JP3767426B2 - エンジンのシリンダ吸入空気量算出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、マニホールド部上流のエアフローメータの出力に基づいて、マニホールド部の質量空気の流入量、流出量の収支計算を行いつつ、エンジンのシリンダに吸入される質量空気量を算出する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、スロットル弁の制御により吸入空気量を制御する通常のエンジンでは、スロットル弁開度のステップ的な変化に対応するため、エアフローメータにより計測された吸入空気量に対し、加重平均処理により、1次遅れの関係で、シリンダ吸入空気量を算出している(特開昭61−258942号公報参照)。
【0003】
しかし、吸・排気弁の開閉時期を任意に制御可能な可変動弁エンジンにおいては、該開閉時期、特に吸気弁の閉時期の制御により、シリンダ吸入空気量がステップ的に変化するため、上記方式ではシリンダ吸入空気量を高精度に算出することができない。
そこで、本願出願人は先に、以下のような算出方式を提案した。すなわち、エアフローメータの出力から算出されるマニホールド部へ流入する質量空気量及びシリンダ部へ流出する質量空気量の収支計算を行ってマニホールド部内の質量空気量を算出する。一方、吸気弁及び排気弁の開閉時期に基づいてシリンダに吸入される体積空気量を算出する。そして、前記マニホールド部内の質量空気量と予め判っているマニホールド部容積から算出される空気密度と、前記シリンダに吸入される体積空気量とからシリンダに吸入される質量空気量を算出するものである(特願平11−223682号)。
【0004】
かかる算出方式によれば、精度良くシリンダ吸入空気量を算出できる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記算出方式による精度を十分確保するためには、エンジン停止時のマニホールド部内質量空気量の算出値を記憶して再始動時に用いるのが良い。図12はエンジン停止時の様子を示し、エンジン停止後もマニホールド部に残存する負圧によりマニホールド部に空気が流入し、マニホールド部とマニホールド部に連通するシリンダ容積とを合わせた部分が大気圧に落ち着くまで空気が流入する。
【0006】
しかし、前記マニホールド部内の質量空気量の収支計算において、エンジン停止(エンジン回転停止)検出後は、マニホールド部から流出する質量空気量を0として算出するため、エンジン停止時に算出されるマニホールド部内の質量空気量は、マニホールド部に連通するシリンダ容積分の空気量を余分に加算した値となってしまう。
【0007】
なお、エンジン停止時のクランク角位置が一定であれば、マニホールド部に連通するシリンダ容積も一定となって、再始動時にマニホールド部質量空気量として一定の初期値を与えれば済むが、実際には各種要因によってクランク角位置は一定とならない。図13は、エンジン停止時のクランク角位置に対して、マニホールド部に連通する各シリンダの上死点からのピストンストローク量を合計した総ストローク量(総シリンダ容積に略比例する)を示す。図で一点鎖線は各シリンダのピストンストローク量を示し、吸気弁が開き始めてマニホールド部に連通するとき、及び、吸気弁が閉じてマニホールド部との連通が遮断されるときに、ステップ的に増減する。図14は、4気筒エンジンと6気筒エンジンについて、エンジン停止時のクランク角位置に対して、マニホールド部に連通する各シリンダの容積を合計した総シリンダ容積を示し、該総シリンダ容積は前記総ストローク量に略比例する。図示のように総シリンダ容積は、最大と最小との間で大きく異なる。一般的には各力のバランスにより複数のシリンダがマニホールド部に連通するところで停止する場合(図14のA)が多いが、その場合でも相当のばらつきがあり、また、所定のシリンダの上死点位置で直立したコンロッドが圧縮反力を受けた状態で釣り合ってしまうような場合(図14のB)もある。
【0008】
このようにエンジン停止時にマニホールド部に連通するシリンダ容積が大きくばらつくと、再始動時のマニホールド部内質量空気量の初期値を正しく算出することができず、その後の収支計算ひいてはシリンダ吸入空気量の算出に誤差を生じてしまう。
なお、特許2901613号には、スロットル弁下流の吸気系吸入空気総重量を算出する際に、スロットルバルブ下流を大気圧として初期値を算出することが開示されているが、このものでは、具体的にどのようにして大気圧を求めるのか考慮されていないし、また、クランク角位置によって異なるマニホールド部に連通するシリンダ容積について何も考慮されていない。
