JP2008038772A - 内燃機関の吸入空気量推定装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】吸気通路15,19内の吸入空気量を制御するスロットルバルブ16と、吸気バルブ14の動作状態を変化させうる可変動弁機構30とを備えられた内燃機関1に装備され、吸気通路15,19を通過する吸入空気流量を計測するエアフローセンサ20と、吸気バルブ14の動作状態の変化に応じて変化するシリンダ3の有効行程容積を演算する有効行程容積演算手段41と、計測された吸入空気の流量を、演算された有効行程容積を用いた1次フィルタ演算により各行程ごとに演算処理することによって、シリンダ3内への推定吸入空気量を演算する推定吸入空気量演算手段42と、を備えるようにする。
【選択図】 図2
Description
このような可変動弁機構を備えた内燃機関において、吸入空気量を求める技術も提案されている(特許文献1参照)。
そこで、上記の1次フィルタ演算式を用いてシリンダ内の吸入空気量を推定する技術を可変動弁機構を備えた内燃機関へ適用させることができるようにしたいが、この場合、以下のような課題がある。
また、前記吸気バルブの動作状態を検出する吸気バルブ動作状態検出手段と、前記内燃機関の機関回転速度を検出する機関回転速度検出手段と、をさらに備え、前記有効行程容積演算手段は、前記吸気バルブ動作状態検出手段の検出結果から得られる前記吸気バルブの閉弁時期と前記機関回転速度検出手段により検出される機関回転速度とに基づいて、前記有効行程容積を演算することが好ましい(請求項2)。
さらに、前記推定吸入空気量演算手段は、現行程nにおける前記推定吸入空気量Qc(n)を、前行程n−1における前記推定吸入空気量Qc(n−1)及び前記有効行程容積Vc(n−1)と、現行程nにおける前記吸入空気流量Qin(n)及び前記有効行程容積Vc(n)と、前記スロットルバルブから前記吸気バルブまでのスロットル下流容積Vsとに基づいて、下式(A)によりフィルタ演算を行うことが好ましい(請求項4)。
また、前記有効行程容積を吸気通路内の圧力に基づき補正した上で、フィルタ演算を行うことで、シリンダ内への推定吸入空気量をより精度良く演算することが可能になる(請求項4)。
図1〜図6は本発明の実施形態にかかるもので、これらの図に基づき説明する。
(装置構成)
まず、本実施形態にかかる内燃機関(エンジン)について説明する。
本実施形態にかかるエンジンは、車両に搭載されるもので、吸気管噴射型(Multi Point Injection:MPI)ガソリンエンジン(ここでは、DOHCエンジンとなっている)が採用される。このエンジンの吸気弁及び排気弁の動弁系には、バルブの開閉タイミングを変更することが可能な可変バルブタイミング装置が付設されている。
さらに、吸気マニホールド15のスロットルバルブ16よりも上流の吸気管(吸気通路)19には、これら吸気マニホールド15,吸気管19内を通過する吸入空気流量Qinを計測するエアフローセンサ(通過空気量計測手段)20が設けられている。このエアフローセンサ20としては、例えばカルマン渦式エアフローセンサが使用される。
また、シリンダヘッド2には、各気筒3毎に排気ポート6が形成されている。各排気ポート6の燃焼室4側には、排気バルブ24がそれぞれ設けられている。排気バルブ24は、クランク軸7の回転(エンジン回転)に応じて回転するカムシャフト23のカム23aの動作に応じて開閉作動し、各排気ポート6と燃焼室4との連通と遮断とを行う。
そして、シリンダヘッド2には、カム13a,23aを進角或いは遅角操作することで、吸気バルブ14や排気バルブ24の開閉タイミングを可変させる可変バルブタイミング機構(可変動弁機構)30が設けられている。
ECU(電子コントロールユニット)40は、入出力装置、記憶装置(ROM,RAM,不揮発性RAM等)、中央処理装置(CPU)、タイマカウンタ等を備えている。このECU40により、本実施形態の吸入空気量推定装置に係る各種機能要素をはじめとしてエンジン1の各部の総合的な制御が行われる備え。
ここで、吸入空気量推定装置の各種機能要素に着目する。
