JP4760604B2 - Apparatus and method for estimating intake air amount of internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関のシリンダ内への吸入空気量を推定する吸入空気量推定装置及び方法に関し、特に可変バルブタイミング機構が設けられた内燃機関においてバルブタイミングの変更に応じてシリンダ内への吸入空気量を推定する、内燃機関の吸入空気量推定装置及び方法に関する。 The present invention relates to an intake air amount estimation apparatus and method for estimating an intake air amount into a cylinder of an internal combustion engine, and more particularly, to an intake into a cylinder according to a change in valve timing in an internal combustion engine provided with a variable valve timing mechanism. The present invention relates to an intake air amount estimation apparatus and method for an internal combustion engine that estimates an air amount.
内燃機関（以下、エンジンとも言う）において、例えば燃料噴射量を制御するには、その時点のシリンダへの吸入空気量を把握することが必要である。しかし、シリンダへの吸入空気量自体を直接測定することは困難である。このため、通常、エンジンの吸気通路のスロットル上流にエアフローセンサを装備し、このエアフローセンサでスロットルを通過した空気流量を測定し、この測定結果に基づいてシリンダ内に吸入された空気量を推定演算している。 In an internal combustion engine (hereinafter also referred to as an engine), for example, in order to control the fuel injection amount, it is necessary to grasp the intake air amount into the cylinder at that time. However, it is difficult to directly measure the intake air amount itself into the cylinder. For this reason, an airflow sensor is usually installed upstream of the throttle in the intake passage of the engine, the airflow sensor passes through the throttle, and the airflow taken into the cylinder is estimated and calculated based on the measurement result. is doing.
例えば、４気筒エンジンを例に図７を用いて説明すると、図７（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７（ｂ）に示すように、スロットル下流容積部（スロットルＴから各気筒＃１〜＃４の吸気ポートまでの空間）ＳはＱｓ（ｎ−１）の空気で満たされるものとし、第２気筒容積はＱｃ（ｎ−１）の空気で満たされるものとし、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。 For example, a four-cylinder engine will be described with reference to FIG. Is the exhaust stroke, the third cylinder # 3 is the expansion stroke, and the fourth cylinder # 4 is the compression stroke), and air of Qin (n-1) passes through the throttle T. Thereafter, when the second cylinder # 2 finishes the intake stroke, as shown in FIG. 7B, the throttle downstream volume portion (the space from the throttle T to the intake ports of the cylinders # 1 to # 4) S is Qs. It is assumed that the air is filled with (n-1) air, and the second cylinder volume is filled with Qc (n-1) air. At this time, the air Qs in the throttle downstream volume S and the air in the second cylinder volume Qc is the same density.
次に、図７（ｃ）に示すように、第ｎ行程において、第１気筒♯１が吸気行程（このとき、第２気筒♯２は圧縮行程、第３気筒♯３は排気行程、第４気筒♯４は膨張行程）となり、スロットルＴをＱｉｎ（ｎ）の空気が通過するものと考える。この後、第１気筒♯１が吸気行程を終了すると、図７（ｄ）に示すように、スロットル下流容積部ＳはＱｓ（ｎ）の空気で満たされるものとし、第１気筒容積はＱｃ（ｎ）の空気で満たされるものとし、スロットル下流容積部Ｓの空気と第１気筒容積の空気とは同密度であるものとする。 Next, as shown in FIG. 7C, in the n-th stroke, the first cylinder # 1 is in the intake stroke (at this time, the second cylinder # 2 is in the compression stroke, the third cylinder # 3 is in the exhaust stroke, It is considered that cylinder # 4 is in the expansion stroke) and Qin (n) air passes through the throttle T. Thereafter, when the first cylinder # 1 finishes the intake stroke, as shown in FIG. 7D, the throttle downstream volume portion S is filled with air of Qs (n), and the first cylinder volume is Qc ( It is assumed that the air in the throttle downstream volume S and the air in the first cylinder volume have the same density.
以上の仮定のもと、スロットル下流容積部Ｓの容積をＶｓ、各シリンダ容積（吸気閉弁時の各シリンダ容積）をＶｃとすると、容積比を考えることにより、第ｎ−１行程において次式（１ａ）が、第ｎ行程において次式（１ｂ）がそれぞれ成立する。 Based on the above assumptions, assuming that the volume of the throttle downstream volume S is Vs and each cylinder volume (each cylinder volume when the intake valve is closed) is Vc, the following equation is obtained in the (n-1) th stroke by considering the volume ratio. As for (1a), the following formulas (1b) are respectively established in the n-th stroke.
一方、第ｎ−１行程終了時にスロットル下流容積Ｖｓを満たしていた空気量Ｑｓ（ｎ−１）と第ｎ行程中にスロットルＴを通過した空気量Ｑｉｎ（ｎ）との和は、第ｎ行程終了時にスロットル下流容積Ｖｓを満たしていた空気量Ｑｓ（ｎ−１）とシリンダ容積Ｖｃを満たしていたＱｃ（ｎ）との和である。よって、次式（２）が成立する。 On the other hand, the sum of the air amount Qs (n−1) that satisfies the throttle downstream volume Vs at the end of the n−1 stroke and the air amount Qin (n) that passes through the throttle T during the nth stroke is the nth stroke. This is the sum of the air amount Qs (n−1) that satisfies the throttle downstream volume Vs at the end and Qc (n) that satisfies the cylinder volume Vc. Therefore, the following equation (2) is established.
ここで、式（１ａ）と式（１ｂ）とを式（２）に代入し、左辺のＱｃ（ｎ）について整理すると、次式（３）が成立する。 Here, when Expression (1a) and Expression (1b) are substituted into Expression (2) and rearranged with respect to Qc (n) on the left side, the following Expression (3) is established.
上記の式（３）は、KをＣＣＡ（Cylinder Charged Air）フィルタ定数とする１次フィルタ演算式である。この式（３）によって、直前の第ｎ−１行程においてシリンダ容積Ｖｃを満たしていた空気量Ｑｃ（ｎ−１）とこのときスロットルＴを通過する空気量Ｑｉｎ（ｎ）とから、第ｎ行程においてシリンダ容積Ｖｃを満たしている空気量Ｑｃ（ｎ）、即ち、その時点のシリンダ吸入空気量を求めることができる。 The above expression (3) is a first-order filter arithmetic expression in which K is a CCA (Cylinder Charged Air) filter constant. From this equation (3), from the air amount Qc (n−1) that has satisfied the cylinder volume Vc in the immediately preceding n−1 stroke and the air amount Qin (n) that passes through the throttle T at this time, the nth stroke. , The air amount Qc (n) satisfying the cylinder volume Vc, that is, the cylinder intake air amount at that time can be obtained.
ところで、近年、運転状態に応じて最適なバルブ特性を達成するために可変動弁機構が種々開発され実用化されている。バルブ特性としては、バルブタイミング、バルブ開期間（カム作用期間）、バルブリフト量（カムリフト量）等がある。
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）。
By the way, in recent years, various variable valve mechanisms have been developed and put into practical use in order to achieve optimum valve characteristics according to operating conditions. The valve characteristics include valve timing, valve opening period (cam operation period), valve lift amount (cam lift amount), and the like.
In an internal combustion engine equipped with such a variable valve mechanism, a technique for obtaining an intake air amount has also been proposed (see Patent Document 1).
特許文献１は、スロットルバルブを閉から開に駆動する加速状態のような過渡時において、エアフローメータの計測値を実際の機関吸入空気量に修正するため、エアフローメータ計測値を鈍化する処理として、いわゆる「なまし」を行う技術に関するものである。つまり、この技術は、「なまし」を行う際使用するなまし率を、バルブタイミング変位量に基づく体積効率、あるいは、バルブタイミング変位量に加えてスロットル開度、機関回転速度にも基づく体積効率に応じて変化させる。通常、なまし率は、機関の型式に応じた一定値を採用するが、可変動弁機構を備えた内燃機関の場合、一定のなまし率を用いると機関吸入空気量を正確に算出することができない。これに対し、特許文献１によれば、なまし率をバルブタイミング等に応じて変化させるため、機関吸入空気量を正確に検出することができるとされている。 Patent Document 1 discloses a process of slowing down an air flow meter measurement value in order to correct the measurement value of the air flow meter to an actual engine intake air amount in a transient state such as an acceleration state in which the throttle valve is driven from closed to open. The present invention relates to a technique for performing so-called “annealing”. In other words, this technology uses volume efficiency based on the valve timing displacement amount as well as volume efficiency based on the throttle opening and engine speed in addition to the valve timing displacement amount. It changes according to. Normally, a constant value corresponding to the engine type is adopted as the smoothing rate. However, in the case of an internal combustion engine equipped with a variable valve mechanism, the engine intake air amount can be accurately calculated by using a constant smoothing rate. I can't. On the other hand, according to Patent Document 1, since the smoothing rate is changed in accordance with the valve timing or the like, the engine intake air amount can be accurately detected.
ところが、この特許文献１において、バルブタイミング変位量に基づく体積効率に応じてなまし率を変化させる場合は、空気量の算出精度を充分向上できない可能性がある。さらに、バルブタイミング変位量・スロットル開度・機関回転速度に基づく体積効率に応じてなまし率を変化させる場合は、演算が煩雑化する傾向がある。
ところで、上記（３）式の１次フィルタ演算式を用い、各時点においてシリンダ容積Ｖｃを満たしている空気量Ｑｃ（ｎ）を求める技術によれば、センサにより直接検知することが困難なシリンダ内の吸入空気量を精度良く推定することができ、例えば各シリンダの燃料供給量制御や点火時期制御を正確に行うことが可能になる。
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。
By the way, according to the technique for obtaining the air amount Qc (n) satisfying the cylinder volume Vc at each time point using the primary filter arithmetic expression of the above expression (3), the inside of the cylinder that is difficult to directly detect by the sensor is obtained. Therefore, for example, it is possible to accurately control the fuel supply amount and ignition timing of each cylinder.
