JP4614104B2 - 内燃機関の吸入空気量検出装置 - Google Patents

内燃機関の吸入空気量検出装置 Download PDF

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Description

本発明は、内燃機関の各気筒に吸入空気を導入する分岐吸気通路にそれぞれ吸入空気量を調整する吸気絞り弁を備えた内燃機関の吸入空気量検出装置に関する発明である。
例えば、特許文献1(国際公開第03/033896号パンフレット)に記載されているように、内燃機関の各気筒の吸気管にそれぞれ吸気圧力を検出する吸気圧力センサを設け、各気筒の吸気圧力センサで検出した吸気圧力に基づいて各気筒の吸入空気量を算出するようにしたものがある。また、上記特許文献1では、吸気圧力の今回値と前回値との差である吸気圧力差が所定値以上となったときに、加速状態であると判定して、吸気圧力差とエンジン回転速度とに応じた加速時燃料噴射量を算出するようにしている。
国際公開第03/033896号パンフレット(第4頁〜第11頁等)
しかし、上記特許文献1の技術では、内燃機関の各気筒にそれぞれ吸気圧力センサを設ける構成としているため、気筒数と同じ数の吸気圧力センサを設ける必要があり、その分、コストアップするという欠点がある。特に、近年、内燃機関の気筒数が多くなる傾向があり、センサ数の増加によるコストアップ幅の増加が問題となる。
また、内燃機関の過渡運転時にスロットル開度が変化してから吸気圧力センサの出力が変化するまでには時間遅れがあるが、上記特許文献1の技術では、内燃機関の定常運転時と過渡運転時とを区別することなく、吸気圧力センサで検出した吸気圧力に基づいて各気筒の吸入空気量を算出するため、過渡運転時にスロットル開度の変化に遅れて変化する吸入空気量(筒内充填空気量)を精度良く算出することができず、単に加速判定時に吸気圧力差とエンジン回転速度とに応じた加速時燃料噴射量を算出するだけであり、過渡運転時の空燃比制御性を十分に向上させることができないという欠点もある。
本発明は、これらの事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、内燃機関の各気筒の吸気通路にそれぞれ吸気絞り弁を備えたシステムにおいて、低コスト化の要求を満たしながら各気筒の吸入空気量を精度良く検出することができると共に、過渡運転時の空燃比制御性を向上させることができる内燃機関の吸入空気量検出装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、内燃機関の主吸気通路を各気筒に吸入空気を導入する分岐吸気通路に分岐し、各気筒の分岐吸気通路にそれぞれ吸入空気量を調整する吸気絞り弁を備えた内燃機関の吸入空気量検出装置において、各気筒の分岐吸気通路のうちの特定気筒の分岐吸気通路に配置されて吸気絞り弁の下流側の吸気圧力を検出する吸気圧力センサと、主吸気通路に配置されて吸入空気量を検出する吸入空気量センサとを備え、内燃機関の定常運転時に、定常時吸入空気量検出手段によって、吸入空気量センサで各気筒の吸入空気量を検出すると共に、吸気圧力ばらつき検出手段によって、吸入空気量センサで検出した各気筒の吸入空気量に基づいて各気筒の吸気圧力ばらつきの情報を検出し、内燃機関の過渡運転時に、過渡時吸入空気量検出手段によって、吸気絞り弁の開度と直前の定常運転時に吸気圧力センサで検出した吸気圧力とに基づいて吸気絞り弁の下流側の吸気圧力を推定し、推定した吸気圧力と吸気圧力ばらつきの情報とに基づいて各気筒の吸入空気量を算出するようにしたものである。
この構成では、内燃機関の定常運転時には、主吸気通路に配置した吸入空気量センサ(例えばエアフローメータ)で各気筒の吸入空気量を精度良く検出することができる。