【0009】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、エンジン停止時のマニホールド部内質量空気量を正しく検出して、シリンダ吸入空気量を常に正確に算出できるようにしたエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1に係る発明は、
マニホールド部に流入する質量空気量とマニホールド部から流出する質量空気量との収支計算を行ってマニホールド部内の質量空気量を算出しつつ、該マニホールド部内の質量空気量とシリンダ容積とに基づいて、エンジンのシリンダに吸入される質量空気量を算出する装置であって、
エンジン停止時に前記収支計算により算出されたマニホールド部内の質量空気量を、エンジン停止時のクランク角位置に基づき補正して、エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を最終的に算出することを特徴とする。
【0011】
請求項1に係る発明によると、
エンジン停止時のクランク角位置に応じてマニホールド部に連通するシリンダ容積が異なることによってばらつくマニホールド部内の質量空気量を、該エンジン停止時のクランク角位置に基づいて正しく算出する。
これにより、再始動時のマニホールド部内の質量空気量の初期値に前記エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を反映させることができ、以ってシリンダ吸入空気量を常に正確に算出することができる。
【0012】
また、請求項2に係る発明は、
エンジン停止時のクランク角位置に基づいてマニホールド部に連通するシリンダの容積を算出し、該シリンダ容積とマニホールド部容積とに基づいて、エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を最終的に算出することを特徴とする。
【0013】
請求項2に係る発明によると、
前記収支計算によってエンジン停止時に算出されたマニホールド部内の質量空気量は、既述のようにマニホールド部に連通するシリンダの容積(複数のシリンダが連通する場合はそれらの総容積)に吸入される空気量分を余分に含んで算出されている。
【0014】
したがって、前記エンジン停止時に算出されたマニホールド部とマニホールド部に連通するシリンダ容積とに吸入されている合計の質量空気量を、マニホールド部とシリンダ容積とで比例配分することで、マニホールド部内の質量空気量を正確に算出することができる。
また、請求項3に係る発明は、
マニホールド部に流入する質量空気量の検出値が0となったときに前記収支計算を行って算出したマニホールド部内の質量空気量と、エンジン停止時のマニホールド部に連通するシリンダ容積及びマニホールド部容積とに基づいて、エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を最終的に算出することを特徴とする。
【0015】
請求項3に係る発明によると、
既述のように、エンジン(の回転)が停止しても、マニホールド部内に残存する負圧によりマニホールド部に空気が流入し、マニホールド部とマニホールド部に連通するシリンダ容積とを合わせた部分が大気圧に落ち着くまで空気が流入する。
【0016】
したがって、マニホールド部に流入する質量空気量の検出値が0となったときに前記収支計算で算出されるマニホールド部内の質量空気量が、前記大気圧に落ち着いた状態でマニホールド部とマニホールド部に連通するシリンダ容積とを合わせた部分に吸入されている質量空気量に相当するので、この算出値をマニホールド部とシリンダ容積とで比例配分することで、マニホールド部内の質量空気量を正確に算出することができる。
【0017】
また、請求項4に係る発明は、
クランク角位置に対応してマニホールド部に連通するシリンダ容積を記憶しておき、前記エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を最終的に算出する際に参照することを特徴とする。
請求項4に係る発明によると、
エンジン停止時におけるクランク角位置毎のマニホールド部に連通するシリンダ容積は予め算出できるので、クランク角位置に対応して記憶しておけば、クランク角位置に基づいて参照するだけで容易に求めることができる。
【0018】
また、請求項5に係る発明は、