Therefore, it is desired that the technique for estimating the intake air amount in the cylinder using the above-described primary filter arithmetic expression can be applied to an internal combustion engine having a variable valve mechanism. In this case, There are challenges.
つまり、可変動弁機構を備えた内燃機関として、例えば、バルブリフト量を連続的に変更しうる連続可変バルブリフト量エンジンや、バルブ開閉タイミングを連続的に変更しうる連続可変バルブタイミングエンジンがあるが、このようなエンジンでは、運転条件により吸気バルブの閉弁時期が変化し、吸気を行う際の有効な行程容積（吸気バルブの閉弁時期における行程容積）が変化する。このため、通常のエンジン（可変動弁機構を備えないエンジン）と同様に、上記（３）式を用いた演算を行うと、実際にシリンダ内に吸入された空気量と演算による推定空気量とが大きく異なってしまい、エンジン燃料制御や点火時期制御等を正確に行うことが困難となる。 That is, as an internal combustion engine provided with a variable valve mechanism, for example, there are a continuously variable valve lift amount engine that can continuously change the valve lift amount and a continuously variable valve timing engine that can continuously change the valve opening and closing timing. However, in such an engine, the closing timing of the intake valve changes depending on the operating conditions, and the effective stroke volume (stroke volume at the closing timing of the intake valve) during intake is changed. Therefore, as with a normal engine (an engine that does not include a variable valve mechanism), when the calculation using the above equation (3) is performed, the amount of air actually sucked into the cylinder and the estimated amount of air calculated by the calculation However, it is difficult to accurately perform engine fuel control, ignition timing control, and the like.
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、可変動弁機構を備えた内燃機関においてもシリンダ内の吸入空気量を容易に精度良く推定することができるようにした、内燃機関の吸入空気量推定装置及び方法を提供することを目的とする。 The present invention has been devised in view of such problems, and an internal combustion engine in which an intake air amount in a cylinder can be estimated easily and accurately even in an internal combustion engine having a variable valve mechanism. An object of the present invention is to provide an intake air amount estimation device and method.
上記目標を達成するため、本発明の内燃機関の吸入空気量推定装置は、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（燃焼室）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、を有し、各シリンダで順次吸気行程を実施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Ｑｉｎを計測する通過空気量計測手段（エアフローセンサ）と、前記吸気バルブの動作状態の変化に応じた前記吸気バルブ閉弁時の前記シリンダ内への吸入空気の取り込み可能な状態においてシリンダ内の実質的な有効容積の最大値である有効行程容積Ｖｃ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Ｑｉｎを、前記有効行程容積演算手段により演算された前記有効行程容積Ｖｃを用いたフィルタ演算により各吸気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である空気量Ｑｃを演算する推定吸入空気量演算手段と、を備え、前記推定吸入空気量演算手段では、前回の吸気行程ｎ−１終了時に、前記スロットルバルブから前記吸気バルブまでの空間の一定容積であるスロットル下流容積Ｖｓを満たしていた空気量Ｑｓ（ｎ−１）と現吸気行程ｎ中にスロットルを通過した前記吸入空気流量である空気量Ｑｉｎ（ｎ）との和は、現吸気行程ｎ終了時にスロットル下流容積Ｖｓを満たしていた空気量Ｑｓ（ｎ）と現吸気行程ｎの前記有効行程容積Ｖｃ（ｎ）を満たしていた前記空気量Ｑｃ（ｎ）との和であること〔Ｑｓ（ｎ−１）＋Ｑｉｎ（ｎ）＝Ｑｓ（ｎ）＋Ｑｃ（ｎ）〕、及び、前回の吸気行程ｎ−１終了時に前記スロットル下流容積Ｖｓを満たしていた空気と前記有効行程容積Ｖｃ（ｎ−１）を満たしていた空気とは同密度であり、現吸気行程ｎ終了時に前記スロットル下流容積Ｖｓを満たしていた空気と前記有効行程容積Ｖｃ（ｎ）を満たしていた空気とは同密度であるものとし、各行程ｎ−１，ｎにおける前記スロットル下流容積Ｖｓを満たしていた空気量Ｑｓ（ｎ−１），Ｑｓ（ｎ）と前記有効行程容積Ｖｃ（ｎ−１），Ｖｃ（ｎ）を満たしていた空気量Ｑｃ（ｎ−１），Ｑｃ（ｎ）との比〔Ｑｓ（ｎ−１）：Ｑｃ（ｎ−１），Ｑｓ（ｎ）：Ｑｃ（ｎ）〕は、互いの容積比〔Ｖｓ：Ｖｃ（ｎ−１），Ｖｓ：Ｖｃ（ｎ）〕と等しいこと〔Ｑｓ（ｎ−１）：Ｑｃ（ｎ−１）＝Ｖｓ：Ｖｃ（ｎ−１），Ｑｓ（ｎ）：Ｑｃ（ｎ）＝Ｖｓ：Ｖｃ（ｎ）〕を利用して、前記推定吸入空気量である空気量Ｑｃ（ｎ）を演算することを特徴としている（請求項１）。 In order to achieve the above target, an intake air amount estimation device for an internal combustion engine according to the present invention includes an intake passage, a throttle valve provided in the intake passage for controlling the intake air amount, and an intake air cylinder (combustion chamber). And a variable valve mechanism that can change the operating state of the intake valve that controls the flow to the intake air flow rate Qin that is installed in an internal combustion engine that sequentially performs the intake stroke in each cylinder and passes through the intake passage A passing air amount measuring means (air flow sensor) for measuring the intake air, and in the cylinder in a state where intake air can be taken into the cylinder when the intake valve is closed in accordance with a change in the operating state of the intake valve. such is the maximum value of the effective volume and the effective stroke volume calculating means for calculating an effective stroke volume Vc, the intake air flow rate Qin measured by the passing air quantity measuring means, the effective stroke By processing each intake stroke by the filter calculation using the computed the effective stroke volume Vc from the product calculation means, estimated intake air amount for calculating the air amount Qc is the estimated amount of intake air into the cylinder The estimated intake air amount calculation means includes air that satisfies a throttle downstream volume Vs that is a constant volume of the space from the throttle valve to the intake valve at the end of the previous intake stroke n-1. The sum of the amount Qs (n−1) and the air amount Qin (n), which is the flow rate of the intake air that has passed through the throttle during the current intake stroke n , is the air that has satisfied the throttle downstream volume Vs at the end of the current intake stroke n. it is the sum of the amount Qs (n) and the air amount Qc that meet the effective stroke volume Vc (n) of the current intake stroke n (n) [Qs (n-1) + Qin n) = Qs (n) + Qc (n) ], and the air met the previous intake stroke n-1 wherein said at the end met the throttle downstream volume Vs air effective stroke volume Vc (n-1) Are the same density, and the air that satisfies the throttle downstream volume Vs at the end of the current intake stroke n and the air that satisfies the effective stroke volume Vc (n) have the same density, and each stroke n− 1 and n, the air amounts Qs (n−1), Qs (n) satisfying the throttle downstream volume Vs and the air amount Qc (n) satisfying the effective stroke volumes Vc (n−1), Vc (n). n-1), Qc (n) ratio [Qs (n-1): Qc (n-1), Qs (n): Qc (n)] is a mutual volume ratio [Vs: Vc (n- 1), Vs: equal to the Vc (n)] [Qs (n-1): Qc (n-1 = Vs: Vc (n-1 ), Qs (n): Qc (n) = Vs: utilizing Vc (n)], to calculate the estimated intake air amount Qc is air volume (n) It is characterized (claim 1).
なお、シリンダの有効行程容積とは、吸気行程、即ち、シリンダ内への吸入空気の取り込み可能な状態において、シリンダ内の実質的な有効容積の最大値であり、基本的には、吸気弁が閉じる時のシリンダ内容積となる。ただし、吸気時の実質的なシリンダ内有効容積は、エンジン運転回転速度や吸気圧力（インマニ圧）などにも依存する。
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Ｖｃを演算することが好ましい（請求項２）。
The effective stroke volume of the cylinder is the maximum value of the effective effective volume in the cylinder in the intake stroke, that is, in a state where intake air can be taken into the cylinder. This is the cylinder volume when closed. However, the actual effective volume in the cylinder at the time of intake also depends on the engine rotation speed, intake pressure (intake manifold pressure), and the like.
And an intake valve operating state detecting means for detecting an operating state of the intake valve, and an engine speed detecting means for detecting an engine speed of the internal combustion engine, wherein the effective stroke volume calculating means comprises the intake stroke It is preferable to calculate the effective stroke volume Vc based on the closing timing of the intake valve obtained from the detection result of the valve operation state detection means and the engine rotation speed detected by the engine rotation speed detection means (claims). Item 2).
また、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Ｖｃ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が好ましい（請求項３）。
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）。
In addition, pressure detecting means for detecting the pressure in the intake passage is provided, and the effective stroke volume calculating means corrects the effective stroke volume Vc based on the pressure in the intake passage detected by the pressure detecting means. Therefore, it is preferable to output to the estimated intake air amount calculation means.