ところで、内燃機関の過渡運転時に吸気絞り弁の開度が変化してから主吸気通路に配置した吸入空気量センサの出力が変化するまでには時間遅れがあるため、内燃機関の過渡運転時に吸入空気量センサで吸気絞り弁の開度の変化に遅れて変化する吸入空気量(筒内充填空気量)を精度良く検出することは困難である。
そこで、本発明は、まず、内燃機関の定常運転時に、吸入空気量センサで検出した各気筒の吸入空気量に基づいて各気筒の吸気圧力ばらつきの情報を検出する。各気筒の吸気圧力のばらつきに応じて各気筒の吸入空気量がばらつくため、内燃機関の定常運転時に、吸入空気量センサで検出した各気筒の吸入空気量を用いれば、各気筒の吸入空気量ばらつきの情報、ひいては各気筒の吸気圧力ばらつきの情報を精度良く検出することができる。
そして、内燃機関の過渡運転時に、吸気絞り弁の開度と直前の定常運転時に吸気圧力センサで検出した吸気圧力とに基づいて吸気絞り弁の下流側の吸気圧力を推定し、推定した吸気圧力と吸気圧力ばらつきの情報とに基づいて各気筒の吸入空気量を算出する。このようにすれば、吸気絞り弁の開度から吸気圧力を精度良く推定することができ、更に、推定した吸気圧力と吸気圧力ばらつきの情報とを用いることで、推定した吸気圧力を各気筒の吸入空気量に換算することができ、各気筒の吸入空気量を精度良く算出することができる。これにより、内燃機関の過渡運転時に吸気絞り弁の開度の変化に遅れて変化する各気筒の吸入空気量を精度良く検出することができ、過渡運転時の空燃比制御性を向上させることができる。
しかも、本発明は、気筒数と同じ数の吸気圧力センサを設ける必要が無く、特定気筒の分岐吸気通路に吸気圧力センサを設けて、主吸気通路に吸入空気量センサを設けるだけで良く、低コスト化の要求を満たすことができる。
この場合、請求項2のように、内燃機関の定常運転時に吸気圧力センサで検出した吸気圧力と吸気圧力ばらつきの情報とに基づいて各気筒の吸気圧力を推定し、内燃機関の過渡運転時に吸気絞り弁の下流側の吸気圧力を推定する際に、直前の定常運転時に推定した吸気圧力を初期値として用いるようにしても良い。このようにすれば、内燃機関の過渡運転時に吸気絞り弁の開度から吸気圧力を推定する際の推定精度を向上させることができる。
更に、請求項3のように、各気筒の吸気圧力ばらつきの情報を検出する際には、内燃機関の定常運転時に吸入空気量センサで検出した特定気筒の吸入空気量と他の気筒の吸入空気量とを比較して吸気圧力ばらつきの情報を算出し、各気筒の吸気圧力を推定する際には、内燃機関の定常運転時に吸気圧力センサで検出した特定気筒の所定期間(例えば吸気バルブの開弁期間)における吸気圧力の平均値を吸気圧力ばらつきの情報で補正して各気筒の所定期間における吸気圧力の平均値を算出するようにしても良い。このようにすれば、比較的簡単な演算処理で各気筒の吸気圧力(平均値)を精度良く推定することができる。
また、請求項4のように、アクセル操作量に基づいて吸気絞り弁の目標開度を算出し、吸気絞り弁の実開度を目標開度に一致させるように吸気絞り弁を制御するシステムの場合には、内燃機関の過渡運転時に物理モデルを用いて吸気絞り弁の目標開度に基づいて吸気絞り弁の下流側の吸気圧力を予測し、予測した吸気圧力と吸気圧力ばらつきの情報とに基づいて各気筒の吸入空気量を算出するようにしても良い。
このようにすれば、物理モデル(例えばオリフィスの式等)を用いて吸気絞り弁の目標開度から将来の吸気圧力を精度良く予測することができ、更に、予測した吸気圧力と吸気圧力ばらつきの情報とを用いることで、予測した吸気圧力を各気筒の吸入空気量に換算することができ、吸気絞り弁の開度の変化に遅れて変化する各気筒の吸入空気量(筒内充填空気量)を精度良く且つ応答良く予測することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
説明する。