前記最終的に算出したエンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を、エンジン再始動時のマニホールド部内質量空気量の初期値として用いることを特徴とする。
請求項5に係る発明によると、
最終的に算出したエンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を、そのままエンジン再始動時のマニホールド部内質量空気量の初期値として用いることで、最も簡易に再始動後の収支計算を続行できる。
【0019】
また、請求項6に係る発明は、
エンジン停止時に算出したマニホールド部内の質量空気量に基づいて、大気圧を算出することを特徴とする。
請求項6に係る発明によると、
マニホールド部内の質量空気量が求まれば、予め判っているマニホールド部容積を用いてエンジン停止時の大気圧を推定算出することができる。
【0020】
また、請求項7に係る発明は、
エンジン停止時に算出したマニホールド部内の質量空気量と、エンジン停止時の吸気温度検出値とに基づいて大気圧を算出することを特徴とする。
請求項7に係る発明によると、
エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量と、吸気温度と、予め判っているマニホールド部容積とにより、エンジン停止時の大気圧をより正確に算出することができる。
【0021】
なお、請求項6,7で算出された大気圧は、後述のように再始動時のマニホールド部内の質量空気量収支計算を行う際の初期値として用いることができるが、その他の大気圧を用いることで精度が向上する制御にも用いることができる。
また、請求項8に係る発明は、
前記エンジン停止時に算出した大気圧を、エンジン再始動時の前記マニホールド部内質量空気量の収支計算において初期値として用いることを特徴とする。
【0022】
請求項8に係る発明によると、
例えば、マニホールド部の収支計算においてマニホールド部から流出する質量空気量、つまり、シリンダに吸入される空気量を算出する際に大気圧によってシリンダ内新気割合が変化するので、エンジン停止時に算出した大気圧を用いることで算出精度を高めることができる。
【0023】
また、請求項9に係る発明は、
エンジン停止時に算出した大気圧とエンジン再始動時の吸気温度検出値とに基づいて、エンジン再始動時のマニホールド部内質量空気量の初期値を算出することを特徴とする。
請求項9に係る発明によると、
エンジン停止時に算出した大気圧を再始動時の大気圧と略同一として用い、吸気温度は再始動時に検出された値を用いることで、再始動時のマニホールド部内質量空気量の初期値を正確に算出することができる。
【0024】
また、請求項10に係る発明は、
前記エンジン停止時のクランク角位置を、ロータリエンコーダにより検出することを特徴とする。
請求項10に係る発明によると、
エンジン停止時のクランク角位置は、エンジンのゆり戻しがあるため、本発明のようにロータリエンコーダを用いることにより、クランク角位置を絶対位置として正確に検出することができる。
【0025】
また、請求項11に係る発明は、
吸気弁閉時期におけるシリンダ容積とシリンダ内新気割合とに基づいてシリンダに吸入される体積空気量を算出し、前記シリンダに吸入される体積空気量、マニホールド部内の質量空気量およびマニホールド部容積に基づいて、シリンダに吸入される質量空気量を算出することを特徴とする。
【0026】
請求項11に係る発明によると、
吸気弁閉時期におけるシリンダ容積とシリンダ内新気割合とに基づいてシリンダに吸入される体積空気量が算出される。一方、マニホールド部内の圧力、温度と、吸気行程終了時のシリンダ内の圧力、温度が等しいと仮定すれば、マニホールド部内の質量空気量をマニホールド部容積で除算したマニホールド部内の空気密度とシリンダ内の空気密度が等しいので、この関係を用いてシリンダに吸入される質量空気量を算出することができる。このように、マニホールド部の空気の流入量と流出量との収支計算を行いつつシリンダ吸入空気量を算出することで、シリンダ吸入空気量を応答性よく高精度に算出できる。
【0027】
また、請求項12に係る発明は、
停車時にエンジンのアイドル回転が停止されるアイドルストップ車両に適用されることを特徴とする。
アイドルストップ車両では、走行時に頻繁にアイドルストップされるので、エンジン停止時のマニホールド部内質量空気量を再始動時の演算に用いることの必要性が大きく、本発明の効果が大きい。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図1は本発明の一実施形態を示す可変動弁エンジンを搭載したハイブリッド車両のパワートレインシステム図である。