Further, the estimated intake air amount calculating means calculates the estimated intake air amount Qc (n) at the current time n, the estimated intake air amount Qc (n-1) at the previous stroke n-1, and the effective stroke volume Vc ( n-1), the intake air flow rate Qin (n) and the effective stroke volume Vc (n) at the current time n, and the throttle downstream volume Vs from the throttle valve to the intake valve, It is preferable to perform the filter operation according to A).
なお、請求項３の吸気通路内の圧力に基づき前記有効行程容積を補正する構成を前提として、請求項４の式（Ａ）によりフィルタ演算を実施する場合、例えば、前記有効行程容積を補正するための補正係数Ｋｐｉｎを吸気通路内の圧力Ｐｉｎに応じて設定し、前行程ｎ−１における吸気通路内の圧力Ｐｉｎ（ｎ−１）に基づく補正係数Ｋｐｉｎ（ｎ−１）により有効行程容積Ｖｃ（ｎ−１）を補正し、現行程ｎにおける吸気通路内の圧力Ｐｉｎ（ｎ）に基づく補正係数Ｋｐｉｎ（ｎ）により有効行程容積Ｖｃ（ｎ）を補正し、式（Ａ）において、有効行程容積Ｖｃ（ｎ−１）及びＶｃ（ｎ）に代えて、補正した前行程ｎ−１における有効行程容積Ｖｃ´（ｎ−１）及び現行程ｎにおける有効行程容積Ｖｃ´（ｎ）を用いてフィルタ演算を行うことができる。 In addition, on the premise of the configuration in which the effective stroke volume is corrected based on the pressure in the intake passage according to claim 3, when performing the filter calculation according to the formula (A) of claim 4, for example, the effective stroke volume is corrected. Is set in accordance with the pressure Pin in the intake passage, and the effective stroke volume Vc is determined by the correction coefficient Kpin (n-1) based on the pressure Pin (n-1) in the intake passage in the previous stroke n-1. (N-1) is corrected, and the effective stroke volume Vc (n) is corrected by the correction coefficient Kpin (n) based on the pressure Pin (n) in the intake passage at the current time n. Instead of the volumes Vc (n−1) and Vc (n), the corrected effective stroke volume Vc ′ (n−1) in the previous stroke n−1 and the effective stroke volume Vc ′ (n) in the current stroke n are used. Perform filter operations You can.
本発明の内燃機関の吸入空気量推定方法は、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（燃焼室）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、各シリンダで順次吸気行程を実施する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Ｑｉｎ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吸気バルブ閉弁時の前記シリンダ内への吸入空気の取り込み可能な状態においてシリンダ内の実質的な行程容積の最大値である有効行程容積Ｖｃ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Ｑｉｎを、前記有効行程容積演算ステップにより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吸気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である空気量Ｑｃを演算する推定吸入空気量演算ステップと、を備え、前記推定吸入空気量演算ステップでは、前回吸気行程ｎ−１終了時に、前記スロットルバルブから前記吸気バルブまでの空間の一定容積であるスロットル下流容積Ｖｓを満たしていた空気量Ｑｓ（ｎ−１）と現吸気行程ｎ中にスロットルを通過した前記吸入空気流量である空気量Ｑｉｎ（ｎ）との和は、現吸気行程ｎ終了時にスロットル下流容積Ｖｓを満たしていた空気量Ｑｓ（ｎ）と現吸気行程ｎの前記有効行程容積Ｖｃ（ｎ）を満たしていた空気量Ｑｃ（ｎ）との和であること〔Ｑｓ（ｎ−１）＋Ｑｉｎ（ｎ）＝Ｑｓ（ｎ）＋Ｑｃ（ｎ）〕、及び、前回の吸気行程ｎ−１終了時に前記スロットル下流容積Ｖｓを満たしていた空気と前記有効行程容積Ｖｃ（ｎ−１）を満たしていた空気とは同密度であり、現吸気行程ｎ終了時に前記スロットル下流容積Ｖｓを満たしていた空気と前記有効行程容積Ｖｃ（ｎ）を満たしていた空気とは同密度であるものとし、各行程ｎ−１，ｎにおける前記スロットル下流容積Ｖｓを満たしていた空気量Ｑｓ（ｎ−１），Ｑｓ（ｎ）と前記有効行程容積Ｖｃ（ｎ−１），Ｖｃ（ｎ）を満たしていた空気量Ｑｃ（ｎ−１），Ｑｃ（ｎ）との比〔Ｑｓ（ｎ−１）：Ｑｃ（ｎ−１），Ｑｓ（ｎ）：Ｑｃ（ｎ）〕は、互いの容積比〔Ｖｓ：Ｖｃ（ｎ−１），Ｖｓ：Ｖｃ（ｎ）〕と等しいこと〔Ｑｓ（ｎ−１）：Ｑｃ（ｎ−１）＝Ｖｓ：Ｖｃ（ｎ−１），Ｑｓ（ｎ）：Ｑｃ（ｎ）＝Ｖｓ：Ｖｃ（ｎ）〕を利用して、前記推定吸入空気量である空気量Ｑｃ（ｎ）を演算することを特徴としている（請求項５）。 An intake air amount estimation method for an internal combustion engine according to the present invention includes an intake passage, a throttle valve provided in the intake passage for controlling the intake air amount, and an intake air for controlling a flow of intake air into a cylinder (combustion chamber). And a variable valve mechanism capable of changing an operating state of a valve, and a method for estimating an intake air amount into the cylinder of an internal combustion engine that sequentially performs an intake stroke in each cylinder, and passes through the intake passage A passing air amount measuring step for measuring the intake air flow rate Qin , and a state in which the intake air can be taken into the cylinder when the intake valve is closed according to a change in the operating state of the intake valve. specific and effective swept volume computation step of computing the effective stroke volume Vc is the maximum value of the stroke volume, the intake air flow rate Qin, which is measured by the amount of air passing through the measuring step, before By processing each intake stroke by the filter calculation using the effective stroke volume calculated by the effective stroke volume calculation step, the estimated intake air for calculating the air amount Qc is the estimated amount of intake air into the cylinder An air amount satisfying a throttle downstream volume Vs that is a constant volume of the space from the throttle valve to the intake valve at the end of the previous intake stroke n−1. The sum of the amount Qs (n−1) and the air amount Qin (n), which is the flow rate of the intake air that has passed through the throttle during the current intake stroke n , is the air that has satisfied the throttle downstream volume Vs at the end of the current intake stroke n. it is the sum of the amount Qs (n) and the effective stroke volume results satisfied Vc (n) of air quantity Qc of the current intake stroke n (n) [Qs (n- ) + Qin (n) = Qs (n) + Qc (n) ], and meets the previous intake stroke n-1 wherein said at the end met the throttle downstream volume Vs air effective stroke volume Vc (n-1) It is assumed that the air having the same density as the air that has been filled, and the air that has satisfied the throttle downstream volume Vs at the end of the current intake stroke n and the air that has satisfied the effective stroke volume Vc (n) have the same density, Air satisfying the throttle downstream volume Vs in the strokes n−1 and n , air satisfying the effective stroke volumes Vc (n−1) and Vc (n), and the air volumes Qs (n−1) and Qs (n). The ratio [Qs (n-1): Qc (n-1), Qs (n): Qc (n)] to the quantity Qc (n-1), Qc (n) is the volume ratio [Vs: Vc (n-1), Vs: equal to the Vc (n)] [Qs (n-1): c (n-1) = Vs : Vc (n-1), Qs (n): Qc (n) = Vs: utilizing Vc (n)], the air amount Qc is the estimated intake air quantity (n ) Is calculated (claim 5).
本発明の内燃機関の吸入空気量推定装置（請求項１）及び方法（請求項５）によれば、吸気通路を通過する吸入空気流量を計測し、吸気バルブの動作状態の変化に応じた有効行程容積（前記吸気バルブ閉弁時の前記シリンダの行程容積）を演算する。そして、計測された吸入空気の流量を、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、シリンダ内への推定吸入空気量を演算する。このように、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可能になる。 According to the intake air amount estimation device (Claim 1) and method (Claim 5) of the internal combustion engine of the present invention, the intake air flow rate passing through the intake passage is measured and effective according to the change in the operating state of the intake valve. The stroke volume (stroke volume of the cylinder when the intake valve is closed) is calculated. Then, the estimated intake air amount into the cylinder is calculated by calculating the flow rate of the measured intake air for each stroke by a filter calculation using the calculated effective stroke volume. In this way, since the effective stroke volume that changes according to changes in the operating state of the intake valve is focused, the estimated intake air amount into the cylinder can be accurately calculated even if the operating state of the intake valve changes. become.
また、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けば、前記有効行程容積を容易に且つ精度良く演算することができる（請求項２）。
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）。
Further, the effective stroke volume can be easily and accurately determined based on the closing timing of the intake valve obtained from the detection result of the intake valve operating state detection means and the engine rotation speed detected by the engine rotation speed detection means. It is possible to calculate well (claim 2).
Further, it is possible to calculate the estimated intake air amount into the cylinder more accurately by performing the filter calculation after correcting the effective stroke volume based on the pressure in the intake passage. .
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 6 relate to the embodiment of the present invention, and will be described based on these drawings.
(Device configuration)
First, an internal combustion engine (engine) according to the present embodiment will be described.
The engine according to this embodiment is mounted on a vehicle, and an intake pipe injection (MPI) gasoline engine (here, a DOHC engine) is employed. A variable valve timing device capable of changing the opening / closing timing of the valve is attached to the valve operating system of the intake valve and the exhaust valve of the engine.