まず、図1に基づいてエンジン吸気系の概略構成を説明する。内燃機関である例えば直列4気筒のエンジン11は、第1気筒#1〜第4気筒#4の4つの気筒を有し、このエンジン11の吸気管12(主吸気通路)には、吸入空気量を検出するエアフローメータ23(吸入空気量センサ)が設けられている。このエアフローメータ23の下流側に、サージタンク13が設けられ、このサージタンク13には、エンジン11の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド14(分岐吸気通路)が設けられている。各気筒の吸気マニホールド14には、それぞれ後述する吸気絞り弁ユニット15が取り付けられ、第1気筒#1の吸気マニホールド14には、吸気絞り弁ユニット15の下流側の吸気圧力を検出する吸気圧力センサ24が設けられている。各気筒の吸気ポート近傍には、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁(図示せず)が取り付けられている。また、エンジン11のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ(図示せず)が取り付けられ、各点火プラグの火花放電によって筒内の混合気に着火される。
また、エンジン11のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ25や、エンジン11のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ26が取り付けられている。このクランク角センサ26の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。更に、アクセルセンサ27によってアクセル操作量(アクセルペダルの踏込量)が検出される。
次に、図2に基づいて吸気絞り弁ユニット15の構成について説明する。各気筒の吸気絞り弁ユニット15は、樹脂製のハウジング17内に、断面略四角形状の吸気通路18が形成され、この吸気通路18内に、該吸気通路18を開閉する片持ち式の吸気絞り弁19(吸気絞り弁)がその下端側に連結されたシャフト20を回動軸にして開閉回動するように設けられている。各吸気絞り弁19の形状は、吸気通路18の断面形状に合致する形状(本実施例では略四角形状)に形成されている。尚、吸気通路18の断面形状や吸気絞り弁19の形状は、略四角形状に限定されず、略半円形状、略半楕円形状等、他の形状であっても良いことは言うまでもない。
各気筒の吸気絞り弁19は、共通のシャフト20に連結されて一体的に回動するように設けられ、このシャフト20に連結されたモータ21(図1参照)がエンジン運転状態(アクセル操作量等)に応じて制御されることで、各気筒の吸気絞り弁19の開度が制御されるようになっている。尚、各気筒の吸気絞り弁19をアクセルペダルと機械的に連結してアクセル操作に連動して各気筒の吸気絞り弁19が開閉動作する構成としても良い。
各気筒の吸気絞り弁19は、シャフト20側の端部(下端部)がハウジング17の内壁面に接触(又は近接)するように設けられ、吸入空気が吸気絞り弁19の下側をほとんど通過できないようになっている。そして、吸気絞り弁19を開弁したときに、吸気絞り弁19の上側のみに吸入空気の流路(ハウジング17の内壁面との隙間)が形成されて、吸気絞り弁19の開度に応じて吸気絞り弁19の上側の流路断面積が変化するようになっている。また、ハウジング17やその近傍には、吸気絞り弁19の全開時に吸気絞り弁19を格納する格納凹部22が形成され、吸気絞り弁19の全開時に吸気絞り弁19が吸入空気流の妨げにならないようになっている。
上述した各種センサの出力は、制御回路(以下「ECU」と表記する)28に入力される。このECU28は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたROM(記憶媒体)に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁の燃料噴射量や点火プラグの点火時期を制御する。
