JP5893272B2

JP5893272B2 - Intake air amount calculation device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP5893272B2
Application number: JP2011131433A
Authority: JP
Inventors: 健太郎大沼; 秀治高宮; 直樹尾家
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-06-13
Filing date: 2011-06-13
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2031-06-13
Also published as: JP2013002306A

Description

本発明は、内燃機関の気筒内に吸入される空気量として吸入空気量を算出する内燃機関の吸入空気量算出装置に関する。 The present invention relates to an intake air amount calculation device for an internal combustion engine that calculates an intake air amount as an air amount taken into a cylinder of the internal combustion engine.

従来、内燃機関の吸入空気量算出装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この吸入空気量算出装置は、内燃機関の気筒内に吸入される空気量として吸入空気量を算出するものであり、この内燃機関は、吸気弁および排気弁のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構を備えている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a device described in Patent Document 1 is known as an intake air amount calculation device for an internal combustion engine. This intake air amount calculation device calculates an intake air amount as an air amount sucked into a cylinder of an internal combustion engine, and the internal combustion engine includes a variable valve timing mechanism that changes valve timings of an intake valve and an exhaust valve. It has.

この吸入空気量算出装置では、同文献の図２に示す算出処理によって、以下に述べるように、単位時間当たりの吸入空気量の今回値ｍ_out（ｔｐ１）が算出される。なお、以下の説明では、各算出値において、今回の算出タイミングにおける算出結果を「今回値」といい、前回の算出タイミングにおける算出結果を「前回値」という。まず、ステップ１２で、燃料噴射の開始タイミングから吸気弁の閉弁タイミングまでの時間の予測値である予測時間の今回値ｔｐ１と前回値ｔｐ０との偏差（ｔｐ１−ｔｐ０）に、演算周期ｔｉを加算することにより、時間差Δｔを算出する。 In this intake air amount calculation device, the current value m _out (tp1) of the intake air amount per unit time is calculated by the calculation process shown in FIG. In the following description, for each calculated value, the calculation result at the current calculation timing is referred to as “current value”, and the calculation result at the previous calculation timing is referred to as “previous value”. First, in step 12, the calculation cycle ti is set to the deviation (tp1-tp0) between the current value tp1 and the previous value tp0 of the predicted time, which is the predicted value from the fuel injection start timing to the intake valve closing timing. The time difference Δt is calculated by adding.

次に、ステップ１４で、予測空気質量の今回値Ｍ（ｔｐ１）を算出する。具体的には、予測空気質量の前回値Ｍ（ｔｐ０）に基づいて、吸気圧の前回値Ｐｍ（ｔｐ０）を算出し、この吸気圧の前回値Ｐｍ（ｔｐ０）およびスロットル弁開度の前回値ＴＡ（ｔｐ０）に基づいて、流入空気量の前回値ｍ_in（ｔｐ０）を算出するとともに、流出空気量の前回値ｍ_out（ｔｐ０）を、吸気圧の前回値Ｐｍ（ｔｐ０）、エンジン回転数の前回値ＮＥ（ｔｐ０）およびバルブタイミングの前回値ＶＴ（ｔｐ０）に基づいて算出する。そして、これらの値を同文献の式（２）に適用することにより、予測空気質量の今回値Ｍ（ｔｐ１）が算出される。 Next, in step 14, the current value M (tp1) of the predicted air mass is calculated. Specifically, the previous value Pm (tp0) of the intake pressure is calculated based on the previous value M (tp0) of the predicted air mass, the previous value Pm (tp0) of the intake pressure and the previous value of the throttle valve opening. Based on TA (tp0), the previous value m _in (tp0) of the inflow air amount is calculated, the previous value m _out (tp0) of the outflow air amount is calculated as the previous value Pm (tp0) of the intake pressure, and the engine speed. Is calculated based on the previous value NE (tp0) and the previous value VT (tp0) of the valve timing. And these values M (tp1) of prediction air mass are computed by applying these values to formula (2) of the literature.

ステップ１４に続くステップ１６で、予測空気質量の今回値Ｍ（ｔｐ１）および気体の状態方程式に基づいて、吸気弁の閉弁タイミングにおける吸気圧の今回値Ｐｍ（ｔｐ１）を算出する。次に、ステップ１８で、吸気圧の今回値Ｐｍ（ｔｐ１）に基づいて、単位時間当たりの吸入空気量の今回値ｍ_out（ｔｐ１）が算出される。 In step 16 following step 14, the current value Pm (tp1) of the intake pressure at the closing timing of the intake valve is calculated based on the current value M (tp1) of the predicted air mass and the gas state equation. Next, in step 18, the current value m _out (tp1) of the intake air amount per unit time is calculated based on the current value Pm (tp1) of the intake pressure.

また、他の吸入空気量算出装置として、本出願人は、特許文献２に記載されたものをすでに提案している。この吸入空気量算出装置では、スロットル弁を通過する空気量ＧＡＩＲＴＨを入力とし、吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮを出力とする１次遅れモデル（同文献の式（５））を用いて、吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬＮが算出される。また、このモデルのモデルパラメータは、体積効率の今回値ηｖと、気筒容積Ｖｃｙｌ（一定値）と、スロットル弁よりも下流側の吸気通路の容積Ｖｉｎ（一定値）とによって定義されている。 As another intake air amount calculation device, the present applicant has already proposed the device described in Patent Document 2. In this intake air amount calculation device, an intake air amount GAIRCYLN is calculated using a first-order lag model (equation (5) of the same document) having an air amount GAIRTH passing through the throttle valve as an input and an intake air amount GAIRCYLN as an output. Calculated. The model parameters of this model are defined by the current value ηv of volumetric efficiency, the cylinder volume Vcyl (constant value), and the volume Vin (constant value) of the intake passage downstream of the throttle valve.

特許第４０２３０８４号公報Japanese Patent No. 403084 国際公開第２０１０／０９５４７７号パンフレットInternational Publication No. 2010/095477 Pamphlet

上記特許文献１の吸入空気量算出装置によれば、以下に述べるような問題が発生するおそれがある。すなわち、可変バルブタイミング機構の動作によって、吸気弁の閉弁タイミング（以下「吸気閉弁タイミング」という）が吸気行程の下死点よりも遅角側の領域で変更されている場合、気筒内の吸入空気の吹き戻し量が変化するのに伴って、気筒の実効容積や体積効率が変化してしまう。ここで、気筒の実効容積とは、吸気弁の閉弁時におけるピストン位置でのシリンダ容積（ピストン上面とシリンダボアで規定された容積）と、燃焼室容積（上死点におけるピストン上面とシリンダヘッドで規定された容積）との和を示している。この気筒の実効容積と吸気閉弁タイミングとの関係は、例えば後述する図７に示すような非線形な関係にあり、そのため、吸気閉弁タイミングの変化量（すなわち時間差）が同じであっても、気筒の実効容積の変化量が異なる場合がある。例えば、吸気閉弁タイミングの今回値と前回値がピストンの下死点の前後のタイミングである場合と、吸気閉弁タイミングの今回値と前回値がいずれもピストンの下死点以降のタイミングである場合とでは、吸気閉弁タイミングの変化量が同じであっても実効容積の変化量は異なることになる。以上の理由により、時間差Δｔを用いる特許文献１の算出手法では、前回の算出タイミングと今回の算出タイミングとの間における、気筒の実効容積などの変化を適切に反映させることができず、吸入空気量の算出精度が低下するおそれがある。 According to the intake air amount calculation device disclosed in Patent Document 1, there is a possibility that the following problems may occur. That is, when the valve closing timing of the intake valve (hereinafter referred to as “intake valve closing timing”) is changed in the region on the retard side of the bottom dead center of the intake stroke by the operation of the variable valve timing mechanism, As the intake air blowing back amount changes, the effective volume and volumetric efficiency of the cylinder change. Here, the effective volume of the cylinder refers to the cylinder volume at the piston position when the intake valve is closed (the volume defined by the piston upper surface and the cylinder bore), and the combustion chamber volume (the piston upper surface at the top dead center and the cylinder head). The sum of the specified volume). The relationship between the effective volume of the cylinder and the intake valve closing timing is, for example, a non-linear relationship as shown in FIG. 7 described later. Therefore, even if the amount of change (that is, the time difference) in the intake valve closing timing is the same, The amount of change in the effective volume of the cylinder may be different. For example, the current value and the previous value of the intake valve closing timing are timings before and after the bottom dead center of the piston, and the current value and the previous value of the intake valve closing timing are both timings after the bottom dead center of the piston. In some cases, even if the change amount of the intake valve closing timing is the same, the change amount of the effective volume is different. For the above reason, the calculation method of Patent Document 1 using the time difference Δt cannot appropriately reflect a change in the effective volume of the cylinder between the previous calculation timing and the current calculation timing. There is a possibility that the calculation accuracy of the quantity is lowered.