起動用モータ21で起動されるエンジン1の出力軸は、パウダクラッチ等のクラッチ22を介して走行用モータ23に動力伝達・切り離し自由に接続され、走行用モータ23の出力軸は、変速機24、ディファレンシャルギア25を介して駆動輪26に接続されている。
【0029】
ドライバによるアクセル、ブレーキ、変速機シフト位置などの信号、車速信号、バッテリ充電状態の信号などが車両制御回路27に入力され、該車両制御回路27は、起動用モータ制御回路28、エンジン制御回路29、クラッチ制御回路30、走行用モータ制御回路31、変速機制御回路32を介して各部を制御する。
【0030】
また、本車両では、所定のアイドル条件で燃費および排気浄化性能改善のため、エンジン1を停止するいわゆるアイドルストップを行うようにしている。
図2は同上のエンジンのシステム図である。
エンジン1の吸気通路2には、吸入空気量Qaを検出するエアフローメータ3が設けられ、スロットル弁4により吸入空気量Qaを調節する。
【0031】
エンジン1の各気筒には、燃焼室6内に燃料を噴射する燃料噴射弁7、燃焼室6内で火花点火を行う点火プラグ8が設けられており、吸気弁9を介して吸入された空気に対して前記燃料噴射弁7から燃料を噴射して混合気を形成し、該混合気を前記燃焼室6内で圧縮し、点火プラグ8による火花点火によって着火する。エンジン1の排気は、排気弁10を介して燃焼室6から排気通路11に排出され、図示しない排気浄化触媒及びマフラーを介して大気中に放出される。
【0032】
前記吸気弁9及び排気弁10は、それぞれ吸気弁側カム軸12及び排気弁側カム軸13に設けられたカムにより開閉駆動される。
吸気弁側カム軸12、排気弁側カム軸13には、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させることで、吸、排気弁の開閉時期を進遅角する油圧駆動式の可変バルブタイミング機構(以下、VTC機構という)14がそれぞれ設けられている。 ここで、前記スロットル弁4、燃料噴射弁7及び点火プラグ8の作動は、前記エンジン制御回路(ECU)29により制御され、該ECU29には、クランク角センサ15、カムセンサ18、水温センサ16、エアフローメータ3等からの信号が入力される。
【0033】
また、ECU29は、クランク角センサ15及び吸気側、排気側それぞれのカム軸センサ18からの検出信号に基づいて、クランク軸に対する吸気カム軸12の回転位相(VTC位相)、クランク軸に対する排気カム軸13の回転位相(VTC位相)をそれぞれ検出することで吸気弁9及び排気弁10の開閉時期を検出すると共に、エンジンの負荷、エンジン回転速度Ne、冷却水温度Tw等の情報に基づいて吸気側カム軸12及び排気側カム軸13の目標位相角(進角値又は遅角値)を決定して、吸気弁9及び排気弁10の開閉時期を制御する。さらに、前記クランク角センサ15とは別に、後述する本発明に係るエンジン停止時の制御のためエンジン停止時のクランク角位置(絶対位置)を正確に検出するエンコーダ31が設けられ、その検出信号がECU29に入力される。
【0034】
前記燃料噴射弁7の燃料噴射時期及び燃料噴射量は、エンジン運転条件に基づいて制御するが、燃料噴射量は、基本的には、エアフローメータ3により計測される吸入空気量(質量流量)Qaに基づいて後述のごとく算出されるシリンダ吸入空気量(シリンダ部質量空気量)Ccに対し、所望の空燃比となるように制御する。
【0035】
点火栓8による点火時期は、エンジン運転条件に基づいて、MBT(トルク上の最適点火時期)又はノック限界に制御する。
次に、燃料噴射量等の制御のためのシリンダ吸入空気量(シリンダに吸入される質量空気量)Ccの算出について、図3以下のフローチャート等により、詳細に説明する。
【0036】
ここで、図2中に示すように、エアフローメータ14により計測される吸入空気量(質量流量)をQa(kg/h)とするが、1/3600を乗じて、(g/msec)として扱う。
また、マニホールド部の圧力をPm(Pa)、容積をVm(m3 ;一定)、質量空気量をCm(g)、温度をTm(K)とする。
【0037】
また、シリンダ部の圧力をPc(Pa)、容積をVc(m3)、質量空気量をCc(g)、温度をTc(K)とする。更に、シリンダ内新気割合をη(%)とする。
また、マニホールド部とシリンダ部とで、Pm=Pc、Tm=Tc(圧力及び温度は変化しない)と仮定する。
【0038】
図3は吸気マニホールド部流入空気量算出ルーチンのフローチャートであり、所定時間Δt毎に実行される。