図２に示すように、エンジン１のシリンダヘッド２には、各シリンダ（気筒）３毎に点火プラグ１１が取り付けられている。この点火プラグ１１には高電圧を出力する点火コイル１２が接続されている。シリンダヘッド２には、各気筒３毎に吸気ポート５が形成されている。各吸気ポート５のシリンダ内（燃焼室）４側には、吸気バルブ１４がそれぞれ設けられている。吸気バルブ１４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１３のカム１３ａの動作に応じて開閉作動し、各吸気ポート５とシリンダ内４との連通と遮断とを行う。 As shown in FIG. 2, a spark plug 11 is attached to the cylinder head 2 of the engine 1 for each cylinder (cylinder) 3. An ignition coil 12 that outputs a high voltage is connected to the spark plug 11. An intake port 5 is formed in the cylinder head 2 for each cylinder 3. An intake valve 14 is provided on each intake port 5 in the cylinder (combustion chamber) 4 side. The intake valve 14 opens and closes according to the operation of the cam 13a of the camshaft 13 that rotates in accordance with the rotation of the crankshaft 7 (engine rotation), and communicates and blocks each intake port 5 and the inside 4 of the cylinder. .
各吸気ポート５には、吸気マニホールド（吸気通路）１５の一端がそれぞれ接続されている。吸気マニホールド１５には、吸入空気量を調節するスロットルバルブ（ここでは電磁式スロットルバルブ：ＥＴＶ）１６が設けられている。スロットルバルブ１６近傍には、スロットル開度θｔｈを検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）１７が設けられている。 One end of an intake manifold (intake passage) 15 is connected to each intake port 5. The intake manifold 15 is provided with a throttle valve (here, an electromagnetic throttle valve: ETV) 16 for adjusting the amount of intake air. A throttle position sensor (TPS) 17 for detecting the throttle opening θth is provided in the vicinity of the throttle valve 16.
また、吸気マニホールド１５のスロットルバルブ１６よりも下流部分には、吸気マニホールド１５内の圧力を検出するインマニ圧センサ（圧力検出手段）１８が設けられ備えている。
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。
An intake manifold pressure sensor (pressure detection means) 18 for detecting the pressure in the intake manifold 15 is provided at a portion downstream of the throttle valve 16 of the intake manifold 15.
Further, an intake pipe (intake passage) 19 upstream of the throttle valve 16 of the intake manifold 15 is provided with an air flow sensor (passing air amount measuring means) for measuring an intake air flow rate Qin passing through the intake manifold 15 and the intake pipe 19. ) 20 is provided. For example, a Karman vortex airflow sensor is used as the airflow sensor 20.
また、吸気マニホールド１５には、電磁式の燃料噴射弁２１が取り付けられている。この燃料噴射弁２１には、燃料パイプ２２を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続されている。
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。
An electromagnetic fuel injection valve 21 is attached to the intake manifold 15. A fuel supply device (not shown) having a fuel tank is connected to the fuel injection valve 21 via a fuel pipe 22.
The cylinder head 2 has an exhaust port 6 for each cylinder 3. An exhaust valve 24 is provided on each combustion port 4 side of each exhaust port 6. The exhaust valve 24 opens and closes in accordance with the operation of the cam 23a of the camshaft 23 that rotates in accordance with the rotation of the crankshaft 7 (engine rotation), and communicates and shuts off each exhaust port 6 and the combustion chamber 4. .
各排気ポート６には、排気マニホールド２５の一端がそれぞれ接続されている。この排気マニホールド２５の他端には、排気管２６が接続されている。この排気管２６には、排気浄化触媒装置として三元触媒２７が介装されている。
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。
One end of an exhaust manifold 25 is connected to each exhaust port 6. An exhaust pipe 26 is connected to the other end of the exhaust manifold 25. A three-way catalyst 27 is interposed in the exhaust pipe 26 as an exhaust purification catalyst device.
The cylinder head 2 is provided with a variable valve timing mechanism (variable valve mechanism) 30 that varies the opening and closing timing of the intake valve 14 and the exhaust valve 24 by operating the cams 13a and 23a to advance or retard. ing.
本実施形態の可変バルブタイミング機構３０は、吸気側と排気側とにそれぞれ設けられたベーンユニット３１や、電磁式のオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）３２等から構成されており、その構成自体は公知のものが用いられている。より詳しくは、各ベーンユニット３１は、カムシャフト１３，２４の一端にそれぞれ固定されたベーンロータ（図示せず）や、このベーンロータに一体に形成された例えば２つのベーン（図示せず）、これらベーンを収容するベーン収容室が設けられたベーンハウジング（図示せず）等を備えている。ベーンユニット３１のベーンハウジングは、例えば歯付きベルトを介して、クランク軸７に同期回転可能に接続されており、その各ベーン収容室は、各々収容されたベーンにより遅角油室と進角油室とに区分されている。そして、これら各油室は、ＯＣＶ３２を介して油ポンプ（図示せず）に接続されている。 The variable valve timing mechanism 30 of the present embodiment includes a vane unit 31 provided on each of the intake side and the exhaust side, an electromagnetic oil control valve (OCV) 32, and the like. Things are used. More specifically, each vane unit 31 includes a vane rotor (not shown) fixed to one end of each of the camshafts 13 and 24, for example, two vanes (not shown) integrally formed with the vane rotor, and these vanes. A vane housing (not shown) provided with a vane housing chamber for housing the container. The vane housing of the vane unit 31 is connected to the crankshaft 7 through, for example, a toothed belt so as to be able to rotate synchronously, and each vane storage chamber has a retarded oil chamber and an advanced oil by the stored vanes. It is divided into rooms. These oil chambers are connected to an oil pump (not shown) via the OCV 32.
可変バルブタイミング機構３０は、ＯＣＶ３２の開閉操作によりベーン収容室の各油室に対する圧油の給排が制御されることで、ベーン収容室内でベーンの位置が変化し、クランクシャフト７に対するカムシャフト１３，２３の位相角が変化するように構成されている。これにより、吸気バルブ１４や排気バルブ２４の開閉タイミングが可変制御される。
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。
The variable valve timing mechanism 30 controls the supply and discharge of pressure oil to and from each oil chamber of the vane storage chamber by opening and closing the OCV 32, so that the position of the vane changes in the vane storage chamber and the camshaft 13 with respect to the crankshaft 7. , 23 are configured to change the phase angle. Thereby, the opening / closing timing of the intake valve 14 and the exhaust valve 24 is variably controlled.
The ECU (electronic control unit) 40 includes an input / output device, a storage device (ROM, RAM, nonvolatile RAM, etc.), a central processing unit (CPU), a timer counter, and the like. The ECU 40 is provided with comprehensive control of each part of the engine 1 including various functional elements according to the intake air amount estimation device of the present embodiment.
ＥＣＵ４０の入力側には、上述したＴＰＳ１７，インマニ圧センサ１８，エアフローセンサ２０の他、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ４３や、エンジン１の加減速操作を行うアクセルペダル４４の操作量（即ちアクセル開度θａｃｃ）を検出するアクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）４５等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。なお、クランク角センサ４３からのクランク角情報に基づいてエンジン回転速度（回転数）Ｎｅが検出されるので、クランク角センサ４３は機関回転速度検出手段としても機能する。 On the input side of the ECU 40, in addition to the TPS 17, the intake manifold pressure sensor 18, and the airflow sensor 20, the operation amount of the crank angle sensor 43 that detects the crank angle of the engine 1 and the operation amount of the accelerator pedal 44 that performs acceleration / deceleration operation of the engine 1 Various sensors such as an accelerator position sensor (APS) 45 for detecting the accelerator opening θacc are connected, and detection information from these sensors is input. Since the engine rotation speed (rotation speed) Ne is detected based on the crank angle information from the crank angle sensor 43, the crank angle sensor 43 also functions as engine rotation speed detection means.
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、上述の燃料噴射弁２１，点火コイル１２，スロットルバルブ１６，可変バルブタイミング機構３０のＯＣＶ３２等の各種出力デバイスが接続されており、これら各種出力デバイスには各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量，燃料噴射時期，点火時期，吸排気バルブ開度（例えば、デューティ率）等がそれぞれ出力される。 On the other hand, the output side of the ECU 40 is connected to various output devices such as the fuel injection valve 21, the ignition coil 12, the throttle valve 16, the OCV 32 of the variable valve timing mechanism 30, and the like. The fuel injection amount, fuel injection timing, ignition timing, intake / exhaust valve opening (for example, duty factor), etc. calculated based on the detection information from the class are output.
つまり、アクセルペダル４４の操作によりアクセル開度θａｃｃが変化すると、ＡＰＳ４５からのアクセル開度情報θａｃｃに基づいてスロットルバルブ１６が適正な開度に調整される。そして、エアフローセンサ２０からの吸入空気流量情報Ｑｉｎに基づいて体積効率Ｅｖが求められ（体積効率算出手段）、この体積効率Ｅｖとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）が設定され、この目標Ａ／Ｆに応じた量の燃料が適正なタイミングで燃料噴射弁２１から噴射される。 That is, when the accelerator opening degree θacc is changed by operating the accelerator pedal 44, the throttle valve 16 is adjusted to an appropriate opening degree based on the accelerator opening degree information θacc from the APS 45. The volumetric efficiency Ev is obtained based on the intake air flow rate information Qin from the airflow sensor 20 (volumetric efficiency calculating means), and the target air-fuel ratio (target A / F) is based on the volumetric efficiency Ev and the engine rotational speed Ne. Is set, and an amount of fuel corresponding to the target A / F is injected from the fuel injection valve 21 at an appropriate timing.