また、特許文献２の吸入空気量の算出手法を、吸気閉弁タイミングを変更する可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関に適用した場合、以下に述べるような問題が発生するおそれがある。すなわち、可変バルブタイミング機構の動作によって、吸気閉弁タイミングが吸気行程の下死点よりも遅角側の領域で変更されている場合、上述したように、気筒内の吸入空気の吹き戻し量が変化するのに伴って、気筒の実効容積や体積効率などが変化してしまう。その場合、特許文献２の算出手法では、１次遅れモデルのモデルパラメータが体積効率ηｖの今回値と、２つの一定値Ｖｃｙｌ，Ｖｉｎによって定義されているので、過渡状態での実効容積や体積効率の変化に対応することができず、吸入空気量の算出精度が低下するおそれがある。 Further, when the method for calculating the intake air amount disclosed in Patent Document 2 is applied to an internal combustion engine having a variable valve timing mechanism that changes the intake valve closing timing, the following problems may occur. That is, when the intake valve closing timing is changed in the region on the retard angle side from the bottom dead center of the intake stroke by the operation of the variable valve timing mechanism, as described above, the amount of intake air blowback in the cylinder is reduced. As it changes, the effective volume and volumetric efficiency of the cylinder change. In that case, in the calculation method of Patent Document 2, the model parameter of the first-order lag model is defined by the current value of the volumetric efficiency ηv and the two constant values Vcyl and Vin, so the effective volume and volumetric efficiency in the transient state It is not possible to cope with this change, and the calculation accuracy of the intake air amount may be reduced.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、吸気弁の閉弁タイミングが吸気行程の下死点よりも遅角側の領域で変更される場合において、吸入空気量の算出精度を向上させることができる内燃機関の吸入空気量算出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problem.In the case where the closing timing of the intake valve is changed in a region retarded from the bottom dead center of the intake stroke, the calculation accuracy of the intake air amount is improved. An object of the present invention is to provide an intake air amount calculation device for an internal combustion engine that can be improved.

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、吸気弁４の閉弁タイミングである吸気閉弁タイミングＩＶＣ，ＩＶＣ１，ＩＶＣ２が可変バルブタイミング機構（可変動弁機構１１，可変カム位相機構１２）によって変更されるとともに、吸気通路１３を流れる空気量がスロットル弁１４ａによって変更される内燃機関３において、内燃機関３の吸気通路１３を介して気筒３ａ内に吸入される空気量として吸入空気量Ｇｃｙｌを所定周期ΔＴで算出する内燃機関３の吸入空気量算出装置１であって、吸気閉弁タイミングＩＶＣ，ＩＶＣ１，ＩＶＣ２を検出する吸気閉弁タイミング検出手段（ＥＣＵ２、クランク角センサ２０、カム角センサ２５、ステップ６，７）と、検出された吸気閉弁タイミングＩＶＣ，ＩＶＣ１，ＩＶＣ２に基づいて、気筒３ａの実効容積Ｖｃｙｌを所定周期ΔＴで算出する実効容積算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１１）と、内燃機関３の吸気通路１３における空気の状態を表す物理的パラメータ（吸気温ＴＡ、吸気圧ＰＢＡ、スロットル弁開度ＴＨ、大気圧ＰＡ）を用いて、スロットル弁１４ａを通過する空気量である通過空気量Ｇｔｈを算出する通過空気量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ３）と、算出された通過空気量Ｇｔｈ及び算出された実効容積Ｖｃｙｌを用いて、吸入空気量Ｇｃｙｌの基本値である基本吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｂｓを算出する基本吸入空気量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１２）と、実効容積算出手段による実効容積Ｖｃｙｌの算出結果のうちの、今回の演算タイミングでの算出結果である今回値Ｖｃｙｌ（ｋ）と、今回よりも１回前の演算タイミングでの算出結果である前回値Ｖｃｙｌ（ｋ−１）とを用いて、補正値（補正項Ｃｏｒ＿Ｇｃｙｌ）を算出する補正値算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１３）と、算出された補正値（補正項Ｃｏｒ＿Ｇｃｙｌ）で算出された基本吸入空気量Ｇｃｙｌを補正することにより、吸入空気量Ｇｃｙｌを算出する吸入空気量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１４）と、吸入空気量の理論値として理論吸入空気量Ｇｓｔｄを算出する理論吸入空気量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ４）と、吸入空気量Ｇｃｙｌおよび理論吸入空気量Ｇｓｔｄを用いて、内燃機関３の体積効率ηｖを所定周期ΔＴで算出する体積効率算出手段（ＥＣＵ２、ステップ５）と、を備え、補正値算出手段は、体積効率算出手段による体積効率ηｖの算出結果のうちの、今回の演算タイミングでの算出結果である今回値ηｖ（ｋ）と、今回よりも１回前の演算タイミングでの算出結果である前回値ηｖ（ｋ−１）とをさらに用いて、補正値（補正項Ｃｏｒ＿Ｇｃｙｌ）を算出することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is characterized in that the intake valve closing timings IVC, IVC1, and IVC2, which are the closing timings of the intake valve 4, are variable valve timing mechanisms (variable valve mechanism 11, variable cam phase mechanism). 12) and in the internal combustion engine 3 in which the amount of air flowing through the intake passage 13 is changed by the throttle valve 14a, the intake air as the amount of air sucked into the cylinder 3a via the intake passage 13 of the internal combustion engine 3 An intake air amount calculation device 1 for an internal combustion engine 3 that calculates an amount Gcyl with a predetermined period ΔT, and that detects intake valve closing timings IVC, IVC1, and IVC2 (ECU2, crank angle sensor 20, cam) angular sensor 25, and step 6), based on the closing has been detected intake timing IVC, IVC1, IVC2 , The effective volume calculating means (ECU 2, step 11) for calculating the effective volume Vcyl cylinder 3a at a predetermined period ΔT and the physical parameter representing the status of the air in the intake passage 13 of an internal combustion engine 3 (intake air temperature TA, the intake pressure PBA And a passing air amount calculating means (ECU2, step 3) for calculating a passing air amount Gth, which is an air amount passing through the throttle valve 14a, using the throttle valve opening TH and the atmospheric pressure PA), and the calculated passing air Using the amount Gth and the calculated effective volume Vcyl, basic intake air amount calculation means (ECU2, step 12) for calculating the basic intake air amount Gcyl_bs, which is the basic value of the intake air amount Gcyl, and effective by the effective volume calculation means Of the calculation results of the volume Vcyl, the current value Vcyl (k), which is the calculation result at the current calculation timing, and 1 than the current value. Correction value calculation means (ECU2, step 13) for calculating a correction value (correction term Cor_Gcyl) using the previous value Vcyl (k-1) which is the calculation result at the previous calculation timing, and the calculated correction value By correcting the basic intake air amount Gcyl calculated by (correction term Cor_Gcyl), intake air amount calculation means (ECU2, step 14) for calculating the intake air amount Gcyl, and theoretical intake air as a theoretical value of the intake air amount Volumetric efficiency calculation for calculating the volumetric efficiency ηv of the internal combustion engine 3 with a predetermined period ΔT using the theoretical intake air quantity calculating means (ECU 2, step 4) for calculating the quantity Gstd, the intake air quantity Gcyl and the theoretical intake air quantity Gstd means (ECU 2, step 5) and comprising a correction value calculation means of the calculation result of the volumetric efficiency ηv by volumetric efficiency calculating means, By using the current value ηv (k), which is the calculation result at the first calculation timing, and the previous value ηv (k−1), which is the calculation result at the previous calculation timing, the correction value ( The correction term Cor_Gcyl) is calculated .