ステップ1では、エアフローメータ3の出力より算出された吸入空気量Qa(質量流量;g/msec)を読み込む。
ステップ2では、吸入空気量Qaの積分計算により、所定時間Δt毎にマニホールド部へ流入する空気量Ca(質量空気量;g)=Qa・Δtを算出する。
【0039】
図4はシリンダ吸入体積空気量算出ルーチンのフローチャートであり、所定時間Δt毎に実行される。
ステップ11では、吸気弁9の閉時期IVC、吸気弁9の開時期IVO、排気弁10の閉時期EVCを検出する。尚、これらは吸気弁9及び排気弁10に対しリフトセンサを設けて直接的に検出してもよいが、ECU29での制御上の指令値(目標値)を用いることで簡素化できる。
【0040】
ステップ12では、吸気弁9の閉時期IVCから、該閉時期IVCにおけるシリンダ容積Vc1(m3)を算出する。
ステップ13では、吸気弁9の開時期IVO、排気弁10の閉時期EVC、また必要によりEGR率により、シリンダ内新気割合η(%)を算出する。
すなわち、吸気弁9の開時期IVOと排気弁10の閉時期EVCとにより、オーバーラップ量が定まり、オーバーラップ量が多くなる程、残ガス量(内部EGR量)が大となるので、オーバーラップ量に基づいてシリンダ内新気割合ηを求める。また、VTC機構を備えたエンジンでは、オーバーラップ量の制御により内部EGRを自在に制御できるので、一般にはEGR装置(外部EGR)は設けないが、設ける場合は、更にそのEGR率により補正して、最終的なシリンダ内新気割合ηを求める。
【0041】
ステップ14では、前記シリンダ容積Vc1にシリンダ内新気割合ηを乗じて、シリンダ内の体積空気量Vc2(m3)=Vc1・ηを算出する。
ステップ15では、次式のごとく、シリンダ内の体積空気量Vc2(m3)にエンジン回転速度Ne(rpm)を乗じて、Vc変化速度(体積流量;m3/msec)を算出する。
【0042】
Vc変化速度=シリンダ内体積空気量Vc2・エンジン回転速度Ne・K
ここで、Kは単位を揃えるための定数で、K=(1/30)×(1/1000)である。1/30は、Ne(rpm)をNe(180deg/sec)に変換するためのものであり、1/1000は、Vc変化速度(m3/sec)をVc変化速度(m3/msec)に変換するためのものである。
【0043】
また、一部気筒の稼働を停止させる制御を行う場合は、次式による。
Vc変化速度=Vc2・Ne・K・n/N
n/Nは一部気筒の稼働を停止させる場合の稼働率であり、Nは気筒数、nはそのうちの稼働気筒数である。従って、例えば4気筒エンジンで、1気筒の稼働を停止させている場合は、n/N=3/4となる。尚、特定気筒の稼働を停止させる場合は、当該気筒の吸気弁及び排気弁を全閉状態に保持した上で、燃料カットを行う。
【0044】
ステップ16では、Vc変化速度(体積流量;m3/msec)の積分計算により、所定時間Δtあたりにシリンダに吸入される体積空気量Vc(m3)=Vc変化速度・Δtを算出する。
図5は連続計算(マニホールド部吸気収支計算及びシリンダ吸入空気量算出)ルーチンのフローチャートであり、所定時間Δt毎に繰り返し実行される。また、図6には連続計算部をブロック図で示している。
【0045】
ステップ21では、マニホールド部吸気収支計算(マニホールド部質量空気量Cmの収支計算)のため、次式のごとく、マニホールド部内の質量空気量の前回値Cm(n-1)に、図3のルーチンで求めたマニホールド部へ流入する質量空気量Ca(=Qa・Δt)を加算し、また、マニホールド部からシリンダ部へ流出するシリンダ吸入空気量(質量空気量)Cc(n) を減算して、マニホールド部内の質量空気量Cm(n)(g)を算出する。
【0046】
Cm(n) =Cm(n-1) +Ca−Cc(n)
ここで用いるCc(n) は前回のルーチンで次のステップ22により算出されたCcである。
ステップ22では、シリンダ吸入空気量(シリンダ部質量空気量Cc)の算出のため、次式のごとく、図4のルーチンで求めた所定時間Δtあたりのシリンダ吸入空気量(シリンダ部体積空気量)Vcに、マニホールド部質量空気量Cmを掛算し、また、マニホールド部容積Vm(一定値)で除算して、所定時間Δtあたりのシリンダ吸入空気量(シリンダ部質量空気量)Cc(g)を求める。
【0047】
Cc=Vc・Cm/Vm ・・・(1)
この(1)式は、次のように求められる。
気体の状態方程式P・V=C・R・Tより、C=P・V/(R・T)であるので、シリンダ部について、
Cc=Pc・Vc/(R・Tc) ・・・(2)
となる。
【0048】
ここで、Pc=Pm、Tc=Tmと仮定するので、
Cc=Pm・Vc/(R・Tm) ・・・(3)