ECU40には、シリンダの有効行程容積(有効シリンダ容積とも言う)を演算する有効行程容積演算手段41と、シリンダ内への推定吸入空気量を演算する推定吸入空気量演算手段42とが備えられている。本吸入空気量推定装置は、これらの有効行程容積演算手段41及び推定吸入空気量演算手段42と、各演算手段41,42への入力情報を検出する吸気バルブ動作状態検出手段41c,クランク角センサ(機関回転速度検出手段)43及びインマニ圧センサ18から構成される。
有効行程容積演算手段41は、吸気バルブ閉弁時期とエンジン回転速度Neとから有効シリンダ容積Vcを算出する有効行程容積算出部41aと、有効行程容積算出部41aにより算出された有効シリンダ容積Vcを吸気圧力(インマニ圧)Pinに応じた補正係数Kpinで補正する補正部41bとを備えており、補正部41bにより補正された有効シリンダ容積Vc´を出力するようになっている。
なお、可変バルブタイミング機構には、バルブタイミングを目標値にフィードバック制御するため、実際のタイミングを代表する値(カムの位相角)を検知するセンサが備わっており、このセンサの出力からバルブの開閉タイミングを演算し有効行程容積の演算に使用する。また、カム切換式のバルブタイミング機構の場合はカムの切換を行うアクチュエータ(電動式,油圧式)の動作状態から現在のカムに対するバルブの開閉タイミングを演算し有効行程容積の演算に使用する。
この推定吸入空気量演算手段42による推定吸入空気量の演算についてさらに説明する。
図1(a)に示すように、第n−1行程において、第2気筒♯2が吸気行程(このとき、第1気筒♯1は排気行程、第3気筒♯3は膨張行程、第4気筒♯4は圧縮行程)となり、スロットルTをQin(n−1)の空気が通過するものとする。この後、第2気筒♯2が吸気行程を終了すると、図1(b)に示すように、スロットル下流容積部(スロットルから各気筒の吸気ポートまでの空間)SはQs(n−1)の空気で満たされ、第2気筒容積はQc(n−1)の空気で満たされ、このときのスロットル下流容積部Sの空気Qsと第2気筒容積の空気Qcとは同密度であるものとする。
本発明の一実施形態にかかる内燃機関の吸入空気量推定装置は上述のように構成されているので、例えば、図5に示すように、吸入空気量推定(推定吸入空気量の演算)が行われる。なお、このフローチャートは、各シリンダの吸気行程に対して実施され、吸気行程開始(吸気バルブの開放)時点から吸気行程終了(吸気バルブの閉鎖)時点までを1サイクル(クランク角対応の期間周期であり時間周期ではない)として行われる。もちろん、エアフローセンサ20等の本推定演算にかかる情報の取り込みサイクル(時間周期)は本推定演算の1サイクルに比べ十分に短いものに設定されている。
次に、有効行程容積演算手段41の有効行程容積算出部41aにおいて、該当するシリンダの吸気バルブの閉鎖タイミングとエンジン回転速度Neとから図3に示すようなマップに基づいて有効行程容積Vc(n)を算出する(ステップS20)。さらに、有効行程容積演算手段41の補正部41bにおいて、図4に示すようなマップに基づいて、インマニ圧センサ18により検出されたインマニ圧Pinからインマニ圧力補正係数Kpinを求めて、有効行程容積Vc(n)にこの補正係数Kpinを乗算することにより有効行程容積の値を補正して、補正後の有効行程容積Vc´(n)を得る(ステップS30)。
このようにして、吸気バルブの動作状態の変化に応じて変化する有効行程容積に着目して、シリンダ内への推定吸入空気量を演算するため、吸気バルブの動作状態が変化してもシリンダ内への推定吸入空気量を正確に演算することができるようになる。
もちろん、この推定吸入空気量を燃料制御等に用いる場合、温度を考慮して推定吸入空気質量に換算して用いることが、御を適切に行う上で有効である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態を適宜変更して実施しうるものである。
例えば、上記実施形態では、可変動弁機構としてベーン式の可変バルブタイミング機構を採用したが、これに限られず、可変バルブタイミング機構は如何なる方式のものであってもよく、カム切換式の可変バルブタイミング機構であっても本願を良好に適用可能である。
この可変バルブリフト量変更機構の場合も、バルブリフト量を目標値にF/B制御するため、実際のリフト量を代表する値(コントロールシャフト制御角)を検知するセンサが備わっており、このセンサの出力からバルブの開閉タイミングを演算し有効行程容積の演算に使用する。