更に、ECU28は、アクセルセンサ27で検出したアクセル操作量等に基づいて吸気絞り弁19の目標開度を算出し、吸気絞り弁19の実開度を目標開度に一致させるように吸気絞り弁19のモータ21を制御する。
また、ECU28は、後述する図4及び図5の筒内吸入空気量算出プログラムを実行することで、次のようにして各気筒の筒内吸入空気量を算出する。
図3のタイムチャートに示すように、エンジン11の定常運転時には、エアフローメータ23の出力に基づいて、各気筒(第1気筒#1〜第4気筒#4)の吸気行程における筒内吸入空気量GA(#1)〜GA(#4)を検出する。
また、エンジン11の定常運転時にエアフローメータ23で検出した第1気筒#1の筒内吸入空気量GA(#1)と、他の気筒(第2気筒#2〜第4気筒#4)の筒内吸入空気量GA(#2)〜GA(#4)とを比較して、第2気筒#2〜第4気筒#4の吸気圧力ばらつき補正係数H(#2)〜H(#4)を求める。この吸気圧力ばらつき補正係数Hが特許請求の範囲でいう吸気圧力ばらつきの情報に相当する。
更に、エンジン11の定常運転時に吸気圧力センサ24で検出した第1気筒#1の吸気圧力Pmに基づいて、第1気筒#1の吸気行程期間(例えば吸気バルブの開弁期間)における平均吸気圧力mPm(#1)を算出し、この第1気筒#1の吸気行程期間における平均吸気圧力mPm(#1)を他の気筒(第2気筒#2〜第4気筒#4)の吸気圧力ばらつき補正係数H(#2)〜H(#4)で補正して、他の気筒(第2気筒#2〜第4気筒#4)の吸気行程期間における平均吸気圧力mPm(#2)〜mPm(#4)を求める。
この後、定常運転時の各気筒の平均吸気圧力mPmcを次式により算出する。
mPmc=α(#1)×mPm(#1)+α(#2)×mPm(#2)
+α(#3)×mPm(#3)+α(#4)×mPm(#4)
ここで、α(#i)は第i気筒#iの吸気行程期間にα(#i)=1となり、それ以外の期間にα(#i)=0となる(i=1〜4)。
つまり、第1気筒#1〜第4気筒#4の各吸気行程期間において、平均吸気圧力mPmcは、それぞれ次式により算出される。
#1の吸気行程期間:mPmc=mPm(#1)
#2の吸気行程期間:mPmc=mPm(#2)
#3の吸気行程期間:mPmc=mPm(#3)
#4の吸気行程期間:mPmc=mPm(#4)
一方、エンジン11の過渡運転時には、まず、物理モデル(例えばオリフィスの式等)を用いて吸気絞り弁19の目標開度から吸気絞り弁19の下流側の将来の推定吸気圧力Pmeを予測する。その際、直前の定常運転時に推定した平均吸気圧力mPmcを推定吸気圧力の初期値Pme(0) として用いることで、推定吸気圧力Pmeの推定精度を向上させる。
この後、推定吸気圧力Pmeと吸気圧力ばらつき補正係数Hとを用いて過渡運転時の各気筒の筒内吸入空気量mcを次式により算出する。
mc={α(#1)×1+α(#2)×H(#2)+α(#3)×H(#3)
+α(#4)×H(#4)}/H(#n)×GRAND×Pme−GA0
ここで、GRANDとGA0 は、図6に示す吸気圧力Pmと筒内吸入空気量GAとの関係を規定する一次式(吸気圧力Pmと筒内吸入空気量GAとの関係を規定するマップ)における傾きGRANDと切片GA0 である。また、nは推定吸気圧力の初期値Pme(0) として用いた平均吸気圧力mPmcの気筒番号である。
つまり、第1気筒#1〜第4気筒#4の各吸気行程期間において、筒内吸入空気量mcは、それぞれ次式により算出される。
#1の吸気行程期間:mc=1/H(#n)×GRAND×Pme−GA0
#2の吸気行程期間:mc=H(#2)/H(#n)×GRAND×Pme−GA0
#3の吸気行程期間:mc=H(#3)/H(#n)×GRAND×Pme−GA0
#4の吸気行程期間:mc=H(#4)/H(#n)×GRAND×Pme−GA0