この内燃機関の吸入空気量算出装置によれば、内燃機関の吸気通路における空気の状態を表す物理的パラメータを用いて、スロットル弁を通過する空気量である通過空気量が算出され、検出された吸気閉弁タイミングに基づいて、気筒の実効容積が所定周期で算出され、算出された通過空気量及び算出された実効容積を用いて、吸入空気量の基本値である基本吸入空気量が算出される。さらに、実効容積の算出結果のうちの、今回の演算タイミングでの算出結果である今回値と、今回よりも１回前の演算タイミングでの算出結果である前回値とを用いて、補正値が算出され、補正値で基本吸入空気量を補正することにより、吸入空気量が算出される。このように、実効容積の今回値と前回値とを用いて算出した補正値で基本吸入空気量を補正することによって、吸入空気量が算出されるので、吸気閉弁タイミングが変化し、気筒内の吸入空気の吹き戻し量が変化したときでも、それに伴う実効容積の変化を反映させながら、吸入空気量を算出することができる。その結果、吸入空気量の算出精度を向上させることができる（なお、本明細書における「吸気閉弁タイミングの検出」は、吸気閉弁タイミングをセンサにより直接的に検出することに限らず、他のパラメータに応じて、吸気閉弁タイミングを算出または推定することも含む）。これに加えて、吸入空気量の理論値として理論吸入空気量が算出され、吸入空気量および理論吸入空気量を用いて、内燃機関の体積効率が所定周期で算出されるとともに、体積効率の算出結果のうちの、今回の演算タイミングでの算出結果である今回値と、今回よりも１回前の演算タイミングでの算出結果である前回値とをさらに用いて、補正値が算出されるので、吸気閉弁タイミングが変化し、気筒内の吸入空気の吹き戻し量が変化したときでも、それに伴う体積効率の変化を反映させながら、吸入空気量を算出することができる。その結果、吸入空気量の算出精度をさらに向上させることができる。 According to the intake air amount calculation device for an internal combustion engine, the passing air amount, which is the amount of air passing through the throttle valve, is calculated and detected using a physical parameter representing the state of air in the intake passage of the internal combustion engine. Based on the intake valve closing timing , the effective volume of the cylinder is calculated at a predetermined cycle, and the basic intake air amount that is the basic value of the intake air amount is calculated using the calculated passing air amount and the calculated effective volume. The Further, among the calculation results of the effective volume, the correction value is calculated using the current value that is the calculation result at the current calculation timing and the previous value that is the calculation result at the calculation timing one time before this time. The intake air amount is calculated by correcting the basic intake air amount with the correction value. As described above, the intake air amount is calculated by correcting the basic intake air amount with the correction value calculated using the current value and the previous value of the effective volume. Even when the intake air blowing back amount changes, the intake air amount can be calculated while reflecting the change in effective volume accompanying the change. As a result, it is possible to improve the calculation accuracy of the intake air amount (“intake valve closing timing detection” in this specification is not limited to directly detecting the intake valve closing timing by a sensor. In addition, the intake valve closing timing is calculated or estimated in accordance with the above parameters). In addition to this, the theoretical intake air amount is calculated as the theoretical value of the intake air amount, and the volume efficiency of the internal combustion engine is calculated at a predetermined cycle using the intake air amount and the theoretical intake air amount, and the volume efficiency is calculated. Among the results, the correction value is calculated by further using the current value that is the calculation result at the current calculation timing and the previous value that is the calculation result at the calculation timing one time before this time. Even when the intake valve closing timing changes and the intake air blowback amount in the cylinder changes, the intake air amount can be calculated while reflecting the change in volumetric efficiency associated therewith. As a result, the calculation accuracy of the intake air amount can be further improved.

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の吸入空気量算出装置１において、補正値算出手段は、実効容積の今回値Ｖｃｙｌ（ｋ）と体積効率の今回値ηｖ（ｋ）との積、及び実効容積の前回値Ｖｃｙｌ（ｋ−１）と体積効率の前回値ηｖ（ｋ−１）との積を用いて、補正値（補正項Ｃｏｒ＿Ｇｃｙｌ）を算出することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the intake air amount calculation device 1 for the internal combustion engine 3 according to the first aspect, the correction value calculation means includes the current effective value Vcyl (k) and the current value ηv (k ) And the product of the previous value Vcyl (k-1) of the effective volume and the previous value ηv (k-1) of the volumetric efficiency, the correction value (correction term Cor_Gcyl) is calculated. To do.

この内燃機関の吸入空気量算出装置によれば、実効容積の今回値と体積効率の今回値との積、及び実効容積の前回値と体積効率の前回値との積を用いて、補正値が算出される。 According to this intake air amount calculation device for an internal combustion engine , the correction value is calculated using the product of the current value of the effective volume and the current value of the volumetric efficiency, and the product of the previous value of the effective volume and the previous value of the volumetric efficiency. Calculated.

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関３の吸入空気量算出装置１において、内燃機関３は、複数の吸気弁４を気筒３ａごとに備え、可変バルブタイミング機構は、複数の吸気弁４の閉弁タイミングである複数の吸気閉弁タイミングＩＶＣ１，ＩＶＣ２を互いに異なるように変更可能に構成されており、実効容積算出手段は、複数の吸気閉弁タイミングＩＶＣ１，ＩＶＣ２のうちの最も遅い値に応じて、実効容積Ｖｃｙｌを算出することを特徴とする。 The invention according to claim 3 is the intake air amount calculation device 1 for the internal combustion engine 3 according to claim 1 or 2, wherein the internal combustion engine 3 includes a plurality of intake valves 4 for each cylinder 3a, and the variable valve timing mechanism is The plurality of intake valve closing timings IVC1 and IVC2 that are the closing timings of the plurality of intake valves 4 are configured to be different from each other, and the effective volume calculating means is configured to change the plurality of intake valve closing timings IVC1 and IVC2. The effective volume Vcyl is calculated according to the slowest value.

複数の吸気弁を気筒ごとに備えた内燃機関において、可変バルブタイミング機構によって、複数の吸気弁の閉弁タイミングである複数の吸気閉弁タイミングが互いに異なるように変更される場合、これらの吸気閉弁タイミングが吸気行程の下死点よりも遅角側のタイミングであるときには、気筒の実効容積は、複数の吸気閉弁タイミングのうちの最も遅い値に応じて決まることになる。したがって、この内燃機関の吸入空気量算出装置によれば、複数の吸気閉弁タイミングのうちの最も遅い値に応じて、実効容積が算出されるので、吸気閉弁タイミングが吸気行程の下死点よりも遅角側のタイミングであるときでも、実効容積を精度よく算出することができる。それにより、吸入空気量の算出精度をより一層、向上させることができる。 In an internal combustion engine having a plurality of intake valves for each cylinder, when the variable valve timing mechanism changes the plurality of intake valve closing timings, which are the closing timings of the plurality of intake valves, to be different from each other, When the valve timing is a timing retarded from the bottom dead center of the intake stroke, the effective volume of the cylinder is determined according to the latest value among the plurality of intake valve closing timings. Therefore, according to the intake air amount calculation device for the internal combustion engine, the effective volume is calculated according to the latest value among the plurality of intake valve closing timings, and therefore the intake valve closing timing is the bottom dead center of the intake stroke. Even when the timing is more retarded than the effective volume, the effective volume can be calculated with high accuracy. Thereby, the calculation accuracy of the intake air amount can be further improved.

