JP3603612B2

JP3603612B2 - エンジンの吸入空気量検出装置

Info

Publication number: JP3603612B2
Application number: JP25098898A
Authority: JP
Inventors: 崇彦平澤; 初雄永石; 幹雄松本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2018-09-04
Also published as: JP2000080952A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの吸入空気量検出装置に関し、詳しくは、吸気行程毎のシリンダ吸入空気量を検出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、吸気弁の閉時期を制御して吸気を大気圧状態で取り入れつつ吸入空気量を制御するようにしたミラーサイクルエンジンが知られている（特開平７−９１２６５公報参照）。
また、エンジンの吸入空気流量を検出するエアフローメータの検出結果を加重平均する構成において、過渡時に重み係数を小さくして、過渡時における流量検出の応答性を改善する技術が知られている（特開平２−２２７５２８号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記ミラーサイクルエンジンにおいては、各気筒毎に吸気弁の閉時期によってシリンダ吸入空気量が制御されることになるので、各気筒毎のシリンダ吸入空気量に応じて各気筒別に燃料供給量を決定することが、空燃比制御精度の点から望まれる。
【０００４】
ここで、吸気弁の閉時期が予め決定されていれば、その吸気行程でのシリンダ吸入空気量を予測できるものの、かかる予測方法では、実際のシリンダ吸入空気量に対する誤差が大きく、前記予測結果に基づいて吸気弁の上流側に燃料を噴射させる構成とすると、空燃比を高い精度で制御することが困難であるという問題があった。
【０００５】
一方、エアフローメータは、吸入空気量を精度良く検出できるものの、シリンダに吸入された空気量を検出するものであるから、吸気弁の閉時期（シリンダ吸入空気量）が変化する過渡時には、変化後の閉時期で得られるシリンダ吸入空気量を事前に検出することはできず、たとえ重み係数を変化させたとしても、過渡時に高い空燃比制御精度を維持できないという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、シリンダ吸入空気量を吸気弁の閉時期によって制御するミラーサイクルエンジンにおいて、各気筒別のシリンダ吸入空気量を、過渡時であっても精度良く予測できるようにして、吸気弁の上流側に噴射される燃料量の調整によって高精度に空燃比を制御できるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１に係る発明は、図１に示すように構成される。
図１において、目標シリンダ空気量設定手段は、運転条件に応じて吸気行程毎の目標シリンダ吸入空気量を設定し、シリンダ空気量制御手段は、目標シリンダ空気量設定手段で設定される目標のシリンダ吸入空気量に応じて吸気弁の閉時期を制御することにより実際のシリンダ吸入空気量を目標のシリンダ吸入空気量に制御する。
【０００８】
一方、エアフローメータは、エンジンの吸入空気流量を検出し、シリンダ吸入空気量演算手段は、エアフローメータにより検出される吸入空気流量に基づいてシリンダ吸入空気量を演算する。
そして、シリンダ吸入空気量予測手段は、シリンダ吸入空気量演算手段で演算された前回の吸気行程におけるシリンダ吸入空気量と、前記目標シリンダ空気量設定手段で設定される目標のシリンダ吸入空気量の変化量とから、次回の吸気行程におけるシリンダ吸入空気量を予測する。
【０００９】
かかる構成によると、前回の吸気行程時にエアフローメータで検出されたシリンダ吸入空気量に対して、目標のシリンダ吸入空気量の変化分だけ増減した空気量が次回の吸気行程でシリンダ内に吸引されるものと予測する。