さらに、体積効率Ｅｖとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて目標点火時期が設定され、この目標点火時期に応じて適正なタイミングで点火プラグ１１により火花点火が実施される。また、ＥＣＵ４０によりＯＣＶ３２が制御されて可変バルブタイミング機構３０の可変操作も行われ、これにより吸気バルブ１４や排気バルブ２４の開閉タイミングの適正化が図られ、エンジン１の出力性能の向上が図られる。 Further, a target ignition timing is set based on the volumetric efficiency Ev and the engine rotational speed Ne, and spark ignition is performed by the spark plug 11 at an appropriate timing according to the target ignition timing. In addition, the OCV 32 is controlled by the ECU 40, and the variable valve timing mechanism 30 is also variably operated, whereby the opening / closing timing of the intake valve 14 and the exhaust valve 24 is optimized, and the output performance of the engine 1 is improved. .
なお、バルブ開閉タイミングについては、基本的には、目標Ａ／Ｆや目標点火時期と同様に体積効率Ｅｖとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて設定される。このバルブ開閉タイミングは、体積効率Ｅｖやエンジン回転速度Ｎｅが高いほど開弁時期は早く閉弁時期は遅くして開弁期間が長くなるように設定され、逆に、体積効率Ｅｖやエンジン回転速度Ｎｅが低いほど開弁時期は遅く閉弁時期は早くして開弁期間が短くなるように設定される。 The valve opening / closing timing is basically set based on the volumetric efficiency Ev and the engine rotational speed Ne as in the target A / F and the target ignition timing. The valve opening / closing timing is set such that the higher the volumetric efficiency Ev and the engine rotational speed Ne, the earlier the valve opening timing is, and the valve closing timing is delayed and the valve opening period is longer. Conversely, the volumetric efficiency Ev and engine rotational speed are increased. The lower the Ne, the later the valve opening timing is set, and the valve closing timing is set earlier so that the valve opening period is shortened.
（吸入空気量の推定）
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。
(Intake air volume estimation)
Here, attention is paid to various functional elements of the intake air amount estimation device.
The ECU 40 includes an effective stroke volume calculating means 41 for calculating an effective stroke volume of the cylinder (also referred to as an effective cylinder volume) and an estimated intake air amount calculating means 42 for calculating an estimated intake air amount into the cylinder. Yes. The intake air amount estimating device includes an effective stroke volume calculating unit 41, an estimated intake air amount calculating unit 42, an intake valve operating state detecting unit 41c for detecting input information to the calculating units 41, 42, a crank angle sensor. (Engine rotation speed detection means) 43 and intake manifold pressure sensor 18.
なお、シリンダの有効行程容積とは、吸気行程、即ち、シリンダ内への吸入空気の取り込み可能な状態において、シリンダ内の実質的な有効容積の最大値であり、基本的には、吸気弁が閉じる時のシリンダ内容積となるが、吸気時の実質的なシリンダ内有効容積は、エンジン回転速度Ｎｅにも依存する他、吸気圧力（インマニ圧）などにも依存する。
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。
The effective stroke volume of the cylinder is the maximum value of the effective effective volume in the cylinder in the intake stroke, that is, in a state where intake air can be taken into the cylinder. The cylinder internal volume at the time of closing is determined, but the effective cylinder internal volume at the time of intake depends not only on the engine speed Ne but also on the intake pressure (in manifold pressure) and the like.
The effective stroke volume calculating means 41 calculates the effective cylinder volume Vc from the intake valve closing timing and the engine speed Ne, and the effective cylinder volume Vc calculated by the effective stroke volume calculating unit 41a. A correction unit 41b that corrects with a correction coefficient Kpin corresponding to the intake pressure (in manifold pressure) Pin, and outputs an effective cylinder volume Vc ′ corrected by the correction unit 41b.
有効行程容積算出部４１ａは、図３に示すようなマップに基づいて、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。つまり、吸気バルブ閉弁時期が遅角側であるほど有効シリンダ容積Ｖｃを大きく、吸気バルブ閉弁時期が進角側であるほど有効シリンダ容積Ｖｃを小さく、エンジン回転速度Ｎｅが低いほど有効シリンダ容積Ｖｃを大きく、エンジン回転速度Ｎｅが高いほど有効シリンダ容積Ｖｃを小さく設定する。 The effective stroke volume calculation unit 41a calculates an effective cylinder volume Vc from the intake valve closing timing and the engine speed Ne based on a map as shown in FIG. That is, the effective cylinder volume Vc is increased as the intake valve closing timing is retarded, the effective cylinder volume Vc is decreased as the intake valve closing timing is advanced, and the effective cylinder volume is decreased as the engine rotational speed Ne is decreased. As Vc is increased and the engine speed Ne is higher, the effective cylinder volume Vc is set smaller.
なお、吸気バルブ閉弁時期は、可変バルブタイミング機構３０の制御にかかるバルブ開閉タイミングの目標値から取得し（この機能要素を、吸気バルブ動作状態検出手段４１ｃとする）、エンジン回転速度Ｎｅは、クランク角センサ４３のクランク角情報に基づいた算出値として得られる。
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。
The intake valve closing timing is acquired from the target value of the valve opening / closing timing for control of the variable valve timing mechanism 30 (this functional element is referred to as the intake valve operating state detecting means 41c), and the engine rotational speed Ne is Obtained as a calculated value based on the crank angle information of the crank angle sensor 43.
The variable valve timing mechanism is equipped with a sensor that detects the value representative of the actual timing (cam phase angle) in order to feedback control the valve timing to the target value. Calculate the timing and use it to calculate the effective stroke volume. In the case of a cam switching type valve timing mechanism, the valve opening / closing timing with respect to the current cam is calculated from the operating state of an actuator (electric type, hydraulic type) that performs cam switching, and used for calculating the effective stroke volume.
補正部４１ｂでは、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、有効行程容積算出部４１ａで算出された有効シリンダ容積Ｖｃにこの補正係数Ｋｐｉｎを乗算することにより有効シリンダ容積の値を補正する。なお、このインマニ圧Ｐｉｎに応じた補正（補正部４１ｂで実行される補正）は、吸入空気量の推定精度を高める上で有効であるが、要求される推定精度に応じて省略することもできる。 The correction unit 41b obtains the intake manifold pressure correction coefficient Kpin from the intake manifold pressure Pin detected by the intake manifold pressure sensor 18 based on a map as shown in FIG. 4, and the effective cylinder volume calculated by the effective stroke volume calculation unit 41a. The effective cylinder volume value is corrected by multiplying Vc by this correction coefficient Kpin. The correction according to the intake manifold pressure Pin (correction performed by the correction unit 41b) is effective in increasing the estimation accuracy of the intake air amount, but may be omitted depending on the required estimation accuracy. .
推定吸入空気量演算手段４２では、有効行程容積演算手段４１により算出された有効シリンダ容積Ｖｃ又はＶｃ´と、エアフローセンサ２０により計測された吸入空気流量（スロットルを通過した空気量）Ｑｉｎとに基づいて推定吸入空気量Ｑｃを演算する。
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。
The estimated intake air amount calculating means 42 is based on the effective cylinder volume Vc or Vc ′ calculated by the effective stroke volume calculating means 41 and the intake air flow rate (the amount of air passing through the throttle) Qin measured by the air flow sensor 20. To calculate the estimated intake air amount Qc.
The calculation of the estimated intake air amount by the estimated intake air amount calculating means 42 will be further described.
ここでは、４気筒エンジンを例に図１を用いて説明するが、各行程でのシリンダ容積に関する点を除いて図７を用いて説明したものと同様な手法を用いる。
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。
Here, a four-cylinder engine will be described as an example with reference to FIG. 1, but the same method as that described with reference to FIG. 7 is used except for the cylinder volume in each stroke.
As shown in FIG. 1A, in the (n-1) th stroke, the second cylinder # 2 is in the intake stroke (at this time, the first cylinder # 1 is in the exhaust stroke, the third cylinder # 3 is in the expansion stroke, and the fourth cylinder). # 4 is the compression stroke), and Qin (n-1) air passes through the throttle T. Thereafter, when the second cylinder # 2 finishes the intake stroke, as shown in FIG. 1 (b), the throttle downstream volume (the space from the throttle to the intake port of each cylinder) S is Qs (n-1). The second cylinder volume is filled with air, and the air Qs in the throttle downstream volume S and the air Qc in the second cylinder volume at this time have the same density. .
次に、図１（ｃ）に示すように、第ｎ行程において、第１気筒♯１が吸気行程（このとき、第２気筒♯２は圧縮行程、第３気筒♯３は排気行程、第４気筒♯４は膨張行程）となり、スロットルをＱｉｎ（ｎ）の空気が通過するものと考える。この後、第１気筒♯１が吸気行程を終了すると、図１（ｄ）に示すように、スロットル下流容積部（上述と同様）ＳはＱｓ（ｎ）の空気で満たされ、第１気筒容積はＱｃ（ｎ）の空気で満たされ、スロットル下流容積部Ｓの空気と第１気筒容積の空気とは同密度であるものとする。 Next, as shown in FIG. 1C, in the n-th stroke, the first cylinder # 1 is in the intake stroke (at this time, the second cylinder # 2 is in the compression stroke, the third cylinder # 3 is in the exhaust stroke, It is assumed that cylinder # 4 is in the expansion stroke) and air of Qin (n) passes through the throttle. Thereafter, when the first cylinder # 1 finishes the intake stroke, the throttle downstream volume portion (same as described above) S is filled with air of Qs (n) as shown in FIG. Is filled with air of Qc (n), and the air in the throttle downstream volume S and the air in the first cylinder volume have the same density.