となる。
一方、気体の状態方程式P・V=C・R・Tより、P/(R・T)=C/Vであるので、マニホールド部について、
Pm/(R・Tm)=Cm/Vm ・・・(4)
となる。
【0049】
この(4)式を(3)式に代入すれば、
Cc=Vc・〔Pm/(R・Tm)〕=Vc・〔Cm/Vm〕
となり、上記(1)式が得られる。
以上のように、ステップ21,22を繰り返し実行することにより、すなわち図6に示すように連続計算することにより、シリンダ吸入空気量であるシリンダ部質量空気量Cc(g)を求めて、出力することができる。ここで、図6に示す連続計算は、エンジン回転が停止して、シリンダ部質量空気量Ccが0になった後も、吸入空気量Qaが0になるまで継続され、詳細は後述するが、吸入空気量Qaが0になったときのマニホールド部質量空気量Cmの演算値を利用して、エンジン停止時の大気圧が推定される。尚、ステップ21,22の処理順序は逆でもよい。
【0050】
図7は後処理ルーチンのフローチャートである。
ステップ31では、次式のごとく、シリンダ部質量空気量Cc(g)を加重平均処理して、Cck(g)を算出する。
Cck=Cck×(1−M)+Cc×M
Mは加重平均定数であり、0<M<1である。
【0051】
ステップ32では、加重平均処理後のシリンダ部質量空気量Cck(g)を、燃料噴射が行われるサイクル周期に対応させるため、エンジン回転速度Ne(rpm)を用いて、
Cck(g/cycle)=Cck/(120/Ne)
により、1サイクル(2回転=720deg)毎のシリンダ部質量空気量(g/cycle)に変換する。
【0052】
尚、加重平均処理は、スロットル弁が大きく開いている(全開)時等の吸気の脈動が大きいときに限定して行うと、制御精度と制御応答性を両立させることができる。
図8はこの場合の後処理ルーチンのフローチャートである。ステップ35でシリンダ部質量空気量Cc(g)の変化量ΔCcを算出する。続いてステップ36でこの変化量ΔCcが所定範囲内(所定値Aより大きく所定値Bより小さい)か否かを判定する。所定範囲内の場合は、加重平均処理をする必要ないので、ステップ37でCck(g)=Cc(g)とした後、ステップ32で図7のステップ32と同じに1サイクル(2回転=720deg)毎のシリンダ部質量空気量Cck(g/cycle)に変換する。変化量ΔCcが所定範囲外である場合は、ステップ31で図7のステップ31と同じにシリンダ部質量空気量Cc(g)を加重平均処理してCck(g)を算出し、ステップ32へ進む。
【0053】
次に、本発明にかかる制御、すなわちエンジン停止時にマニホールド部の質量空気量を高精度に算出して、再始動時のマニホールド部の収支計算に反映させる制御について説明する。
図9は、エンジン停止時のメインルーチンを示す。
ステップ201では、エンジン停止時にマニホールド部の質量空気量及び大気圧を算出する。
【0054】
図10は、前記ステップ201のサブルーチンを示す。
ステップ101では、クランク角センサ12の信号に基づいてエンジン回転が停止(エンジン停止)したかを判定する。
エンジン停止と判定されたときは、ステップ102ヘ進み、前記エンコーダ31により検出したエンジン停止時のクランク角位置θsにより、マニホールド部に連通するシリンダ容積Vcsを算出する。具体的には、クランク角位置θsに対応したシリンダ容積Vcsを予めマップに記憶しておいて検索すれば容易である。
【0055】
ステップ103では、エアフローメータ14で検出される吸入空気量Qaが0となったかを判定する。
吸入空気量Qa=0となったと判定されると、ステップ104へ進み、エンジン停止時の最終的なマニホールド部内質量空気量Cmsを次式により算出する。
Cms=Cm×Vm/(Vm+Vcs)
ここで、上式右辺のCmは図5のステップ21で算出した最新のマニホールド部内質量空気量Cmである。既述したように、エンジン停止時に算出されるCmは、マニホールド部に連通するシリンダ容積Vcsに吸入された空気量分がマニホールド部内の空気量分として余分に加算して求められている。そこで、上式により、Cmからシリンダ容積Vcsに吸入された空気量分を差し引くことで、実際のエンジン停止時におけるマニホールド部内質量空気量Cmsを算出する。
【0056】
ステップ105では、空気密度ρsを次式により算出する。
ρs=Cms/Vm
ステップ106では、前記空気密度ρsより、大気圧Hを次式により算出する。
H=k1×(1+k2×T)×ρs
T:エンジン停止時吸気温度
k1、k2:状態方程式から定まる定数