【００１０】
請求項２記載の発明では、前記シリンダ吸入空気量演算手段が、前記エアフローメータで検出される吸入空気流量を前記吸気弁の開期間中に積算することでシリンダ吸入空気量を演算する構成であって、前記吸気弁の閉時期から所定のディレイ時間が経過する時点まで吸入空気流量を積算するよう構成されるものとした。
【００１１】
かかる構成によると、吸気弁の開期間中にエアフローメータで検出される空気量がシリンダへの吸入空気量を示すものとして積算するが、エアフローメータは吸気弁前後の流れを遅れて検出することになるため、吸気弁が閉じられてからもエアフローメータの検出遅れの分だけ積算を継続させ、吸気弁が閉じられる直前にシリンダに流入する分も確実に積算されるようにする。
【００１２】
請求項３記載の発明では、前記目標シリンダ空気量設定手段が、目標のシリンダ吸入空気量に相当するパラメータとして、前記吸気弁の目標閉時期を設定する構成であり、前記シリンダ吸入空気量予測手段が、前記シリンダ吸入空気量演算手段で演算された前回の吸気行程におけるシリンダ吸入空気量を前記目標閉時期の変化量に応じて補正して次回の吸気行程におけるシリンダ吸入空気量を予測する構成とした。
【００１３】
かかる構成によると、吸気弁の閉時期によってシリンダ吸入空気量を制御する構成では、目標のシリンダ吸入空気量と目標閉時期との間には一定の相関を有し、また、目標のシリンダ吸入空気量の変化量と目標閉時期の変化量との間にも一定の相関を有することになるから、目標のシリンダ吸入空気量の変化量に代えて目標閉時期の変化量を用いても、前回のエアフローメータによる検出結果に対する変化分を予測することが可能である。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、前回の吸気行程においてエアフローメータで検出した比較的高精度なシリンダ吸入空気量を基礎として、過渡状態における次回のシリンダ吸入空気量を精度良く予測でき、以て、吸気弁の上流側に燃料噴射弁を備えたエンジンにおいて空燃比制御精度を向上させることができるという効果がある。
【００１５】
請求項２記載の発明によると、エアフローメータの検出応答遅れを見込んで、各気筒のシリンダ吸入空気量を精度良く検出できるという効果がある。
【００１６】
請求項３記載の発明によると、吸気弁の閉時期を可変に制御することで、各気筒のシリンダ吸入空気量を制御するエンジンにおいて、前記閉時期の変化量から次回の吸気行程におけるシリンダ吸入空気量を精度良く予測できるという効果がある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
実施の形態の全体構成を示す図２において、４気筒ガソリンエンジン１には、弁駆動装置２により開閉が電子制御される吸気弁３及び排気弁４が各気筒に装着されている。
【００１８】
各気筒の吸気弁３上流側の吸気ポート５には、燃料噴射弁６が装着され、燃焼室７には点火栓８が装着されている。また、前記点火栓８毎に点火コイル９が設けられている。
エンジン１の本体には、各気筒の基準クランク角で基準信号を出力すると共に、単位クランク角毎に単位角信号を出力するクランク角センサ１０、吸入空気流量を質量流量として検出するエアフローメータ１１、冷却水温度を検出する水温センサ１２が装着される。この他、図示しない車両のアクセルペダルの開度ＡＰＯを検出するアクセル開度センサ１３や車速センサ１４等が配設されている。
【００１９】
前記各種センサ類の検出信号はコントロールユニット１５に出力され、コントロールユニット１５は、これらの検出信号に基づいて前記燃料噴射弁６に噴射パルス信号を出力して噴射量・噴射時期の制御を行い、前記点火コイル９に点火信号を出力して点火時期の制御を行い、更に、前記弁駆動装置２に弁駆動信号を出力して吸気弁３及び排気弁４の開閉を制御する。
【００２０】
前記弁駆動装置２の構成を図３に示す。