また、上記実施形態では、有効行程容積を吸気通路内の圧力に応じて補正しているが、インマニ圧センサ18や推定補正部41bを省略して、かかる補正を省略して、有効行程容積の精度よりも、コストを優先することも考えられる。もちろんこの場合にも、有効行程容積をある程度の精度で算出することができる。同様に、エンジン回転速度を考慮せずに、吸気バルブの閉弁時期のみに応じて有効行程容積Vcを演算することも考えられる。また、吸気バルブの閉弁時期のみに応じて有効行程容積Vcにインマニ圧に応じた補正を加えてもよい。
また、上記実施形態では、エンジン1としてMPIエンジンを採用した例を示したが、これに限らず、エンジン1は例えば筒内噴射型エンジンなど他の方式のエンジンであってもよい。
2 シリンダヘッド
3 シリンダ(気筒)
4 シリンダ内(燃焼室)
5 吸気ポート
14 吸気バルブ
15 吸気マニホールド(吸気通路)
16 スロットルバルブ(ETV)
17 スロットルポジションセンサ(TPS)
18 インマニ圧センサ(圧力検出手段)
19 吸気管(吸気通路)
20 エアフローセンサ(通過空気量計測手段)
30 可変バルブタイミング機構(可変動弁機構)
32 オイルコントロールバルブ(OCV)
40 ECU(電子コントロールユニット)
41 有効行程容積演算手段
41a 有効行程容積算出部
41b 補正部
41c 吸気バルブ動作状態検出手段
42 推定吸入空気量演算手段
43 クランク角センサ(機関回転速度検出手段)
Claims (5)
- 吸気通路と、前記吸気通路内に設けられ吸入空気量を制御するスロットルバルブと、吸入空気のシリンダ内への流れを制御する吸気バルブの動作状態を変化させうる可変動弁機構と、を有する内燃機関に装備され、
前記吸気通路を通過する吸入空気流量を計測する通過空気量計測手段と、
前記吸気バルブの動作状態の変化に応じた前記シリンダの有効行程容積を演算する有効行程容積演算手段と、
前記通過空気量計測手段で計測された吸入空気流量を、前記有効行程容積演算手段で演算された前記有効行程容積を用いたフィルタ演算により各行程ごとに演算処理することによって、前記シリンダ内への推定吸入空気量を演算する推定吸入空気量演算手段と、を備えている
ことを特徴とする、内燃機関の吸入空気量推定装置。 - 前記吸気バルブの動作状態を検出する吸気バルブ動作状態検出手段と、
前記内燃機関の機関回転速度を検出する機関回転速度検出手段と、をさらに備え、
前記有効行程容積演算手段は、前記吸気バルブ動作状態検出手段の検出結果から得られる前記吸気バルブの閉弁時期と前記機関回転速度検出手段により検出される機関回転速度とに基づいて、前記有効行程容積を演算する
ことを特徴とする、請求項1記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。 - 前記吸気通路内の圧力を検出する圧力検出手段を備え、
前記有効行程容積演算手段は、前記圧力検出手段により検出された前記吸気通路内の圧力に基づき前記有効行程容積を補正した上で、前記推定吸入空気量演算手段に出力する
ことを特徴とする、請求項1又は2記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。 - 吸気通路と、前記吸気通路内に設けられ吸入空気量を制御するスロットルバルブと、吸入空気のシリンダ内への流れを制御する吸気バルブの動作状態を変化させうる可変動弁機構と、を備えた内燃機関の前記シリンダ内への吸入空気量を推定する方法であって、
前記吸気通路を通過する吸入空気流量を計測する通過空気量計測ステップと、
前記吸気バルブの動作状態の変化に応じた前記シリンダの有効行程容積を演算する有効行程容積演算ステップと、
前記通過空気量計測ステップで計測された吸入空気流量を、前記有効行程容積演算ステップで演算された前記有効行程容積を用いたフィルタ演算により各行程ごとに演算処理することによって、前記シリンダ内への推定吸入空気量を演算する推定吸入空気量演算ステップと、を備えている
ことを特徴とする、内燃機関の吸入空気量推定方法。
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