本発明の一実施形態に係る吸入空気量算出装置およびこれを適用した内燃機関の構成を模式的に示す図である。1 is a diagram schematically illustrating a configuration of an intake air amount calculation device according to an embodiment of the present invention and an internal combustion engine to which the intake air amount calculation device is applied. FIG. 通常吸気弁のバルブリフト曲線と、高リフトモードおよび低リフトモードにおける可変吸気弁のバルブリフト曲線を表す図である。It is a figure showing the valve lift curve of the normal intake valve, and the valve lift curve of the variable intake valve in the high lift mode and the low lift mode. 可変カム位相機構の動作を説明するための、通常吸気弁のバルブリフト曲線と、高リフトモードにおける可変吸気弁のバルブリフト曲線を表す図である。It is a figure showing the valve lift curve of a normal intake valve for explaining operation of a variable cam phase mechanism, and the valve lift curve of a variable intake valve in high lift mode. 吸入空気量の算出手法およびその原理を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the calculation method and principle of the amount of intake air. 開度関数ＫＴＨの算出に用いるマップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the map used for calculation of the opening degree function KTH. 流量関数Ψの算出に用いるマップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the map used for calculation of flow function Ψ. 実効容積Ｖｃｙｌの算出に用いるマップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the map used for calculation of effective volume Vcyl. 吸入空気量Ｇｃｙｌの算出処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation process of the intake air amount Gcyl.

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関の吸入空気量算出装置について説明する。図１に示すように、本実施形態の吸入空気量算出装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２によって、後述するように、内燃機関（以下「エンジン」という）３の気筒３ａ内に吸入される空気量が吸入空気量Ｇｃｙｌとして算出される。 Hereinafter, an intake air amount calculation device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the intake air amount calculation device 1 of the present embodiment includes an ECU 2. As will be described later, the intake air amount calculation device 1 in the cylinder 3 a of an internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 3 uses the ECU 2. Is calculated as the intake air amount Gcyl.

エンジン３は、４組の気筒３ａおよびピストン３ｂ（１組のみ図示）を有する直列４気筒ガソリンエンジンであり、図示しない車両に搭載されている。また、エンジン３は、気筒３ａ毎に設けられた２つの吸気弁４，４（１つのみ図示）と、気筒３ａ毎に設けられた２つの排気弁５，５（１つのみ図示）と、２つの吸気弁４，４を開閉駆動する吸気動弁機構１０などを備えている。 The engine 3 is an in-line four-cylinder gasoline engine having four sets of cylinders 3a and pistons 3b (only one set is shown), and is mounted on a vehicle (not shown). The engine 3 includes two intake valves 4 and 4 (only one is shown) provided for each cylinder 3a, two exhaust valves 5 and 5 (only one is shown) provided for each cylinder 3a, An intake valve mechanism 10 for opening and closing the two intake valves 4 and 4 is provided.

吸気動弁機構１０は、吸気弁４，４の一方（以下「通常吸気弁４」という）を駆動する通常動弁機構（図示せず）と、吸気弁４，４の他方（以下「可変吸気弁４」という）を駆動する可変動弁機構１１と、可変カム位相機構１２などで構成されている。通常動弁機構は、吸気カムおよび吸気カムシャフト（いずれも図示せず）などで構成されており、クランクシャフト３ｃの回転に伴って、通常吸気弁４を開閉駆動する。それにより、通常吸気弁４は、図２に実線で示すバルブリフト曲線に従って開閉する。 The intake valve mechanism 10 includes a normal valve mechanism (not shown) for driving one of the intake valves 4 and 4 (hereinafter referred to as “normal intake valve 4”) and the other of the intake valves 4 and 4 (hereinafter referred to as “variable intake valve”). And a variable cam phase mechanism 12 and the like. The normal valve mechanism is composed of an intake cam and an intake camshaft (both not shown) and drives the normal intake valve 4 to open and close as the crankshaft 3c rotates. Thereby, the normal intake valve 4 opens and closes according to a valve lift curve indicated by a solid line in FIG.

また、可変動弁機構１１（可変バルブタイミング機構）は、クランクシャフト３ｃの回転に伴い、可変吸気弁４を開閉駆動するとともに、油圧で駆動されることによって、可変吸気弁４の開弁時の動作特性を以下に述べるように２段階に切り換えるものである。この可変動弁機構１１は、具体的には、本出願人が特開平７−９７９７１号公報などで既に提案したものと同様に構成されているので、その詳細な説明はここでは省略するが、吸気カム、吸気カムシャフトおよび動作モード制御弁１１ａなどを備えている。 In addition, the variable valve mechanism 11 (variable valve timing mechanism) drives the variable intake valve 4 to open and close as the crankshaft 3c rotates, and is driven hydraulically, so that the variable intake valve 4 is opened. The operation characteristics are switched in two stages as described below. Specifically, the variable valve mechanism 11 has the same configuration as that already proposed by the present applicant in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-97971 and the like. An intake cam, an intake camshaft, an operation mode control valve 11a, and the like are provided.

この動作モード制御弁１１ａは、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２からの制御入力信号によって、可変動弁機構１１内に供給される油圧を変化させる。それにより、エンジン運転中、可変動弁機構１１の動作モードが、高リフトモードと低リフトモードとの間で切り換えられる。その場合、高リフトモードのときには、可変吸気弁４は、図２に実線で示すバルブリフト曲線に従って開閉する。すなわち、高リフトモードのときには、可変吸気弁４は、通常吸気弁４と比べて、最大揚程がより大きくなるとともに、開弁タイミングがほぼ同じでかつ閉弁タイミングがより遅くなるように開閉する。 The operation mode control valve 11 a is electrically connected to the ECU 2, and changes the hydraulic pressure supplied into the variable valve mechanism 11 by a control input signal from the ECU 2. Thereby, during engine operation, the operation mode of the variable valve mechanism 11 is switched between the high lift mode and the low lift mode. In that case, in the high lift mode, the variable intake valve 4 opens and closes according to a valve lift curve indicated by a solid line in FIG. That is, in the high lift mode, the variable intake valve 4 opens and closes so that the maximum lift is larger than that of the normal intake valve 4, the valve opening timing is substantially the same, and the valve closing timing is later.

さらに、低リフトモードのときには、可変吸気弁４は、図２に２点鎖線で示すバルブリフト曲線に従って、微小な最大揚程で開弁するとともに、閉弁タイミングが吸気行程の下死点（以下「吸気下死点」という）のクランク角度位置付近の、通常吸気弁４よりも早いタイミングとなる。 Further, in the low lift mode, the variable intake valve 4 opens with a minute maximum lift according to the valve lift curve shown by a two-dot chain line in FIG. 2 and the valve closing timing is the bottom dead center of the intake stroke (hereinafter “ It is earlier than the normal intake valve 4 in the vicinity of the crank angle position of “intake bottom dead center”.

次に、前述した可変カム位相機構１２（可変バルブタイミング機構）について説明する。この可変カム位相機構１２は、吸気カムシャフトのクランクシャフト３ｃに対する相対的な位相（以下「カム位相」という）を無段階に（すなわち連続的に）進角側または遅角側に変更するものであり、吸気カムシャフトの吸気スプロケット（図示せず）側の端部に設けられている。 Next, the aforementioned variable cam phase mechanism 12 (variable valve timing mechanism) will be described. The variable cam phase mechanism 12 changes the relative phase of the intake camshaft to the crankshaft 3c (hereinafter referred to as “cam phase”) steplessly (that is, continuously) to the advance side or the retard side. And provided at the end of the intake camshaft on the intake sprocket (not shown) side.

この可変カム位相機構１２は、具体的には、本出願人が特開２００７−１００５２２号公報などで提案済みのものと同様に構成されているので、その詳細な説明は省略するが、カム位相制御弁１２ａなどを備えており、ＥＣＵ２からの制御入力信号によりカム位相制御弁１２ａが駆動されると、カム位相ＣＡＩＮを、所定の最遅角値と所定の最進角値との間で連続的に変化させる。それにより、通常吸気弁４および高リフトモードの可変吸気弁４のバルブタイミングは、図３に実線で示す最遅角タイミングと、図３に２点鎖線で示す最進角タイミングとの間で無段階に変更される。 Specifically, the variable cam phase mechanism 12 is configured in the same manner as that proposed by the present applicant in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-10052, etc., and a detailed description thereof will be omitted. When the cam phase control valve 12a is driven by a control input signal from the ECU 2, the cam phase CAIN is continuously set between a predetermined maximum retardation value and a predetermined maximum advance value. Change. Accordingly, the valve timing of the normal intake valve 4 and the variable intake valve 4 in the high lift mode is not between the most retarded timing shown by a solid line in FIG. 3 and the most advanced timing shown by a two-dot chain line in FIG. Changed to stage.