図9に戻って、ステップ202では、イグニッションスイッチ(IGNSW)がOFFとなり(アイドルストップ時及び運転者による操作時)、かつ、前記ステップ106での大気圧算出後初回であるかを判別し、該条件が満たされたときに、ステップ203ヘ進んで、算出された大気圧Hを不揮発性メモリにHbuとしてセットする。
【0057】
図11は、前記エンジン停止時に算出した大気圧に基づいて、再始動時にマニホールド部内の質量空気量Cmの初期値を算出するルーチンを示す。
ステップ301では、電源投入後(イグニッションスイッチON後)初回かを判定する。
初回と判定されたときは、ステップ302へ進み、前記エンジン停止時に算出して記憶された大気圧Hbuを用いて、次式により始動時の空気密度ρssを算出する。
【0058】
ρss=Hbu/[k1×(1+k2×Ts)]
Ts:始動時吸気温度
k1、k2:既述の定数
ステップ302は、前記始動時の空気密度ρssに基づいて、始動時におけるマニホールド部内の質量空気量Cmの初期値を算出する。
【0059】
Cm=ρss×Vm
このようにすれば、エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を正確に算出し、該算出値に基づいて再始動時のマニホールド部内の質量空気量の初期値を正確に算出でき、シリンダ吸入空気量Ccを常に正確に算出できる。
なお、上記実施形態では、エンジン停止の都度大気圧を算出し、再始動の都度吸気温度検出値を用いてマニホールド部内の質量空気量Cmを算出し直す構成としているため、山道走行時など運転中に大気圧や吸気温度が変化する場合に特に有効である。
【0060】
しかし、通常走行(平地走行)でのアイドルストップ時は、大気圧、吸気温度共にあまり大きく変化しないと考えられる。そこで、簡易的には、エンジン停止時に最終的に算出したマニホールド部内の質量空気量Cm(ステップ104)を一時的に記憶しておき、再始動時にそのまま初期値として用いるだけの構成としても良く、それなりの効果が得られ、吸気温度センサが不要となり演算負荷を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態にかかる可変動弁エンジンを搭載したアイドルストップ車両のシステム構成を示す機能ブロック図。
【図2】 同上のエンジンのシステム図。
【図3】 マニホールド部流入空気量算出ルーチンのフローチャート。
【図4】 シリンダ吸入体積空気量算出ルーチンのフローチャート。
【図5】 連続計算(マニホールド部吸気収支計算及びシリンダ吸入空気量算出)ルーチンのフローチャート。
【図6】 連続計算部のブロック図。
【図7】 後処理ルーチンのフローチャート。
【図8】 後処理ルーチンの、他の例のフローチャート。
【図9】 エンジン停止時の制御のメインルーチンを示すフローチャート。
【図10】同上制御のサブルーチンを示すフローチャート。
【図11】エンジン再始動時の制御ルーチンを示すフローチャート。
【図12】エンジン停止状態の各部の空気量の変化を示す線図。
【図13】エンジン停止時のクランク角位置に対するマニホールド部に連通するシリンダの上死点からの総ストローク量を示す線図。
【図14】エンジン停止時のクランク角位置に対するマニホールド部に連通するシリンダの総容積を示す線図。
【符号の説明】
1 エンジン
2 吸気通路
3 エアフローメータ
4 スロットル弁
7 燃料噴射弁
8 点火プラグ
9 吸気弁
10 排気弁
12 吸気弁側カム軸
13 排気弁側カム軸
14 可変バルブタイミング機構
15 クランク角センサ
27 車両制御回路
29 エンジン制御回路(ECU)
Claims (12)
- マニホールド部に流入する質量空気量とマニホールド部から流出する質量空気量との収支計算を行ってマニホールド部内の質量空気量を算出しつつ、該マニホールド部内の質量空気量とシリンダ容積とに基づいて、エンジンのシリンダに吸入される質量空気量を算出する装置であって、
エンジン停止時に前記収支計算により算出されたマニホールド部内の質量空気量を、エンジン停止時のクランク角位置に基づき補正して、エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を最終的に算出することを特徴とするエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。 - エンジン停止時のクランク角位置に基づいてマニホールド部に連通するシリンダの容積を算出し、該シリンダ容積とマニホールド部容積とに基づいて、エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を最終的に算出することを特徴とする請求項1に記載のエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。