ここで、スロットル下流容積部Ｓの容積については一定値Ｖｓとするが、各行程におけるシリンダ容積（吸気閉弁時のシリンダ容積：有効シリンダ容積）については各行程毎に設定する可変値Ｖｃ（ｎ）とする。なお、この可変値である有効シリンダ容積Ｖｃ（ｎ）は、有効行程容積演算手段４１において各行程毎に演算された値である。ここでは、有効行程容積算出部４１ａにおいて算出された有効シリンダ容積値Ｖｃ（ｎ）を例に説明する。 Here, the volume of the throttle downstream volume portion S is set to a constant value Vs, but the cylinder volume in each stroke (cylinder volume when the intake valve is closed: effective cylinder volume) is a variable value Vc (n set for each stroke). ). The effective cylinder volume Vc (n), which is a variable value, is a value calculated for each stroke by the effective stroke volume calculating means 41. Here, the effective cylinder volume value Vc (n) calculated by the effective stroke volume calculation unit 41a will be described as an example.
この場合、第ｎ−１行程において次式（４ａ）が、第ｎ行程において次式（４ｂ）がそれぞれ成立する。 In this case, the following equation (4a) is established in the n−1 stroke, and the following equation (4b) is established in the nth stroke.
ここで、第ｎ−１行程終了時にスロットル下流容積Ｖｓを満たしていた空気量Ｑｓ（ｎ−１）とｎ行程中にスロットルを通過した空気量Ｑｉｎ（ｎ）との和は、第ｎ行程終了時にスロットル下流容積Ｖｓを満たしていた空気量Ｑｓ（ｎ）とシリンダ容積Ｖｃ（ｎ）を満たしていた空気量Ｑｃ（ｎ）との和である。よって、次式（５）が成立する。 Here, the sum of the air amount Qs (n−1) that has satisfied the throttle downstream volume Vs at the end of the n−1 stroke and the air amount Qin (n) that has passed through the throttle during the n stroke is the end of the nth stroke. It is the sum of the air amount Qs ( n ) that sometimes satisfies the throttle downstream volume Vs and the air amount Qc (n) that satisfies the cylinder volume Vc (n). Therefore, the following expression (5) is established.
ここで、式（４ａ）と式（４ｂ）とを式（５）に代入すると、次式（６）が成立する。 Here, when Expression (4a) and Expression (4b) are substituted into Expression (5), the following Expression (6) is established.
本実施形態の場合、有効行程容積算出部４１ａにおいて算出された有効シリンダ容積Ｖｃ（ｎ）に、補正部４１ｂによりインマニ圧Ｐｉｎに応じた補正が施されるため、上記有効シリンダ容積Ｖｃ（ｎ−１），Ｖｃ（ｎ）を、補正された有効シリンダ容積Ｖｃ´（ｎ−１），Ｖｃ´（ｎ）に置き換えると、上式（６）は次式（７）となる。 In the case of the present embodiment, the effective cylinder volume Vc (n) calculated by the effective stroke volume calculating unit 41a is corrected by the correcting unit 41b according to the intake manifold pressure Pin, so that the effective cylinder volume Vc (n− When 1) and Vc (n) are replaced with the corrected effective cylinder volumes Vc ′ (n−1) and Vc ′ (n), the above equation (6) becomes the following equation (7).
上記の式（６），（７）は、フィルタ演算式（フィルタ定数が可変の１次フィルタ演算式）であり、この式（６）又は（７）によって、直前のｎ−１行程におけるシリンダ容積［Ｖｃ（ｎ−１）又はＶｃ´（ｎ−１）］及びシリンダ容積［Ｖｃ（ｎ−１）又はＶｃ´（ｎ−１）］を満たしていた空気量Ｑｃ（ｎ−１）と、ｎ行程におけるシリンダ容積［Ｖｃ（ｎ）又はＶｃ´（ｎ）］及びスロットルを通過する空気量Ｑｉｎ（ｎ）とから、ｎ行程においてシリンダ容積［Ｖｃ（ｎ）又はＶｃ´（ｎ）］を満たしている空気量Ｑｃ（ｎ）、即ち、その時点の推定シリンダ吸入空気量を求めることができる。 The above formulas (6) and (7) are filter calculation formulas (primary filter calculation formulas with variable filter constants). By this formula (6) or (7), the cylinder volume in the immediately preceding n-1 stroke is calculated. The amount of air Qc (n-1) that satisfies [Vc (n-1) or Vc '(n-1)] and the cylinder volume [Vc (n-1) or Vc' (n-1)], and n From the cylinder volume [Vc (n) or Vc ′ (n)] in the stroke and the air amount Qin (n) passing through the throttle, the cylinder volume [Vc (n) or Vc ′ (n)] is satisfied in the n stroke. The amount of air Qc (n), that is, the estimated cylinder intake air amount at that time can be obtained.
なお、一般にスロットルからエアフローセンサまでは、距離が短く、また十分な大きさの断面積の通路で接続されているので、スロットル上流とエアフローセンサ部の圧力は等しくなっている。このため、スロットル上流とエアフローセンサ部との間の吸入空気の時間遅れは非常に小さい。したがって、エアフローセンサ部を通過した吸入空気流量Ｑｉｎの測定値を、スロットルを通過した空気量とすることができる。 In general, since the distance from the throttle to the air flow sensor is short and connected by a sufficiently large passage, the pressure upstream of the throttle and the pressure of the air flow sensor are equal. For this reason, the time delay of the intake air between the throttle upstream and the air flow sensor unit is very small. Therefore, the measured value of the intake air flow rate Qin that has passed through the air flow sensor unit can be the amount of air that has passed through the throttle.
（作用，効果）
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。
(Action, effect)
Since the intake air amount estimation device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention is configured as described above, for example, as shown in FIG. 5, the intake air amount estimation (calculation of the estimated intake air amount) is performed. Is called. This flowchart is performed for the intake stroke of each cylinder, and one cycle (period period corresponding to the crank angle) from the start of the intake stroke (opening of the intake valve) to the end of the intake stroke (closing of the intake valve). Is not a time period). Of course, the information acquisition cycle (time period) of the airflow sensor 20 and the like for the main estimation calculation is set to be sufficiently shorter than one cycle of the main estimation calculation.
図５に示すように、まず、エアフローセンサの出力値からスロットルバルブを通過する吸入空気流量Ｑｉｎ（ｎ）を算出する（ステップＳ１０）。この吸入空気流量Ｑｉｎ（ｎ）は、該当するシリンダの吸気工程中のエアフローセンサの出力値の時間積分値に応じたものとして算出される。
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）。
As shown in FIG. 5, first, the intake air flow rate Qin (n) passing through the throttle valve is calculated from the output value of the air flow sensor (step S10). This intake air flow rate Qin (n) is calculated according to the time integral value of the output value of the air flow sensor during the intake process of the corresponding cylinder.
Next, in the effective stroke volume calculating unit 41a of the effective stroke volume calculating means 41, the effective stroke volume Vc (n) based on the map shown in FIG. 3 from the closing timing of the intake valve of the corresponding cylinder and the engine speed Ne. ) Is calculated (step S20). Further, the correction unit 41b of the effective stroke volume calculating means 41 obtains the intake manifold pressure correction coefficient Kpin from the intake manifold pressure Pin detected by the intake manifold pressure sensor 18 based on the map as shown in FIG. By multiplying (n) by this correction coefficient Kpin, the value of the effective stroke volume is corrected to obtain a corrected effective stroke volume Vc ′ (n) (step S30).
次に、推定吸入空気量演算手段４２において、前回の推定吸入空気量Ｑｃ（ｎ−１)と、今回の吸入空気量Ｑｉｎ（ｎ）と、前回の有効行程容積Ｖｃ´（ｎ−１）と、今回の有効行程容積Ｖｃ´（ｎ）とから、式（７）を用いて、今回の推定吸入空気量Ｑｃ（ｎ）を算出する（ステップＳ４０）。
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。
Next, in the estimated intake air amount calculation means 42, the previous estimated intake air amount Qc (n−1), the current intake air amount Qin (n), and the previous effective stroke volume Vc ′ (n−1) Then, the current estimated intake air amount Qc (n) is calculated from the current effective stroke volume Vc ′ (n) using the equation (7) (step S40).
In this way, the estimated intake air amount into the cylinder is calculated by paying attention to the effective stroke volume that changes according to the change in the operating state of the intake valve. The estimated intake air amount can be accurately calculated.
特に、吸気バルブの閉弁時期とエンジン回転速度とに基づき有効行程容積Ｖｃを演算することにより、容易に且つ精度よく有効行程容積を演算することができるうえ、この算出した有効行程容積を吸気通路内の圧力に基づき補正するので、より精度の高い有効行程容積Ｖｃ´を得ることができ、この補正した値をシリンダ内への推定吸入空気量Ｑｃの演算に用いることにより、推定吸入空気量をより正確に演算することが可能になる。 In particular, by calculating the effective stroke volume Vc based on the closing timing of the intake valve and the engine speed, the effective stroke volume can be calculated easily and accurately, and the calculated effective stroke volume can be used as the intake passage. Therefore, the effective stroke volume Vc ′ can be obtained with higher accuracy. By using this corrected value for the calculation of the estimated intake air amount Qc into the cylinder, the estimated intake air amount can be reduced. It becomes possible to calculate more accurately.