同図に示すように、通常吸気弁４および高リフトモードの可変吸気弁４は、最遅角タイミングおよび最進角タイミングの双方において、吸気下死点よりも遅い所定クランク角で閉弁する。より具体的には、両者の閉弁タイミングは、内燃機関の燃焼サイクル中の膨張比が圧縮比に等しくなるタイミング（すなわちオットーサイクル運転での閉弁タイミング）よりも遅いタイミング（以下「遅閉じタイミング」という）になるように設定されており、それにより、エンジン３は、膨張比が圧縮比よりも高くなる高膨張比サイクル（すなわちアトキンソンサイクル）で運転される。 As shown in the figure, the normal intake valve 4 and the variable intake valve 4 in the high lift mode are closed at a predetermined crank angle that is slower than the intake bottom dead center at both the most retarded angle timing and the most advanced angle timing. More specifically, both valve closing timings are timings later than the timing at which the expansion ratio in the combustion cycle of the internal combustion engine becomes equal to the compression ratio (that is, the valve closing timing in the Otto cycle operation) (hereinafter referred to as “slow closing timing”). Thus, the engine 3 is operated in a high expansion ratio cycle (that is, an Atkinson cycle) in which the expansion ratio is higher than the compression ratio.

なお、以下の説明では、通常吸気弁４の実際の閉弁タイミングを「通常吸気閉弁タイミングＩＶＣ１」といい、可変吸気弁４の実際の閉弁タイミングを「可変吸気閉弁タイミングＩＶＣ２」という。この場合、上述したように、可変吸気閉弁タイミングＩＶＣ２は、低リフトモードのときには通常吸気閉弁タイミングＩＶＣ１よりも早く、高リフトモードのときには通常吸気閉弁タイミングＩＶＣ１よりも遅くなるように構成されているので、２つの吸気閉弁タイミングＩＶＣ１，ＩＶＣ２のうちの遅い方は、必ず高膨張比サイクルを実現可能な遅閉じタイミングに設定されることになる。 In the following description, the actual closing timing of the normal intake valve 4 is referred to as “normal intake valve closing timing IVC1”, and the actual closing timing of the variable intake valve 4 is referred to as “variable intake valve closing timing IVC2.” In this case, as described above, the variable intake valve closing timing IVC2 is configured to be earlier than the normal intake valve closing timing IVC1 in the low lift mode and later than the normal intake valve closing timing IVC1 in the high lift mode. Therefore, the later of the two intake valve closing timings IVC1 and IVC2 is always set to the late closing timing that can realize the high expansion ratio cycle.

さらに、本実施形態の場合、２つの吸気閉弁タイミングＩＶＣ１，ＩＶＣ２は、吸気下死点のクランク角度位置を値０として、吸気下死点よりも遅角側であるほど、より大きい正値で表されるとともに、吸気下死点よりも進角側であるほど、より絶対値の大きい負値で表されるものとする。 Furthermore, in the case of the present embodiment, the two intake valve closing timings IVC1 and IVC2 have larger positive values as the crank angle position of the intake bottom dead center is 0 and the more retarded the intake intake bottom dead center is. In addition, it is expressed as a negative value having a larger absolute value as it is more advanced than the intake bottom dead center.

また、エンジン３には、点火プラグ６、燃料噴射弁７およびクランク角センサ２０が設けられており、これらの点火プラグ６および燃料噴射弁７はいずれも、気筒３ａ毎に設けられている（いずれも１つのみ図示）。燃料噴射弁７は、各気筒３ａの吸気ポート内に燃料を噴射するようにインテークマニホールドに取り付けられている。点火プラグ６および燃料噴射弁７はいずれも、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２によって、燃料噴射弁７による燃料の噴射量および噴射時期と、点火プラグ６による混合気の点火時期とが制御される。すなわち、燃料噴射制御と点火時期制御が実行される。 Further, the engine 3 is provided with an ignition plug 6, a fuel injection valve 7, and a crank angle sensor 20, and these ignition plug 6 and fuel injection valve 7 are all provided for each cylinder 3a (whichever Only one is shown). The fuel injection valve 7 is attached to the intake manifold so as to inject fuel into the intake port of each cylinder 3a. The spark plug 6 and the fuel injection valve 7 are both electrically connected to the ECU 2, and the ECU 2 determines the fuel injection amount and injection timing by the fuel injection valve 7 and the ignition timing of the air-fuel mixture by the ignition plug 6. Be controlled. That is, fuel injection control and ignition timing control are executed.

さらに、クランク角センサ２０（吸気閉弁タイミング検出手段）は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、クランクシャフト３ｃの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば１゜）毎に１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角毎に１パルスが出力される。 Further, the crank angle sensor 20 (intake valve closing timing detection means) is composed of a magnet rotor and an MRE pickup, and outputs a CRK signal and a TDC signal, both of which are pulse signals, to the ECU 2 as the crankshaft 3c rotates. To do. The CRK signal is output at one pulse every predetermined crank angle (for example, 1 °), and the ECU 2 calculates the engine speed (hereinafter referred to as “engine speed”) NE of the engine 3 based on the CRK signal. The TDC signal is a signal indicating that the piston 3b of each cylinder 3a is at a predetermined crank angle position slightly ahead of the TDC position of the intake stroke, and one pulse is output for each predetermined crank angle.

一方、エンジン３の吸気通路１３には、上流側から順に、吸気温センサ２１、スロットル弁機構１４および吸気圧センサ２２などが設けられている。この吸気温センサ２１は、吸気通路１３内の空気の温度（以下「吸気温」という）ＴＡを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。この吸気温ＴＡ（物理的パラメータ）は、絶対温度として検出される。 On the other hand, an intake air temperature sensor 21, a throttle valve mechanism 14, an intake pressure sensor 22 and the like are provided in the intake passage 13 of the engine 3 in order from the upstream side. The intake air temperature sensor 21 detects the temperature of air in the intake passage 13 (hereinafter referred to as “intake air temperature”) TA, and outputs a detection signal indicating the detected temperature to the ECU 2. This intake air temperature TA (physical parameter) is detected as an absolute temperature.

スロットル弁機構１４は、スロットル弁１４ａおよびこれを開閉駆動するＴＨアクチュエータ１４ｂなどを備えている。スロットル弁１４ａは、吸気通路１３の途中に回動自在に設けられており、当該回動に伴う開度の変化により、スロットル弁１４ａを通過する空気の流量を変化させる。ＴＨアクチュエータ１４ｂは、ＥＣＵ２に接続された電気モータにギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの制御入力信号によって制御されることにより、スロットル弁１４ａの開度を変化させる。 The throttle valve mechanism 14 includes a throttle valve 14a and a TH actuator 14b that opens and closes the throttle valve 14a. The throttle valve 14a is rotatably provided in the middle of the intake passage 13, and changes the flow rate of air passing through the throttle valve 14a by the change in the opening degree accompanying the rotation. The TH actuator 14b is a combination of an electric motor connected to the ECU 2 and a gear mechanism (both not shown), and is controlled by a control input signal from the ECU 2 to change the opening of the throttle valve 14a. Let

また、スロットル弁１４ａの近傍には、スロットル弁開度センサ２３が設けられている。このスロットル弁開度センサ２３は、例えばポテンショメータなどで構成され、スロットル弁１４ａの開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。なお、本実施形態では、スロットル弁開度ＴＨが物理的パラメータに相当する。 A throttle valve opening sensor 23 is provided in the vicinity of the throttle valve 14a. The throttle valve opening sensor 23 is composed of, for example, a potentiometer, detects the opening TH of the throttle valve 14a (hereinafter referred to as “throttle valve opening”) TH, and outputs a detection signal representing it to the ECU 2. In the present embodiment, the throttle valve opening TH corresponds to a physical parameter.

