ΔＴＰに対してクランク角度Ｘ２までとなる吸入空気量の計測範囲が比率として算出され、この比率に対して前記クランクパルスＰｎ＋ｍにおける流量ＱＰｎ＋ｍを乗することにより、前記クランクパルスＰｎ＋ｍにおけるクランク角度Ｘ２までの吸入空気量Ｑｅが正確に算出される。

最後に、ステップＳ８又はステップＳ９で吸入空気量Ｑｅが算出された後、ステップＳ１０において、検出が開始されたクランク角度Ｘ１から積算された吸入空気量Ｑｓｘに対して上述した吸入空気量Ｑｅが加算され、制御部７０の吸入空気量演算部７４において実吸入空気量Ｑが推定される。そして、この実吸入空気量Ｑに基づいて燃料噴射量演算部７６で最適な燃料噴射量が算出されることにより、前記燃料噴射量に対応した制御信号がインジェクタ５６へと出力される。これにより、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。

以上のように、本実施の形態では、エアフローメータ６４によって吸入空気量を検出するタイミングを、制御部７０における吸入空気量演算部７４に検出が開始されるクランク角度Ｘ１、検出を終了するクランク角度Ｘ２として設定し、このクランク角度Ｘ１から前記クランク角度Ｘ２までの流量を回転角度センサ６８によって検出されるクランクシャフト２２のクランクパルスＰｎ毎に検出し、積算することにより実際に第１〜第４シリンダ室１２ａ〜１２ｄに吸入される吸入空気量を算出している。

この際、クランク角度Ｘ１、Ｘ２は、２つのクランクパルスＰｎの間に設定されることがあるため、前記クランクパルスＰｎに対応したクランク角度ＴＰｎと前記クランク角度Ｘ１、Ｘ２との間に生じる差分に基づいて吸入空気量の補正を行う必要がある。詳細には、エアフローメータ６４によって検出が開始された際には、クランク角度Ｘ１以降の吸入空気量Ｑｓのみを算出すると共に、前記検出が終了した際には、クランク角度Ｘ２までの吸入空気量Ｑｓのみを算出し、他のクランクパルスＰｎ（クランク角度ＴＰｎ）毎に検出された吸入空気量と共に積算している。

これにより、エンジン１４の運転条件（例えば、回転数Ｎｅ）によって実際に第１〜第４シリンダ室１２ａ〜１２ｄに吸入される際の吸気バルブ２８の開度に対してエアフローメータ６４による吸入空気量の検出が遅れる場合にも、前記第１〜第４シリンダ室１２ａ〜１２ｄに対して実際に吸入される実吸入空気量Ｑを吸入空気量Ｑｓに基づいて高精度に推定することが可能となる。

換言すれば、エンジン１４の運転条件に基づいたクランク角度Ｘ１、Ｘ２を予め制御部７０に設定しておくことにより、前記エンジン１４の運転条件に関わらず安定した吸入空気量Ｑｓが得られる。

そのため、エンジン１４の運転条件に関わらず、吸入空気量Ｑｓ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、前記第１〜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る。そのため、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、吸気バルブ２８の開閉タイミング及び開度をエンジンの回転数Ｎｅに応じて変化させる可変バルブ機構を有するエンジンが知られている。このようなエンジンにおいても、前記吸気バルブ２８の開閉タイミングや開度に基づいてクランク角度Ｘ１、Ｘ２を設定すると共に、クランクパルスＰｎに対応したクランク角度ＴＰに基づいて吸入空気量の検出及び補正を行うことにより、前記可変バルブ機構を有するエンジンにおいても安定した吸入空気量Ｑｓを得ることができる。

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の吸気装置においてクランクシャフトの回転角度に基づいて出力されるクランクパルス、吸気行程における吸気バルブの開度及びエアフローメータによって検出される吸入空気量との関係を示す特性線図である。 図１及び図２の吸気装置において、吸入空気量演算部及び計測タイミング演算部を備える制御部、エアフローメータ、エンジンを含む概略構成ブロック図である。 図５Ａ及び図５Ｂは、検出開始クランク角度から検出終了クランク角度までクランクパルス毎にエアフローメータによって検出される吸入空気量を示す特性曲線図である。 クランクシャフトのクランクパルスに基づいた検出開始クランク角度から検出終了クランク角度まで吸入空気量を検出して積算し、前記検出開始クランク角度及び検出終了クランク角度に基づいて前記吸入空気量の補正を行うことにより、実際にシリンダ室に吸入される実吸入空気量を推定する場合の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 １６…エンジン本体
２４…吸気ポート ２６…排気ポート
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
４４…スロットルボディ ４６…吸気管
５０…吸気通路 ５２…集合通路
５４ａ〜５４ｄ…分岐通路 ５８…バイパス配管
６０…第１接続端部 ６２…第２接続端部
６４…エアフローメータ ６８…回転角度センサ
７０…制御部 ７２…計測タイミング演算部
７４…吸入空気量演算部 ７６…燃料噴射量演算部

Claims (3)

1. 内燃機関を構成する本体部に接続され複数に分岐した分岐管と集合管とを有する吸気マニホールドを備え、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を前記内燃機関に吸入させ、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、
   前記内燃機関の回転数及びクランクシャフトの回転角度に基づいて設定された開始回転角度から吸入空気の空気量を検出を開始する工程と、
   前記開始回転角度に隣接した空気量計測タイミングと前記開始回転角度との差分に基づいて前記開始回転角度から検出された前記空気量を補正する工程と、
   前記空気量計測タイミング毎に検出される空気量の検出を、前記内燃機関の回転数及びクランクシャフトの回転角度に基づいて設定された終了回転角度で停止する工程と、
   前記終了回転角度に隣接した前記空気量計測タイミングと前記終了回転角度との差分に基づいて前記終了回転角度までに検出された前記空気量を補正する工程と、
   前記空気量検出部によって検出された空気量及び補正された空気量を積算し、実際に前記内燃機関に吸入される実吸入空気量を推定する工程と、
   前記推定された実吸入空気量に基づき、前記内燃機関における燃料噴射量を制御する工程と、
   を有することを特徴とする内燃機関の駆動制御方法。
2. 請求項１記載の駆動制御方法において、
   前記開始回転角度から前記空気量の検出を開始した後に、該開始回転角度の直前となる前回の空気量計測タイミングと、前記開始回転角度の直後となる次回の空気量計測タイミングのうち、前記開始回転角度に近い方の空気量計測タイミングを選択する工程を有することを特徴とする内燃機関の駆動制御方法。
3. 請求項１又は２記載の駆動制御方法において、
   前記終了回転角度において前記空気量の検出を停止した後に、該終了回転角度の直前となる前回の空気量計測タイミングと、前記終了回転角度の直後となる次回の空気量計測タイミングのうち、前記終了回転角度に近い方の空気量計測タイミングを選択する工程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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