図６はこのような本発明の効果を示す試験データであるが、図６（ａ）は吸気バルブの動作状態が変化する場合（ここでは、吸気バルブの閉鎖時期が一定期間だけ遅くなる場合）を示し、図６（ｂ）は吸気バルブの動作状態が変化しない場合を示す。なお、図中、菱形印はスロットル通過空気量（ロットルバルブを通過する吸入空気流量）Ｑｉｎを示し、三角印は実シリンダ吸入空気量Ｑｃｒを示し、四角印は本実施形態の演算［前記の式（７）による演算］による推定シリンダ吸入空気量Ｑｃを示し、丸印は従来の演算［前記の式（３）による演算］による推定シリンダ吸入空気量Ｑｃを示す。 FIG. 6 shows test data showing the effect of the present invention. FIG. 6A shows a case where the operating state of the intake valve changes (here, the case where the closing timing of the intake valve is delayed by a certain period). FIG. 6B shows a case where the operating state of the intake valve does not change. In the figure, the rhombus marks indicate the throttle passage air amount (intake air flow rate passing through the rottle valve) Qin, the triangle marks indicate the actual cylinder intake air amount Qcr, and the square marks indicate the calculation [the above formula The estimated cylinder intake air amount Qc by [calculation by (7)] is shown, and the circle indicates the estimated cylinder intake air amount Qc by the conventional calculation [calculation by the above formula (3)].
図６（ｂ）に示すように、吸気バルブの動作状態が変化しない場合には、有効行程容積Ｖｃは固定となり、従来の演算（前記の式（３）参照）によっても十分に精度よく推定吸入空気量を得られる（丸印が三角印に重なっている）が、吸気バルブの閉鎖時期が変化する過渡時には、従来の演算（前記の式（３）参照）による推定シリンダ吸入空気量Ｑｃ（丸印）は、黒三角印の実シリンダ吸入空気量Ｑｃｒと大きく異なってしまう。しかし、本実施形態の演算［前記の式（７）による演算］にれば、かかる過渡時にも、十分に精度よく推定吸入空気量を得られる（四角印が三角印に重なっている）ことがわかる。 As shown in FIG. 6 (b), when the operating state of the intake valve does not change, the effective stroke volume Vc is fixed, and the estimated intake is sufficiently accurate even by the conventional calculation (see the above formula (3)). Although the air amount can be obtained (the circle mark overlaps the triangle mark), at the time of transition in which the intake valve closing timing changes, the estimated cylinder intake air amount Qc (circle Mark) is significantly different from the actual cylinder intake air amount Qcr indicated by the black triangle mark. However, according to the calculation of the present embodiment [calculation by the above formula (7)], it is possible to obtain the estimated intake air amount with sufficient accuracy even during such a transition (the square mark overlaps the triangle mark). Recognize.
このように、本推定装置又は本推定方法によれば、推定吸入空気量を精度よく演算することができるため、燃料制御や点火時期制御等の各種エンジン制御を適切に行うことが可能になる。
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。
As described above, according to the estimation apparatus or the estimation method, the estimated intake air amount can be calculated with high accuracy, so that various engine controls such as fuel control and ignition timing control can be appropriately performed.
Of course, when this estimated intake air amount is used for fuel control or the like, it is effective to appropriately convert the estimated intake air mass into an estimated intake air mass in consideration of the temperature.
（その他）
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。
(Other)
The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the above-described embodiments can be appropriately modified and implemented without departing from the spirit of the present invention. .
For example, in the above embodiment, the vane type variable valve timing mechanism is employed as the variable valve mechanism, but the present invention is not limited to this, and the variable valve timing mechanism may be of any type, such as a cam switching type variable valve mechanism. Even with a timing mechanism, the present application can be applied satisfactorily.
また、可変動弁機構として、バルブ開閉タイミングを変更する機構ではなく、バルブリフト量を変更する機構でもよい。この場合、吸気バルブの閉鎖タイミングは同じであっても、図３中に付記するように、バルブリフト量が大きいほど有効行程容積Ｖｃは大きくなり、逆にバルブリフト量が小さいほど有効行程容積Ｖｃは小さくなる。
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。
The variable valve mechanism may be a mechanism that changes the valve lift amount instead of a mechanism that changes the valve opening / closing timing. In this case, even when the closing timing of the intake valve is the same, as will be noted in FIG. 3, the effective stroke volume Vc increases as the valve lift amount increases, and conversely, the effective stroke volume Vc decreases as the valve lift amount decreases. Becomes smaller.
This variable valve lift amount changing mechanism is also provided with a sensor that detects a value (control shaft control angle) representative of the actual lift amount in order to perform F / B control of the valve lift amount to the target value. The valve opening / closing timing is calculated from the output of the valve and used to calculate the effective stroke volume.
また、上記のように、エアフローセンサ部を通過した吸入空気流量Ｑｉｎの測定値を、スロットルを通過した空気量とすることができるが、エアフローセンサ２０とスロットルバルブ１６との位置関係に応じた時間差を考慮した値を用いることも考えられる。
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。
In addition, as described above, the measured value of the intake air flow rate Qin that has passed through the air flow sensor unit can be the amount of air that has passed through the throttle, but the time difference corresponding to the positional relationship between the air flow sensor 20 and the throttle valve 16 It is also possible to use a value that takes into account.
In the above embodiment, the effective stroke volume is corrected according to the pressure in the intake passage. However, the intake manifold pressure sensor 18 and the estimation correction unit 41b are omitted, and the correction is omitted, and the effective stroke volume is reduced. It may be possible to prioritize cost over accuracy. Of course, also in this case, the effective stroke volume can be calculated with a certain degree of accuracy. Similarly, it is also conceivable to calculate the effective stroke volume Vc according to only the closing timing of the intake valve without considering the engine speed. Further, correction according to the intake manifold pressure may be added to the effective stroke volume Vc only in accordance with the closing timing of the intake valve.
また、本発明は、４気筒エンジンに限定されず、気筒数の異なる他のエンジンにも適用しうるのはもちろんである。
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。
Of course, the present invention is not limited to a four-cylinder engine, and can be applied to other engines having different numbers of cylinders.
Moreover, although the example which employ | adopted the MPI engine as the engine 1 was shown in the said embodiment, it is not restricted to this, The engine 1 may be an engine of other systems, such as a cylinder injection type engine, for example.
１ エンジン（内燃機関）
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）
1 engine (internal combustion engine)
2 Cylinder head 3 Cylinder
4 In the cylinder (combustion chamber)
5 Intake port 14 Intake valve 15 Intake manifold (intake passage)
16 Throttle valve (ETV)
17 Throttle position sensor (TPS)
18 In-manifold pressure sensor (pressure detection means)
19 Intake pipe (intake passage)
20 Air flow sensor (Measuring means for passing air amount)
30 Variable valve timing mechanism (Variable valve mechanism)
32 Oil control valve (OCV)
40 ECU (Electronic Control Unit)
41 Effective stroke volume calculating means 41a Effective stroke volume calculating section 41b Correction section 41c Intake valve operating state detecting means 42 Estimated intake air amount calculating means 43 Crank angle sensor (engine speed detecting means)
Claims (5)
前記吸気通路を通過する吸入空気流量（Ｑｉｎ）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内への吸入空気の取り込み可能な状態においてシリンダ内の実質的な有効容積の最大値である有効行程容積（Ｖｃ）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（Ｑｉｎ）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（Ｖｃ）を用いたフィルタ演算により各吸気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である空気量（Ｑｃ）を演算する推定吸入空気量演算手段と、を備え、
前記推定吸入空気量演算手段では、
前回の吸気行程（ｎ−１）終了時に、前記スロットルバルブから前記吸気バルブまでの空間の一定容積であるスロットル下流容積（Ｖｓ）を満たしていた空気量〔Ｑｓ（ｎ−１）〕と現吸気行程（ｎ）中にスロットルを通過した前記吸入空気流量である空気量〔Ｑｉｎ（ｎ）〕との和は、現吸気行程（ｎ）終了時にスロットル下流容積（Ｖｓ）を満たしていた空気量〔Ｑｓ（ｎ）〕と現吸気行程（ｎ）の前記有効行程容積〔Ｖｃ（ｎ）〕を満たしていた前記空気量〔Ｑｃ（ｎ）〕との和であること〔Ｑｓ（ｎ−１）＋Ｑｉｎ（ｎ）＝Ｑｓ（ｎ）＋Ｑｃ（ｎ）〕、及び、
前回の吸気行程（ｎ−１）終了時に前記スロットル下流容積（Ｖｓ）を満たしていた空気と前記有効行程容積〔Ｖｃ（ｎ−１）〕を満たしていた空気とは同密度であり、現吸気行程（ｎ）終了時に前記スロットル下流容積（Ｖｓ）を満たしていた空気と前記有効行程容積〔Ｖｃ（ｎ）〕を満たしていた空気とは同密度であるものとし、各行程（ｎ−１，ｎ）における前記スロットル下流容積Ｖｓを満たしていた空気量〔Ｑｓ（ｎ−１），Ｑｓ（ｎ）〕と前記有効行程容積〔Ｖｃ（ｎ−１），Ｖｃ（ｎ）〕を満たしていた空気量〔Ｑｃ（ｎ−１），Ｑｃ（ｎ）〕との比〔Ｑｓ（ｎ−１）：Ｑｃ（ｎ−１），Ｑｓ（ｎ）：Ｑｃ（ｎ）〕は、互いの容積比〔Ｖｓ：Ｖｃ（ｎ−１），Ｖｓ：Ｖｃ（ｎ）〕と等しいこと〔Ｑｓ（ｎ−１）：Ｑｃ（ｎ−１）＝Ｖｓ：Ｖｃ（ｎ−１），Ｑｓ（ｎ）：Ｑｃ（ｎ）＝Ｖｓ：Ｖｃ（ｎ）〕