図３において電磁駆動弁を構成する弁駆動装置２は、シリンダヘッド上に設けられる非磁性材料製のハウジング２１と、吸気弁３（又は排気弁４、以下吸気弁３で代表する）のステム３１に一体に設けられてハウジング２１内に移動自由に収納されるアーマチュア２２と、該アーマチュア２２を吸引して吸気弁３を閉弁作動させる電磁力を発揮可能なようにアーマチュア２２の上面に対向する位置でハウジング２１内に固定配置される閉弁用電磁石２３と、該アーマチュア２２を吸引して吸気弁３を開弁作動させる電磁力を発揮可能なようにアーマチュア２２の下面に対向する位置でハウジング２１内に固定配置される開弁用電磁石２４と、吸気弁３の閉弁方向に向けてアーマチュア２２を付勢する閉弁側戻しバネ２５と、吸気弁３の開弁方向に向けてアーマチュア２２を付勢する開弁側戻しバネ２６と、を備えて構成される。そして、閉弁用電磁石２３と開弁用電磁石２４とを共に消磁したときに、吸気弁３は全開位置と閉弁位置との間の略中央位置にあるように、閉弁側戻しバネ２５と開弁側戻しバネ２６とのバネ力が設定され、閉弁用電磁石２３のみを励磁したときに吸気弁３は閉弁し、開弁用電磁石２４のみを励磁したときに吸気弁３は開弁するように駆動される。
【００２１】
前記弁駆動装置２による吸気弁３及び排気弁４の開閉時期は、エンジン１の運転条件に基づいて設定された目標開閉時期となるように制御されるが、特に、吸気弁３の吸気下死点前の閉時期ＩＶＣを、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転速度Ｎｅ、或いはこれらに基づいて設定された目標のシリンダ吸入空気量（要求トルク）などに基づいて広範囲に可変制御してシリンダ吸入空気量を各気筒毎に制御するようになっており、これにより、所謂早閉じミラーサイクルが構成される。
【００２２】
ここで、図４の制御ブロック図に従って、コントロールユニット１５による吸気弁３及び排気弁４の開閉制御，吸入空気量の検出制御及び燃料噴射制御の様子を説明する。
運転条件検出部５１では、アクセル開度センサ１３，クランク角センサ１０からの検出信号に基づいてアクセル開度ＡＰＯ，エンジン回転速度Ｎｅを検出する。
【００２３】
そして、目標空気量設定部５２（目標シリンダ空気量設定手段）では、前記アクセル開度ＡＰＯ，エンジン回転速度Ｎｅ等に基づいて目標シリンダ吸入空気量ＴＴＰ（要求トルク）を算出する。なお、アクセル開度ＡＰＯと車速ＶＳＰとに基づいて車両の要求駆動力を算出し、該要求駆動力から目標シリンダ吸入空気量ＴＴＰ（要求トルク）を算出する構成としてもよい。
【００２４】
開閉時期設定部５３では、前記設定された目標シリンダ吸入空気量ＴＴＰ（要求トルク）等に基づき、吸気弁３及び排気弁４の開閉時期を設定する。
そして、開閉時期制御部５４では、前記設定された開閉時期に応じて前記弁駆動装置２に弁駆動信号を出力して吸気弁３及び排気弁４の開閉を制御する。前記開閉時期制御部５４による吸気弁３の閉時期の制御によってシリンダ吸入空気量が制御されることになり、前記開閉時期制御部５４がシリンダ空気量制御手段に相当することになる。
【００２５】
尚、目標空気量設定部５２における目標シリンダ吸入空気量の設定、及び、開閉時期設定部５３における開閉時期の目標値設定は微小時間毎に行われるが、開閉時期制御部５４における吸気弁３の開閉時期（目標シリンダ吸入空気量）の最終的な決定は、噴射量のセットが行われる吸気弁３の開時期よりも前の基準クランク角位置又は該基準クランク角位置よりも更に前の基準クランク角位置で各気筒毎になされるようにしてあり、少なくとも噴射量をセットしてからの吸気弁３の閉時期の変更は行われないものとする（図５参照）。
【００２６】
目標空気量記憶部５５では、前回の吸気行程での目標シリンダ吸入空気量ＴＴＰ_−１を記憶する。
目標空気量変化量演算部５６では、次回の吸気行程における目標シリンダ吸入空気量ＴＴＰと前回の吸気行程における目標シリンダ吸入空気量ＴＴＰ_−１との変化量ΔＴＴＰを、ΔＴＴＰ＝ＴＴＰ−ＴＴＰ_−１として演算する（図５参照）。
【００２７】
一方、吸入空気流量検出部５７では、前記エアフローメータ１１からの検出信号に基づいて単位時間当たりの吸入空気量Ｑｔを検出する。