以上説明した本実施例の筒内吸入空気量算出処理は、ECU28によって図4及び図5の筒内吸入空気量算出プログラムに従って実行される。以下、このプログラムの処理内容を説明する。
図4及び図5に示す筒内吸入空気量算出プログラムは、ECU28の電源オン中に所定周期で実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ101で、前回のエンジン運転状態が定常状態であるか否かを、例えば、アクセル操作量、エンジン回転速度、吸入空気量、吸気圧力等のうちの少なくとも1つに基づいて判定する。
このステップ101で、前回のエンジン運転状態が定常状態であると判定された場合には、ステップ102に進み、現在の平均吸気圧力mPmcを過渡運転時の推定吸気圧力の初期値mPm0 に設定する。
mPm0 =mPmc
この後、ステップ103に進み、現在のエンジン運転状態が定常状態であるか否かを判定し、現在のエンジン運転状態が定常状態であると判定された場合には、ステップ104に進み、吸気圧力センサ24で検出した第1気筒#1の吸気圧力Pmを読み込んだ後、ステップ105に進み、第1気筒#1の吸気行程期間(例えば吸気バルブの開弁期間)における吸気圧力Pmの積分値(∫Pm)を吸気行程期間の長さ{IVC(#1)−IVO(#1)}で除算して第1気筒#1の吸気行程期間における平均吸気圧力mPm(#1)を算出する。
mPm(#1)=(∫Pm)/{IVC(#1)−IVO(#1)}
ここで、IVO(#1)は第1気筒#1の吸気バルブの開弁タイミングで、IVC(#1)は第1気筒#1の吸気バルブの閉弁タイミングである。
この後、ステップ106に進み、エアフローメータ23の出力に基づいて各気筒(第1気筒#1〜第4気筒#4)の吸気行程における筒内吸入空気量GA(#1)〜GA(#4)を算出する。このステップ106の処理が特許請求の範囲でいう定常時吸入空気量検出手段としての役割を果たす。
この後、ステップ107に進み、エアフローメータ23で検出した第1気筒#1の吸入空気量GA(#1)と、他の気筒(第2気筒#2〜第4気筒#4)の吸入空気量GA(#2)〜GA(#4)とを用いて、第2気筒#2〜第4気筒#4の吸気圧力ばらつき補正係数H(#2)〜H(#4)をそれぞれ次式により算出する。
H(#2)={GA(#2)−GA0 }/{GA(#1)−GA0 }
H(#3)={GA(#3)−GA0 }/{GA(#1)−GA0 }
H(#4)={GA(#4)−GA0 }/{GA(#1)−GA0 }
ここで、吸気圧力Pmと筒内吸入空気量GAとの関係を規定する一次式(図6参照)の切片GA0 は、エンジン回転速度、吸気バルブタイミング等に応じてマップ又は数式等により算出する。このステップ107の処理が特許請求の範囲でいう吸気圧力ばらつき検出手段としての役割を果たす。
この後、ステップ108に進み、第1気筒#1の吸気行程期間における平均吸気圧力mPm(#1)を他の気筒(第2気筒#2〜第4気筒#4)の吸気圧力ばらつき補正係数H(#2)〜H(#4)で補正して、他の気筒(第2気筒#2〜第4気筒#4)の吸気行程期間における平均吸気圧力mPm(#2)〜mPm(#4)を求める。
mPm(#2)=mPm(#1)×H(#2)
mPm(#3)=mPm(#1)×H(#3)
mPm(#4)=mPm(#1)×H(#4)
この後、ステップ109に進み、定常運転時の各気筒の平均吸気圧力mPmcを次式により算出する。
mPmc=α(#1)×mPm(#1)+α(#2)×mPm(#2)
+α(#3)×mPm(#3)+α(#4)×mPm(#4)
ここで、α(#i)はクランク角CAが第i気筒#iの吸気行程期間{IVO(#i)≦CA≦IVC(#i)}にα(#i)=1となり、それ以外の期間{CA<IVO(#i),IVC(#i)<CA}にα(#i)=0となる。