さらに、吸気圧センサ２２は、例えば半導体圧力センサなどで構成され、吸気通路１３の吸気チャンバ１３ａの部分に設けられているとともに、吸気通路１３内の圧力（以下「吸気圧」という）ＰＢＡを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。この吸気圧ＰＢＡ（物理的パラメータ）は、絶対圧として検出される。 Further, the intake pressure sensor 22 is constituted by, for example, a semiconductor pressure sensor, and is provided in a portion of the intake chamber 13a of the intake passage 13, and detects a pressure (hereinafter referred to as "intake pressure") PBA in the intake passage 13. Then, a detection signal representing it is output to the ECU 2. This intake pressure PBA (physical parameter) is detected as an absolute pressure.

一方、ＥＣＵ２には、大気圧センサ２４およびカム角センサ２５が電気的に接続されている。この大気圧センサ２４は、半導体圧力センサで構成されており、大気圧ＰＡを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。この大気圧ＰＡ（物理的パラメータ）は、絶対圧として検出される。 On the other hand, the atmospheric pressure sensor 24 and the cam angle sensor 25 are electrically connected to the ECU 2. The atmospheric pressure sensor 24 is composed of a semiconductor pressure sensor, detects the atmospheric pressure PA, and outputs a detection signal representing it to the ECU 2. This atmospheric pressure PA (physical parameter) is detected as an absolute pressure.

また、カム角センサ２５（吸気閉弁タイミング検出手段）は、吸気カムシャフトの可変カム位相機構１２と反対側の端部に設けられている。このカム角センサ２５は、例えばマグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、吸気カムシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＡＭ信号を所定のカム角（例えば１゜）毎にＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＣＡＭ信号および前述したＣＲＫ信号に基づき、カム位相ＣＡＩＮを算出する。 The cam angle sensor 25 (intake valve closing timing detecting means) is provided at the end of the intake camshaft opposite to the variable cam phase mechanism 12. The cam angle sensor 25 is composed of, for example, a magnet rotor and an MRE pickup, and outputs a CAM signal, which is a pulse signal, to the ECU 2 every predetermined cam angle (for example, 1 °) as the intake camshaft rotates. The ECU 2 calculates the cam phase CAIN based on the CAM signal and the above-described CRK signal.

一方、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、以上の各種のセンサ２０〜２５の検出信号などに基づいて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、以下に述べるように、吸入空気量算出処理などの各種の制御処理を実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、吸気閉弁タイミング検出手段、通過空気量算出手段、基本吸入空気量算出手段、実効容積算出手段、補正値算出手段、吸入空気量算出手段、理論吸入空気量算
出手段および体積効率算出手段に相当する。 On the other hand, the ECU 2 is composed of a microcomputer including a CPU, RAM, ROM, and I / O interface (all not shown), and the engine 2 is based on the detection signals of the various sensors 20 to 25 described above. 3, and various control processes such as an intake air amount calculation process are executed as described below. In the present embodiment, the ECU 2 performs the intake valve closing timing detecting means, the passing air amount calculating means, the basic intake air amount calculating means, the effective volume calculating means, the correction value calculating means, the intake air amount calculating means, the theoretical intake air amount. It corresponds to a calculation means and a volumetric efficiency calculation means.

次に、図４を参照しながら、本実施形態の吸入空気量算出装置１による吸入空気量Ｇｃｙｌの算出手法およびその原理について説明する。まず、スロットル弁１４ａを通過する空気を圧縮性流体かつ断熱流であると見なすとともに、スロットル弁１３ａをノズルと見なすモデリング手法（本出願人が特願２０１０−１４００号で提案済みの手法）を用いると、スロットル弁１４ａを通過する通過空気量Ｇｔｈの算出式として、下式（１）が得られる。

Next, a method of calculating the intake air amount Gcyl by the intake air amount calculation device 1 of the present embodiment and its principle will be described with reference to FIG. First, a modeling method (method proposed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 2010-1400) is used in which the air passing through the throttle valve 14a is regarded as a compressible fluid and an adiabatic flow, and the throttle valve 13a is regarded as a nozzle. Then, the following formula (1) is obtained as a formula for calculating the passing air amount Gth passing through the throttle valve 14a.

この式（１）において、ＫＴＨは開度関数を、Ψは流量関数を、Ｒは気体定数をそれぞれ表している。この開度関数ＫＴＨは、後述するように、スロットル弁開度ＴＨに応じて、図５に示すマップを検索することにより算出される。また、流量関数Ψは、後述するように、圧力比Ｒ＿Ｐ（＝ＰＢＡ／ＰＡ）に応じて、図６に示すマップを検索することにより算出される。 In this equation (1), KTH represents an opening function, Ψ represents a flow function, and R represents a gas constant. As will be described later, the opening function KTH is calculated by searching a map shown in FIG. 5 according to the throttle valve opening TH. Further, the flow rate function Ψ is calculated by searching a map shown in FIG. 6 according to the pressure ratio R_P (= PBA / PA), as will be described later.

上式（１）を離散時間系の数式に書き換えると、下式（２）が得られる。

When the above equation (1) is rewritten into a discrete-time equation, the following equation (2) is obtained.

この式（２）における記号（ｋ）付きの各離散データは、ＴＤＣ信号の発生に同期する所定周期ΔＴで算出（またはサンプリング）されたデータであることを示しており、記号ｋ（ｋは正の整数）は各離散データの算出サイクルの順番を表している。例えば、記号ｋは今回の算出タイミングで算出された今回値であることを、記号ｋ−１は前回の算出タイミングで算出された前回値であることをそれぞれ示している。この点は、以下の離散データにおいても同様である。なお、以下の説明では、各離散データにおける記号（ｋ）を適宜省略する。 Each discrete data with the symbol (k) in the equation (2) indicates that the data is calculated (or sampled) at a predetermined period ΔT synchronized with the generation of the TDC signal, and the symbol k (k is a positive value). Represents the order of the calculation cycle of each discrete data. For example, the symbol k represents the current value calculated at the current calculation timing, and the symbol k-1 represents the previous value calculated at the previous calculation timing. This also applies to the following discrete data. In the following description, the symbol (k) in each discrete data is omitted as appropriate.

次に、各気筒３ａにおける吸入空気量Ｇｃｙｌは、筒内容積をＶｃｙｌ’とした場合、気体の状態方程式に基づき、下式（３）で表される。

Next, the intake air amount Gcyl in each cylinder 3a is expressed by the following equation (3) based on the state equation of gas when the cylinder volume is Vcyl ′.

ここで、本実施形態のエンジン３の場合、前述したように、通常吸気閉弁タイミングＩＶＣ１および可変吸気閉弁タイミングＩＶＣ２のうちの遅い方は、高膨張比サイクルを実現可能な遅閉じタイミングに設定されるとともに、これらの２つの吸気閉弁タイミングＩＶＣ１，ＩＶＣ２は、可変カム位相機構１２によって、最遅角タイミングと最進角タイミングとの間で変更される。そのため、２つの吸気閉弁タイミングＩＶＣ１，ＩＶＣ２が変化すると、気筒３ａ内の吸入空気の吹き戻し量が変化するのに伴って、気筒３ａの実効容積や体積効率などが変化してしまう。 Here, in the case of the engine 3 of the present embodiment, as described above, the later of the normal intake valve closing timing IVC1 and the variable intake valve closing timing IVC2 is set to a late closing timing capable of realizing a high expansion ratio cycle. At the same time, these two intake valve closing timings IVC1 and IVC2 are changed between the most retarded angle timing and the most advanced angle timing by the variable cam phase mechanism 12. Therefore, when the two intake valve closing timings IVC1 and IVC2 change, the effective volume and volumetric efficiency of the cylinder 3a change as the intake air blowback amount in the cylinder 3a changes.