シリンダ空気量算出部５８（シリンダ吸入空気量演算手段）では、吸気行程期間中（吸気弁３の開期間中）に前記吸入空気量Ｑｔを積算することで、各吸気行程毎にシリンダ吸入空気量Ｑａを算出する。
【００２８】
上記の吸入空気量Ｑｔの積算においては、吸気弁３の開時期から積算を開始するが、吸気弁３の閉時期で積算を停止させるのではなく、閉時期になってから所定のディレイ時間が経過してから積算を停止させるようにすると良い（図５参照）。
これは、エアフローメータ１１が、吸気弁３前後の吸気の流れを遅れて検出するためであり、前記ディレイ時間を前記遅れ時間に対応して設定することで、シリンダ吸入空気量Ｑａを精度良く検出できることになる。
【００２９】
そして、シリンダ空気量予測部５９（シリンダ吸入空気量予測手段）では、直前の吸気行程において前記シリンダ空気量算出部５８で算出された前回の吸気行程でのシリンダ吸入空気量Ｑａ_−１と、前記目標空気量変化量演算部５６で演算された前回の吸気行程における目標シリンダ吸入空気量ＴＴＰ_−１と次回の吸気行程における目標シリンダ吸入空気量ＴＴＰとの変化量ΔＴＴＰとの加算値を、次回の吸気行程における予測シリンダ吸入空気量Ｑｅ（Ｑｅ＝ΔＴＴＰ＋Ｑａ_−１）とする（図５参照）。
【００３０】
燃料噴射量演算部６０では、前記シリンダ吸入空気量Ｑｅに基づいて燃料噴射量を演算し、噴射制御部６１では、前記演算された燃料噴射量に対応する噴射パルス信号を吸気行程の気筒に設けられた燃料噴射弁６に出力して、各気筒別に吸気行程にタイミングを合わせた燃料噴射を行わせる。
前記シリンダ空気量算出部５８では、エアフローメータ１１の検出結果を吸気行程中に積算することで、シリンダ吸入空気量を高精度に検出できるものの、吸気行程が終了してから検出結果が出力されるから、シリンダ吸入空気量が変化する過渡時には、シリンダ吸入空気量の検出結果はあくまで前回の吸気行程におけるものであり、次回の吸気行程におけるシリンダ吸入空気量とは異なるから、前記シリンダ空気量算出部５８で算出されたシリンダ吸入空気量に基づいて燃料噴射量を決定すると、前回の吸気行程でのシリンダ吸入空気量に見合った燃料を噴射することになり、空燃比制御精度が悪化することになる。
【００３１】
一方、前記目標シリンダ吸入空気量ＴＴＰは、過渡時に次回のシリンダ吸入空気量を示す値となるが、目標シリンダ吸入空気量ＴＴＰに基づいて吸気弁３の閉時期を制御して実際に得られるシリンダ吸入空気量と、前記目標シリンダ吸入空気量ＴＴＰとの間には誤差が生じ、前記目標シリンダ吸入空気量ＴＴＰのシリンダ吸入空気量が実際に得られるものとして燃料噴射を制御すると、過渡変化には追従できるものの、空燃比を高精度に制御できない。
【００３２】
そこで、本実施の形態では、目標シリンダ吸入空気量ＴＴＰから前回の吸気行程と次回の吸気行程との間でのシリンダ吸入空気量の変化分のみを特定し、該変化が前回の吸気行程でのエアフローメータ１１による検出結果に対して発生するものとして、次回のシリンダ吸入空気量を予測するようにしてある。
即ち、目標シリンダ吸入空気量ＴＴＰと実際に得られるシリンダ吸入空気量との間に例えば±２０％の誤差があったとすると、目標シリンダ吸入空気量ＴＴＰをそのまま次回の吸気行程におけるシリンダ吸入空気量として燃料噴射を行わせる構成とすると、シリンダ空気量の全体に対して±２０％の誤差が生じることになる。しかし、吸気行程間の変化分のみを目標シリンダ吸入空気量ＴＴＰから求める構成とすれば、吸気行程間の変化分に対してのみ±２０％の誤差が生じることになる一方、前回の吸気行程での吸入空気量Ｑａはエアフローメータ１１の検出結果に基づいて精度良く検出できるから、目標シリンダ吸入空気量ＴＴＰをそのまま次回の吸気行程におけるシリンダ吸入空気量とする場合よりも大幅に空気量誤差を小さくでき、以て、空燃比制御精度を向上させることができる。
【００３３】
ここで、前記図４の制御ブロック図に示される制御のうち、シリンダ吸入空気量の検出に関わる部分を抽出すると図６のフローチャートに示すようになる。