つまり、第1気筒#1〜第4気筒#4の各吸気行程期間において、平均吸気圧力mPmcは、それぞれ次式により算出される。
#1の吸気行程期間:mPmc=mPm(#1)
#2の吸気行程期間:mPmc=mPm(#2)
#3の吸気行程期間:mPmc=mPm(#3)
#4の吸気行程期間:mPmc=mPm(#4)
これらのステップ108,109の処理が特許請求の範囲でいう気筒別吸気圧力推定手段としての役割を果たす。
この後、ステップ110に進み、エアフローメータ23で検出した筒内吸入空気量GAを定常運転時の筒内吸入空気量mcとする。
mc=GA
その後、上記ステップ103で、現在のエンジン運転状態が過渡状態であると判定されたときに、図5のステップ111に進み、前回のエンジン運転状態が定常状態であるか否かを判定し、前回のエンジン運転状態が定常状態であると判定された場合(つまり過渡状態であると判定された最初の演算周期の場合)には、ステップ112に進み、過渡演算カウンタのカウント値kを初期値(例えば「1」)にリセットする。
k=1
この後、ステップ113に進み、図7に示す吸気絞り弁ユニット15の流路断面積Atのマップを参照して、現在の吸気絞り弁19の目標開度に応じた流路断面積Atを算出し、物理モデル(例えばオリフィスの式)を用いて流路断面積Atに基づいて吸気絞り弁19の通過空気量mtを算出する。
Figure 0004614104
ここで、μは流量係数、Paは大気圧、Rは気体定数、Taは大気温である。また、推定吸気圧力の初期値Pme(0) はmPm0 (直前の定常運転時に推定した平均吸気圧力mPmc)に設定する。
この後、ステップ114で、推定筒内吸入空気量mce(k) を次式により算出する。
mce(k) =GRAND×Pme(k-1) −GA0
ここで、GRANDとGA0 は、図6に示す吸気圧力Pmと筒内吸入空気量GAとの関係を規定する一次式(吸気圧力Pmと筒内吸入空気量GAとの関係を規定するマップ)における傾きGRANDと切片GA0 である。
この後、ステップ115に進み、推定吸気管圧力Pme(k) を次式により算出する。
Figure 0004614104
ここで、κは比熱比、Vは吸気管容積、Tmは吸気温である。また、吸気温の初期値Tm(0) はTa(大気温)に設定する。
この後、ステップ116に進み、推定吸気圧力Pmeと吸気圧力ばらつき補正係数Hとを用いて過渡運転時の各気筒の筒内吸入空気量mcを次式により算出する。
mc(k) ={α(#1)×1+α(#2)×H(#2)+α(#3)×H(#3)
+α(#4)×H(#4)}/H(#n)×GRAND×Pme(k) −GA0
ここで、GRANDとGA0 は、図6に示す吸気圧力Pmと筒内吸入空気量GAとの関係を規定する一次式(吸気圧力Pmと筒内吸入空気量GAとの関係を規定するマップ)における傾きGRANDと切片GA0 である。また、nは推定吸気圧力の初期値Pme(0) として用いた平均吸気圧力mPmcの気筒番号である。
つまり、第1気筒#1〜第4気筒#4の各吸気行程期間において、筒内吸入空気量mcは、それぞれ次式により算出される。
#1の吸気行程期間:mc=1/H(#n)×GRAND×Pme−GA0
#2の吸気行程期間:mc=H(#2)/H(#n)×GRAND×Pme−GA0
#3の吸気行程期間:mc=H(#3)/H(#n)×GRAND×Pme−GA0
#4の吸気行程期間:mc=H(#4)/H(#n)×GRAND×Pme−GA0
これらのステップ113〜116の処理が特許請求の範囲でいう過渡時吸入空気量検出手段としての役割を果たす。
この後、ステップ117に進み、過渡演算カウンタのカウント値kを「1」だけカウントアップする。
k=k+1