したがって、本実施形態では、このような気筒３ａの実効容積や体積効率の変化を反映させながら、吸入空気量Ｇｃｙｌを算出するために、補正後筒内容積Ｖｃｙｌ＿Ｆを下式（４）のように定義するとともに、吸入空気量Ｇｃｙｌを下式（５）のように定義する。この式（５）は、前述した式（３）において、筒内容積Ｖｃｙｌ’を補正後筒内容積Ｖｃｙｌ＿Ｆに置き換えたものに相当する。 Therefore, in the present embodiment, in order to calculate the intake air amount Gcyl while reflecting such changes in the effective volume and volumetric efficiency of the cylinder 3a, the corrected in-cylinder volume Vcyl_F is expressed by the following equation (4). In addition to the definition, the intake air amount Gcyl is defined as in the following equation (5). This equation (5) corresponds to the above-described equation (3) in which the in-cylinder volume Vcyl 'is replaced with the corrected in-cylinder volume Vcyl_F.

上式（４）のＶｃｙｌは気筒３ａの実効容積であり、ηｖは気筒３ａの体積効率である。この実効容積Ｖｃｙｌは、後述するように、２つの吸気閉弁タイミングＩＶＣ１，ＩＶＣ２のうちのより遅い方に応じて、図７に示すマップを検索することにより算出される。また、体積効率ηｖの具体的な算出手法については後述する。 In the above equation (4), Vcyl is the effective volume of the cylinder 3a, and ηv is the volumetric efficiency of the cylinder 3a. The effective volume Vcyl is calculated by searching the map shown in FIG. 7 according to the later of the two intake valve closing timings IVC1 and IVC2, as will be described later. A specific method for calculating the volumetric efficiency ηv will be described later.

上式（５）において、吸気温ＴＡを定数と見なし、両辺を微分すると、下式（６）が得られる。

When the intake air temperature TA is regarded as a constant in the above equation (5) and both sides are differentiated, the following equation (6) is obtained.

一方、吸気通路１３における、スロットル弁１４ａから吸気弁４までの空間の容積を通路容積Ｖｉｎとし、この空間内の空気量を通路空気量Ｇｉｎとすると、気体の状態方程式に基づき、下式（７）が得られる。

On the other hand, when the volume of the space from the throttle valve 14a to the intake valve 4 in the intake passage 13 is defined as a passage volume Vin, and the amount of air in this space is defined as the passage air amount Gin, the following equation (7 ) Is obtained.

上式（７）において、吸気温ＴＡを定数と見なし、両辺を微分すると、下式（８）が得られる。

In the above equation (7), when the intake air temperature TA is regarded as a constant and both sides are differentiated, the following equation (8) is obtained.

この式（８）を書き換えると、下式（９）が得られる。

When this equation (8) is rewritten, the following equation (9) is obtained.

この式（９）を前述した式（６）に代入すると、下式（１０）が得られる。

Substituting this equation (9) into the aforementioned equation (6) yields the following equation (10).

ここで、吸入空気量Ｇｃｙｌの変化量ＤＧｃｙｌ、補正後筒内容積Ｖｃｙｌ＿Ｆの変化量ＤＶｃｙｌ＿Ｆおよび通路空気量Ｇｉｎの変化量ＤＧｉｎをそれぞれ、下式（１１）〜（１３）のように定義するとともに、前述した式（４）を下式（１４）に示す離散時間系のものに書き換える。

Here, the change amount DGcyl of the intake air amount Gcyl, the change amount DVcyl_F of the corrected in-cylinder volume Vcyl_F, and the change amount DGin of the passage air amount Gin are respectively defined as the following equations (11) to (13), The above equation (4) is rewritten to the discrete time system shown in the following equation (14).

そして、以上の値ＤＧｃｙｌ（ｋ），ＤＶｃｙｌ＿Ｆ（ｋ），ＤＧｉｎ（ｋ）,Ｖｃｙｌ＿Ｆ（ｋ）を用いて、前述した連続時間系の式（１０）を離散時間系の式に書き換えると、下式（１５）が得られる。

Then, using the above values DGcyl (k), DVcyl_F (k), DGin (k), and Vcyl_F (k), the above-described continuous-time system equation (10) is rewritten into a discrete-time system equation, (15) is obtained.

この式（１５）に、上式（１１）〜（１３）を代入すると、下式（１６）が得られる。

Substituting the above equations (11) to (13) into this equation (15) yields the following equation (16).

この式（１６）を整理すると、下式（１７）が得られる。

By rearranging this equation (16), the following equation (17) is obtained.

この式（１７）に前述した式（１４）を代入すると、下式（１８）が得られる。

Substituting the aforementioned equation (14) into this equation (17), the following equation (18) is obtained.

ここで、基本吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｂｓを下式（１９）のように定義し、補正値としての補正項Ｃｏｒ＿Ｇｃｙｌを下式（２０）のように定義するとともに、これらの式（１９），（２０）を上式（１８）に代入すると、下式（２１）が得られる。 Here, the basic intake air amount Gcyl_bs is defined as in the following equation (19), the correction term Cor_Gcyl as a correction value is defined as in the following equation (20), and these equations (19) and (20) are defined. Is substituted into the above equation (18), the following equation (21) is obtained.

本実施形態では、以上の式（１９）〜（２１）を用いて、吸入空気量Ｇｃｙｌが算出される。また、前述した体積効率ηｖは、下式（２２），（２３）によって算出される。

In the present embodiment, the intake air amount Gcyl is calculated using the above equations (19) to (21). Further, the volume efficiency ηv described above is calculated by the following equations (22) and (23).

ここで、上式（２２）のＧｓｔｄは、吸入空気量Ｇｃｙｌの理論値に相当する理論吸入空気量であり、式（２２）は気体の状態方程式に基づいて導出される。 Here, Gstd in the above equation (22) is a theoretical intake air amount corresponding to the theoretical value of the intake air amount Gcyl, and equation (22) is derived based on the gas state equation.

次に、図８を参照しながら、吸入空気量Ｇｃｙｌの算出処理について説明する。この算出処理は、前述した算出手法を用いて、吸入空気量Ｇｃｙｌを算出するものであり、ＥＣＵ２によって前述した所定周期ΔＴで実行される。同図に示すように、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、スロットル弁開度ＴＨに応じて、前述した図５のマップを検索することにより、開度関数ＫＴＨを算出する。 Next, the calculation process of the intake air amount Gcyl will be described with reference to FIG. This calculation process calculates the intake air amount Gcyl using the calculation method described above, and is executed by the ECU 2 at the predetermined period ΔT described above. As shown in the figure, first, in step 1 (abbreviated as “S1” in the figure, the same applies hereinafter), the map of FIG. 5 described above is searched according to the throttle valve opening TH, thereby opening degree function KTH. Is calculated.

次いで、ステップ２に進み、圧力比Ｒ＿Ｐ（＝ＰＢＡ／ＰＡ）に応じて、前述した図６のマップを検索することにより、流量関数Ψを算出する。次に、ステップ３で、前述した式（２）により、通過空気量Ｇｔｈを算出する。 Next, the process proceeds to step 2, and the flow rate function Ψ is calculated by searching the above-described map of FIG. 6 according to the pressure ratio R_P (= PBA / PA). Next, in step 3, the passing air amount Gth is calculated by the above-described equation (2).

ステップ３に続くステップ４で、前述した式（２２）により、理論吸入空気量Ｇｓｔｄを算出する。次いで、ステップ５に進み、前述した式（２３）により、体積効率ηｖを算出する。 In step 4 following step 3, the theoretical intake air amount Gstd is calculated by the above-described equation (22). Subsequently, it progresses to step 5 and volume efficiency (eta) v is calculated by Formula (23) mentioned above.

次に、ステップ６で、カム位相ＣＡＩＮに応じて、図示しないマップを検索することにより、通常吸気閉弁タイミングＩＶＣ１を算出する。ステップ６に続くステップ７で、カム位相ＣＡＩＮおよび可変動弁機構１１の動作モードに応じて、図示しないマップを検索することにより、可変吸気閉弁タイミングＩＶＣ２を算出する。 Next, in step 6, the normal intake valve closing timing IVC1 is calculated by searching a map (not shown) according to the cam phase CAIN. In step 7 following step 6, a variable intake valve closing timing IVC2 is calculated by searching a map (not shown) according to the cam phase CAIN and the operation mode of the variable valve mechanism 11.