図６のフローチャートにおいて、Ｓ１（シリンダ吸入空気量演算手段）では、エアフローメータ１１で検出される空気量から各気筒のシリンダ吸入空気量Ｑａを求める。
【００３４】
Ｓ２では、アクセル開度ＡＰＯ等を検出する。
Ｓ３（目標シリンダ空気量設定手段）では、前記アクセル開度ＡＰＯ等に基づいて目標シリンダ吸入空気量ＴＴＰを設定する。
Ｓ４では、前記目標シリンダ吸入空気量ＴＴＰの吸気行程間での変化量ΔＴＴＰを演算する。
【００３５】
Ｓ５（シリンダ吸入空気量予測手段）では、前回の吸気行程においてエアフローメータ１１で検出されたシリンダ吸入空気量Ｑａ_−１と、前記目標シリンダ吸入空気量の変化量ΔＴＴＰとの加算値を、次回の吸気行程におけるシリンダ吸入空気量Ｑｅ（Ｑｅ＝ΔＴＴＰ＋Ｑａ_−１）とする。
尚、上記実施の形態では、目標シリンダ吸入空気量ＴＴＰの変化量ΔＴＴＰで前回にエアフローメータで検出されたシリンダ吸入空気量Ｑａ_−１を補正して、次回の吸気行程におけるシリンダ吸入空気量Ｑｅを予測する構成としたが、目標シリンダ吸入空気量ＴＴＰの代わりに、該目標シリンダ吸入空気量ＴＴＰに応じて設定される吸気弁３の目標閉時期を用い、該目標閉時期の変化量に定数を乗算して補正空気量に変換し、該補正空気量によって前回の吸気行程でエアフローメータ１１で検出されたシリンダ吸入空気量Ｑａ_−１を補正して、次回の吸気行程におけるシリンダ吸入空気量Ｑｅを予測する構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に係る発明の構成を示すブロック図。
【図２】実施の形態に係るシステム構成図。
【図３】同上実施の形態における弁駆動装置の構成を示す断面図。
【図４】同上実施の形態における制御ブロック図。
【図５】同上実施の形態における制御特性を示すタイムチャート。
【図６】同上実施の形態における空気量の検出制御を示すフローチャート。
【符号の説明】
１エンジン
２弁駆動装置
３吸気弁
４排気弁
６燃料噴射弁
７燃焼室
１０クランク角センサ
１１エアフローメータ
１２水温センサ
１３アクセル開度センサ

Claims

シリンダ吸入空気量を吸気弁の閉時期によって制御するミラーサイクルエンジンにおいて、
運転条件に応じて吸気行程毎の目標シリンダ吸入空気量を設定する目標シリンダ空気量設定手段と、
該目標シリンダ空気量設定手段で設定される目標のシリンダ吸入空気量に応じて吸気弁の閉時期を制御することにより実際のシリンダ吸入空気量を目標のシリンダ吸入空気量に制御するシリンダ空気量制御手段と、
エンジンの吸入空気流量を検出するエアフローメータと、
該エアフローメータにより検出される吸入空気流量に基づいてシリンダ吸入空気量を演算するシリンダ吸入空気量演算手段と、
該シリンダ吸入空気量演算手段で演算された前回の吸気行程におけるシリンダ吸入空気量と、前記目標シリンダ空気量設定手段で設定される目標のシリンダ吸入空気量の変化量とから、次回の吸気行程におけるシリンダ吸入空気量を予測するシリンダ吸入空気量予測手段と、
を含んで構成されたことを特徴とするエンジンの吸入空気量検出装置。
前記シリンダ吸入空気量演算手段が、前記エアフローメータで検出される吸入空気流量を前記吸気弁の開期間中に積算することでシリンダ吸入空気量を演算する構成であって、前記吸気弁の閉時期から所定のディレイ時間が経過する時点まで吸入空気流量を積算するよう構成されたことを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸入空気量検出装置。
前記目標シリンダ空気量設定手段が、目標のシリンダ吸入空気量に相当するパラメータとして、前記吸気弁の目標閉時期を設定する構成であり、前記シリンダ吸入空気量予測手段が、前記シリンダ吸入空気量演算手段で演算された前回の吸気行程におけるシリンダ吸入空気量を前記目標閉時期の変化量に応じて補正して次回の吸気行程におけるシリンダ吸入空気量を予測することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの吸入空気量検出装置。