以上説明した本実施例では、エンジン11の定常運転時には、エアフローメータ23で各気筒(第1気筒#1〜第4気筒#4)の筒内吸入空気量GA(#1)〜GA(#4)を検出することができる。また、エンジン11の定常運転時に、エアフローメータ23で検出した第1気筒#1の筒内吸入空気量GA(#1)と、第2気筒#2〜第4気筒#4の筒内吸入空気量GA(#2)〜GA(#4)とを比較して、第2気筒#2〜第4気筒#4の吸気圧力ばらつき補正係数H(#2)〜H(#4)を求めると共に、吸気圧力センサ24で検出した第1気筒#1の吸気圧力Pmに基づいて第1気筒#1の吸気行程期間における平均吸気圧力mPm(#1)を算出し、この第1気筒#1の吸気行程期間における平均吸気圧力mPm(#1)を、第2気筒#2〜第4気筒#4の吸気圧力ばらつき補正係数H(#2)〜H(#4)で補正して、第2気筒#2〜第4気筒#4の吸気行程期間における平均吸気圧力mPm(#2)〜mPm(#4)を求める。
そして、エンジン11の過渡運転時には、直前の定常運転時に推定した平均吸気圧力を推定吸気圧力の初期値Pme(0) とし、物理モデル(例えばオリフィスの式等)を用いて吸気絞り弁19の目標開度から吸気絞り弁19の下流側の将来の推定吸気圧力Pmeを予測し、予測した推定吸気圧力Pmeと吸気圧力ばらつき補正係数Hとを用いて各気筒の筒内吸入空気量を算出する。これにより、エンジン11の過渡運転時に吸気絞り弁19の開度の変化に遅れて変化する各気筒の筒内吸入空気量(筒内充填空気量)を精度良く且つ応答良く予測することが可能となり、過渡運転時の空燃比制御性を向上させることができる。
しかも、本実施例では、気筒数と同じ数の吸気圧力センサ24を設ける必要が無く、第1気筒#1の吸気マニホールド14に吸気圧力センサ24を設けて、吸気管12にエアフローメータ23を設けるだけで良く、低コスト化の要求を満たすことができる。
また、本実施例では、エンジン11の定常運転時に吸気圧力センサ24で検出した第1気筒#1の吸気圧力Pmに基づいて第1気筒#1の吸気行程期間における平均吸気圧力mPm(#1)を算出し、この第1気筒#1の吸気行程期間における平均吸気圧力mPm(#1)を、第2気筒#2〜第4気筒#4の吸気圧力ばらつき補正係数H(#2)〜H(#4)で補正して、第2気筒#2〜第4気筒#4の吸気行程期間における平均吸気圧力mPm(#2)〜mPm(#4)を求めるようにしたので、比較的簡単な演算処理で各気筒の平均吸気圧力を精度良く推定することができる。
更に、本実施例では、エンジン11の過渡運転時に吸気絞り弁19の目標開度から吸気絞り弁19の推定吸気圧力Pmeを予測する際に、直前の定常運転時に推定した平均吸気圧力を推定吸気圧力の初期値Pme(0) として用いるようにしたので、推定吸気圧力Pmeの推定精度を向上させることができる。
尚、上記実施例では、エンジン11の過渡運転時に吸気絞り弁19の目標開度から推定吸気圧力を推定するようにしたが、吸気絞り弁19の実開度から推定吸気圧力を推定するようにしても良い。更に、推定吸気圧力の推定方法を適宜変更しても良いことは言うまでもない。
また、上記実施例では、第1気筒#1の吸気絞り弁19の下流側に吸気圧力センサ24を配置するようにしたが、これに限定されず、他の気筒(第2気筒#2〜第4気筒#4のうちの1つ)の吸気絞り弁19の下流側に吸気圧力センサ24を配置するようにしても良い。或は、全気筒の中から選択した2つ以上の気筒の吸気絞り弁19の下流側に吸気圧力センサ24を配置するようにしても良い。
また、上記実施例では、本発明を4気筒エンジンに適用したが、2気筒エンジンや3気筒エンジン或は5気筒以上のエンジンに本発明を適用しても良い。
また、上記実施例では、本発明を吸気ポート噴射エンジンに適用したが、筒内噴射エンジンや吸気ポートと筒内の両方に燃料噴射弁を設けたデュアル噴射エンジンに本発明を適用しても良い。