- マニホールド部に流入する質量空気量の検出値が0となったときに前記収支計算を行って算出したマニホールド部内の質量空気量と、エンジン停止時のマニホールド部に連通するシリンダ容積及びマニホールド部容積とに基づいて、エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を最終的に算出することを特徴とする請求項2に記載のエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。
- クランク角位置に対応してマニホールド部に連通するシリンダ容積を記憶しておき、前記エンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を最終的に算出する際に参照することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載のエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。
- 前記最終的に算出したエンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量を、エンジン再始動時のマニホールド部内質量空気量の初期値として用いることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載のエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。
- 前記最終的に算出したエンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量に基づいて、大気圧を算出することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1つに記載のエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。
- 前記最終的に算出したエンジン停止時のマニホールド部内の質量空気量と、エンジン停止時の吸気温度検出値とに基づいて大気圧を算出することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1つに記載のエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。
- 前記エンジン停止時に算出した大気圧を、エンジン再始動時の前記マニホールド部内質量空気量の収支計算において初期値として用いることを特徴とする請求項6または請求項7に記載のエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。
- 前記エンジン停止時に算出した大気圧とエンジン再始動時の吸気温度検出値とに基づいて、エンジン再始動時のマニホールド部内質量空気量の初期値を算出することを特徴とする請求項6または請求項7に記載のエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。
- 前記エンジン停止時のクランク角位置を、ロータリエンコーダにより検出することを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれか1つに記載のエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。
- 吸気弁閉時期におけるシリンダ容積とシリンダ内新気割合とに基づいてシリンダに吸入される体積空気量を算出し、前記シリンダに吸入される体積空気量、マニホールド部内の質量空気量およびマニホールド部容積に基づいて、シリンダに吸入される質量空気量を算出することを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか1つに記載のエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。
- 停車時にエンジンのアイドル回転が停止されるアイドルストップ車両に適用されることを特徴とする請求項1〜請求項11のいずれか1つに記載のエンジンのシリンダ吸入空気量算出装置。
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