を利用して、前記推定吸入空気量である空気量〔Ｑｃ（ｎ）〕を演算する
ことを特徴とする、内燃機関の吸入空気量推定装置。 An intake passage, a throttle valve that is provided in the intake passage and controls the amount of intake air, and a variable valve mechanism that can change the operating state of the intake valve that controls the flow of intake air into the cylinder. , Equipped in an internal combustion engine that sequentially performs the intake stroke in each cylinder,
A passing air amount measuring means for measuring an intake air flow rate (Qin) passing through the intake passage;
Effective stroke volume calculation for calculating an effective stroke volume (Vc) which is a maximum value of a substantial effective volume in the cylinder in a state where intake air can be taken into the cylinder in accordance with a change in the operating state of the intake valve. Means,
The intake air flow rate (Qin) measured by the passing air amount measuring means is calculated for each intake stroke by a filter calculation using the effective stroke volume (Vc) calculated by the effective stroke volume calculating means. And an estimated intake air amount calculating means for calculating an air amount (Qc) that is an estimated intake air amount into the cylinder,
In the estimated intake air amount calculation means,
At the end of the previous intake stroke (n-1), the amount of air [ Qs (n-1) ] that satisfies the throttle downstream volume ( Vs ) , which is a constant volume of the space from the throttle valve to the intake valve, and the current intake air The sum of the air amount [ Qin (n) ] that is the flow rate of the intake air that has passed through the throttle during the stroke (n) is the amount of air that has satisfied the throttle downstream volume ( Vs ) at the end of the current intake stroke (n) [ Qs (n)] and it is the sum of the effective stroke volume [Vc (n)] the amount of air to meet the current intake stroke (n) [Qc (n)] [Qs (n-1) + Qin (N) = Qs (n) + Qc (n)] , and
The air that satisfies the throttle downstream volume ( Vs ) at the end of the previous intake stroke (n-1) and the air that satisfies the effective stroke volume [ Vc (n-1) ] have the same density, and the current intake air The air satisfying the throttle downstream volume (Vs) at the end of the stroke (n) and the air satisfying the effective stroke volume [ Vc (n) ] have the same density, and each stroke (n-1, n) Air satisfying the throttle downstream volume Vs [ Qs (n-1), Qs (n) ] and air satisfying the effective stroke volume [ Vc (n-1), Vc (n) ] The ratio [Qs (n-1): Qc (n-1), Qs (n): Qc (n)] to the quantity [ Qc (n-1), Qc (n) ] is the volume ratio [ Vs : Vc (n-1), Vs: equal to the Vc (n)] [Qs (n-1): Q (N-1) = Vs: Vc (n-1), Qs (n): Qc (n) = Vs: Vc (n) ]
And calculating the air quantity [Qc (n)], which is the estimated intake air quantity.
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（Ｖｃ）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。 An intake valve operating state detecting means for detecting an operating state of the intake valve;
Engine rotation speed detecting means for detecting the engine rotation speed of the internal combustion engine, and
The effective stroke volume calculating means is based on the valve closing timing of the intake valve obtained from the detection result of the intake valve operating state detecting means and the engine rotational speed detected by the engine rotational speed detecting means. The intake air amount estimation device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the volume (Vc) is calculated.
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（Ｖｃ）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。 Pressure detecting means for detecting the pressure in the intake passage,
The effective stroke volume calculating means corrects the effective stroke volume (Vc) based on the pressure in the intake passage detected by the pressure detecting means, and then outputs it to the estimated intake air amount calculating means. An intake air amount estimation device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2.
ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の内燃機関の吸入空気量推定装置。
前記吸気通路を通過する吸入空気流量（Ｑｉｎ）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内への吸入空気の取り込み可能な状態においてシリンダ内の実質的な有効容積の最大値である有効行程容積（Ｖｃ）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（Ｑｉｎ）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（Ｖｃ）を用いたフィルタ演算により各吸気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である空気量（Ｑｃ）を演算する推定吸入空気量演算ステップと、を備え、
前記推定吸入空気量演算ステップでは、
前回の吸気行程（ｎ−１）終了時に、前記スロットルバルブから前記吸気バルブまでの空間の一定容積であるスロットル下流容積（Ｖｓ）を満たしていた空気量〔Ｑｓ（ｎ−１）〕と現吸気行程（ｎ）中にスロットルを通過した前記吸入空気流量である空気量〔Ｑｉｎ（ｎ）〕との和は、現吸気行程（ｎ）終了時にスロットル下流容積（Ｖｓ）を満たしていた空気量Ｑｓ（ｎ）と現吸気行程（ｎ）の前記有効行程容積〔Ｖｃ（ｎ）〕を満たしていた前記空気量〔Ｑｃ（ｎ）〕との和であること〔Ｑｓ（ｎ−１）＋Ｑｉｎ（ｎ）＝Ｑｓ（ｎ）＋Ｑｃ（ｎ）〕、及び、
前回の吸気行程（ｎ−１）終了時に前記スロットル下流容積（Ｖｓ）を満たしていた空気と前記有効行程容積〔Ｖｃ（ｎ−１）〕を満たしていた空気とは同密度であり、現吸気行程（ｎ）終了時に前記スロットル下流容積（Ｖｓ）を満たしていた空気と前記有効行程容積〔Ｖｃ（ｎ）〕を満たしていた空気とは同密度であるものとし、各行程（ｎ−１，ｎ）における前記スロットル下流容積（Ｖｓ）を満たしていた空気量〔Ｑｓ（ｎ−１），Ｑｓ（ｎ）〕と前記有効行程容積〔Ｖｃ（ｎ−１），Ｖｃ（ｎ）〕を満たしていた空気量〔Ｑｃ（ｎ−１），Ｑｃ（ｎ）〕との比〔Ｑｓ（ｎ−１）：Ｑｃ（ｎ−１），Ｑｓ（ｎ）：Ｑｃ（ｎ）〕は、互いの容積比〔Ｖｓ：Ｖｃ（ｎ−１），Ｖｓ：Ｖｃ（ｎ）〕と等しいこと〔Ｑｓ（ｎ−１）：Ｑｃ（ｎ−１）＝Ｖｓ：Ｖｃ（ｎ−１），Ｑｓ（ｎ）：Ｑｃ（ｎ）＝Ｖｓ：Ｖｃ（ｎ）〕
を利用して、前記推定吸入空気量である空気量〔Ｑｃ（ｎ）〕を演算する
ことを特徴とする、内燃機関の吸入空気量推定方法。 An intake passage, a throttle valve that is provided in the intake passage and controls the amount of intake air, and a variable valve mechanism that can change the operating state of the intake valve that controls the flow of intake air into the cylinder, A method of estimating an intake air amount into the cylinder of an internal combustion engine that sequentially performs an intake stroke in each cylinder,
A passing air amount measuring step for measuring an intake air flow rate (Qin) passing through the intake passage;
Effective stroke volume calculation for calculating an effective stroke volume (Vc) which is a maximum value of a substantial effective volume in the cylinder in a state where intake air can be taken into the cylinder in accordance with a change in the operating state of the intake valve. Steps,
The intake air flow rate (Qin) measured in the passing air amount measuring step is calculated for each intake stroke by a filter calculation using the effective stroke volume (Vc) calculated in the effective stroke volume calculating step. An estimated intake air amount calculating step for calculating an air amount (Qc) that is an estimated intake air amount into the cylinder,
In the estimated intake air amount calculation step,
During the last intake stroke (n-1) ends, the air quantity met the throttle downstream volume (Vs) is constant volume of the space from the throttle valve to the intake valve [Qs (n-1)] the current intake The sum of the air amount [ Qin (n) ] that is the flow rate of the intake air that has passed through the throttle during the stroke (n) is the amount of air Qs that satisfies the throttle downstream volume ( Vs ) at the end of the current intake stroke (n). (n) and it is the sum of the effective stroke volume [Vc (n)] the amount of air to meet the current intake stroke (n) [Qc (n)] [Qs (n-1) + Qin (n ) = Qs (n) + Qc (n)] , and
The air that satisfies the throttle downstream volume ( Vs ) at the end of the previous intake stroke (n-1) and the air that satisfies the effective stroke volume [ Vc (n-1) ] have the same density, and the current intake air The air satisfying the throttle downstream volume (Vs) at the end of the stroke (n) and the air satisfying the effective stroke volume [ Vc (n) ] have the same density, and each stroke (n-1, n) The air volume [ Qs (n-1), Qs (n) ] that satisfies the throttle downstream volume ( Vs ) and the effective stroke volume [ Vc (n-1), Vc (n) ] are satisfied. The ratio [Qs (n-1): Qc (n-1), Qs (n): Qc (n)] to the amount of air [ Qc (n-1), Qc (n) ] [Vs: Vc (n-1) , Vs: Vc (n) ] equal to the [Qs (n-1) Qc (n-1) = Vs : Vc (n-1), Qs (n): Qc (n) = Vs: Vc (n) ]
And calculating an air quantity [Qc (n)], which is the estimated intake air quantity.
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