本発明の一実施例におけるエンジン制御システムの概略構成図である。 吸気絞り弁ユニット及びその周辺部の縦断側面図である。 各気筒の筒内吸入空気量の算出方法を説明するためのタイムチャートである。 筒内吸入空気量算出プログラムの処理の流れを説明するフローチャート(その1)である。 筒内吸入空気量算出プログラムの処理の流れを説明するフローチャート(その2)である。 吸気圧力と筒内吸入空気量との関係を規定するマップ(一次式)の一例を概念的に示す図である。 吸気絞り弁の開度と流路断面積との関係を規定するマップの一例を概念的に示す図である。
符号の説明
11…エンジン(内燃機関)、12…吸気管(主吸気通路)、14…吸気マニホールド(分岐吸気通路)、15…吸気絞り弁ユニット、17…ハウジング、19…吸気絞り弁、21…モータ、23…エアフローメータ(吸入空気量センサ)、24…吸気圧力センサ、28…ECU(定常時吸入空気量検出手段,吸気圧力ばらつき検出手段,気筒別吸気圧力推定手段,過渡時吸入空気量検出手段)

Claims (4)

  1. 内燃機関の主吸気通路を各気筒に吸入空気を導入する分岐吸気通路に分岐し、各気筒の分岐吸気通路にそれぞれ吸入空気量を調整する吸気絞り弁を備えた内燃機関の吸入空気量検出装置において、
    前記各気筒の分岐吸気通路のうちの特定気筒の分岐吸気通路に配置されて前記吸気絞り弁の下流側の吸気圧力を検出する吸気圧力センサと、
    前記主吸気通路に配置されて吸入空気量を検出する吸入空気量センサと、
    内燃機関の定常運転時に前記吸入空気量センサで各気筒の吸入空気量を検出する定常時吸入空気量検出手段と、
    内燃機関の定常運転時に前記吸入空気量センサで検出した各気筒の吸入空気量に基づいて各気筒の吸気圧力ばらつきの情報を検出する吸気圧力ばらつき検出手段と、
    内燃機関の過渡運転時に、前記吸気絞り弁の開度と直前の定常運転時に前記吸気圧力センサで検出した吸気圧力とに基づいて前記吸気絞り弁の下流側の吸気圧力を推定し、推定した吸気圧力と前記吸気圧力ばらつきの情報とに基づいて各気筒の吸入空気量を算出する過渡時吸入空気量検出手段と
    を備えていることを特徴とする内燃機関の吸入空気量検出装置。
  2. 内燃機関の定常運転時に前記吸気圧力センサで検出した吸気圧力と前記吸気圧力ばらつきの情報とに基づいて各気筒の吸気圧力を推定する気筒別吸気圧力推定手段を備え、
    前記過渡時吸入空気量検出手段は、内燃機関の過渡運転時に前記吸気絞り弁の下流側の吸気圧力を推定する際に、直前の定常運転時に前記気筒別吸気圧力推定手段で推定した吸気圧力を初期値として用いることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の吸入空気量検出装置。
  3. 前記吸気圧力ばらつき検出手段は、内燃機関の定常運転時に前記吸入空気量センサで検出した前記特定気筒の吸入空気量と他の気筒の吸入空気量とを比較して前記吸気圧力ばらつきの情報を算出し、
    前記気筒別吸気圧力推定手段は、内燃機関の定常運転時に前記吸気圧力センサで検出した前記特定気筒の所定期間における吸気圧力の平均値を前記吸気圧力ばらつきの情報で補正して各気筒の所定期間における吸気圧力の平均値を算出することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の吸入空気量検出装置。
  4. アクセル操作量に基づいて前記吸気絞り弁の目標開度を算出し、前記吸気絞り弁の実開度を目標開度に一致させるように前記吸気絞り弁を制御する手段を備え、
    前記過渡時吸入空気量検出手段は、内燃機関の過渡運転時に物理モデルを用いて前記吸気絞り弁の目標開度に基づいて前記吸気絞り弁の下流側の吸気圧力を予測し、予測した吸気圧力と前記吸気圧力ばらつきの情報とに基づいて各気筒の吸入空気量を算出することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の内燃機関の吸入空気量検出装置。
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