次いで、ステップ８に進み、通常吸気閉弁タイミングＩＶＣ１が可変吸気閉弁タイミングＩＶＣ２よりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、通常吸気閉弁タイミングＩＶＣ１の方が可変吸気閉弁タイミングＩＶＣ２よりも遅いときには、ステップ９に進み、吸気閉弁タイミングＩＶＣを通常吸気閉弁タイミングＩＶＣ１に設定する。 Next, the routine proceeds to step 8, where it is determined whether or not the normal intake valve closing timing IVC1 is greater than the variable intake valve closing timing IVC2. If the determination result is YES and the normal intake valve closing timing IVC1 is later than the variable intake valve closing timing IVC2, the routine proceeds to step 9 where the intake valve closing timing IVC is set to the normal intake valve closing timing IVC1.

一方、ステップ８の判別結果がＮＯで、可変吸気閉弁タイミングＩＶＣ２の方が通常吸気閉弁タイミングＩＶＣ１よりも遅いときには、ステップ１０に進み、吸気閉弁タイミングＩＶＣを可変吸気閉弁タイミングＩＶＣ２に設定する。 On the other hand, if the determination result in step 8 is NO and the variable intake valve closing timing IVC2 is later than the normal intake valve closing timing IVC1, the routine proceeds to step 10 where the intake valve closing timing IVC is set to the variable intake valve closing timing IVC2. To do.

以上のステップ９または１０に続くステップ１１で、吸気閉弁タイミングＩＶＣに応じて、前述した図７のマップを検索することにより、実効容積Ｖｃｙｌを算出する。同図に示すように、このマップでは、吸気閉弁タイミングＩＶＣが大きいほど、すなわちより遅いタイミングであるほど、実効容積Ｖｃｙｌがより小さい値に設定されている。これは、吸気閉弁タイミングＩＶＣが遅いほど、気筒３ａ内から吸気通路１３側に吹き戻される空気量が増大することによる。 In step 11 following step 9 or 10 described above, the effective volume Vcyl is calculated by searching the map of FIG. 7 described above according to the intake valve closing timing IVC. As shown in the figure, in this map, the effective volume Vcyl is set to a smaller value as the intake valve closing timing IVC is larger, that is, as the timing is later. This is because the amount of air blown back from the cylinder 3a toward the intake passage 13 increases as the intake valve closing timing IVC is delayed.

次いで、ステップ１２に進み、前述した式（１９）により、基本吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｂｓを算出する。次に、ステップ１３で、前述した式（２０）により、補正項Ｃｏｒ＿Ｇｃｙｌを算出する。 Next, the routine proceeds to step 12, where the basic intake air amount Gcyl_bs is calculated by the above-described equation (19). Next, in step 13, the correction term Cor_Gcyl is calculated by the above-described equation (20).

ステップ１３に続くステップ１４で、前述した式（２１）により、吸入空気量Ｇｃｙｌを算出した後、本処理を終了する。 In step 14 following step 13, the intake air amount Gcyl is calculated by the above-described equation (21), and then the present process is terminated.

本実施形態の場合、以上の図８の算出処理によって、吸入空気量Ｇｃｙｌが算出されるとともに、その算出結果は、ＥＣＵ２による燃料噴射制御処理や点火時期制御処理などの各種の制御処理に用いられる。 In the present embodiment, the intake air amount Gcyl is calculated by the calculation process of FIG. 8 described above, and the calculation result is used for various control processes such as a fuel injection control process and an ignition timing control process by the ECU 2. .

以上のように、本実施形態の吸入空気量算出装置１によれば、式（１９）により、基本吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｂｓが算出され、式（２０）により、補正項Ｃｏｒ＿Ｇｃｙｌが算出されるとともに、式（２１）に示すように、補正項Ｃｏｒ＿Ｇｃｙｌで基本吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｂｓを補正することにより、吸入空気量Ｇｃｙｌが算出される。この場合、補正項Ｃｏｒ＿Ｇｃｙｌは、式（１９）に示すように、実効容積の今回値Ｖｃｙｌ（ｋ）および前回値Ｖｃｙｌ（ｋ−１）と、体積効率の今回値ηｖ（ｋ）および前回値ηｖ（ｋ−１）とを用いて算出される。したがって、そのような補正項Ｃｏｒ＿Ｇｃｙｌで基本吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｂｓを補正することにより、吸入空気量が算出されるので、吸気閉弁タイミングＩＶＣが変化し、気筒内の吸入空気の吹き戻し量が変化したときでも、従来と異なり、それに伴う実効容積および体積効率の変化を反映させながら、吸入空気量を精度よく算出することができる。 As described above, according to the intake air amount calculation device 1 of the present embodiment, the basic intake air amount Gcyl_bs is calculated from the equation (19), the correction term Cor_Gcyl is calculated from the equation (20), and the equation As shown in (21), the intake air amount Gcyl is calculated by correcting the basic intake air amount Gcyl_bs with the correction term Cor_Gcyl. In this case, the correction term Cor_Gcyl includes the current value Vcyl (k) and the previous value Vcyl (k−1) of the effective volume, the current value ηv (k) and the previous value ηv of the volumetric efficiency, as shown in Expression (19). It is calculated using (k-1). Therefore, since the intake air amount is calculated by correcting the basic intake air amount Gcyl_bs with such correction term Cor_Gcyl, the intake valve closing timing IVC is changed, and the intake air blowback amount in the cylinder is changed. Even at times, unlike the conventional case, it is possible to accurately calculate the intake air amount while reflecting changes in effective volume and volumetric efficiency associated therewith.

さらに、前述したように、２つの吸気閉弁タイミングＩＶＣ１，ＩＶＣ２のうちの遅い方は、必ず高膨張比サイクルを実現可能な遅閉じタイミングに設定されるので、実効容積Ｖｃｙｌは、２つの吸気閉弁タイミングＩＶＣ１，ＩＶＣ２のうちの遅い方に応じて決まることになる。したがって、そのような２つの吸気閉弁タイミングＩＶＣ１，ＩＶＣ２のうちの遅い方を用いて、実効容積Ｖｃｙｌが算出されるので、その算出精度を向上させることができる。 Further, as described above, since the later of the two intake valve closing timings IVC1 and IVC2 is always set to the late closing timing capable of realizing the high expansion ratio cycle, the effective volume Vcyl is set to the two intake valve closing timings. It is determined according to the later one of the valve timings IVC1 and IVC2. Therefore, since the effective volume Vcyl is calculated using the later of the two intake valve closing timings IVC1 and IVC2, the calculation accuracy can be improved.

なお、実施形態は、可変バルブタイミング機構として、可変動弁機構１１および可変カム位相機構１２を用いた例であるが、本発明の可変バルブタイミング機構はこれに限らず、複数の吸気弁の閉弁タイミングを互いに異なるように変更可能なものであればよい。例えば、可変バルブタイミング機構として、複数の吸気弁の最大揚程および閉弁タイミングの双方を同時に無段階に変更するものを用いてもよい。 The embodiment is an example in which the variable valve timing mechanism 11 and the variable cam phase mechanism 12 are used as the variable valve timing mechanism. However, the variable valve timing mechanism of the present invention is not limited to this, and a plurality of intake valves are closed. What is necessary is just to be able to change the valve timing to be different from each other. For example, as the variable valve timing mechanism, a mechanism that changes both the maximum lift and the valve closing timing of a plurality of intake valves steplessly at the same time may be used.

また、実施形態は、本発明の吸入空気量算出装置を車両用の車両用のガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明の吸入空気量算出装置が適用される内燃機関はこれに限らず、吸気弁の閉弁タイミングが可変バルブタイミング機構によって変更される内燃機関であればよい。例えば、本発明の吸入空気量算出装置を、船舶用の内燃機関や、バイオエタノールまたはこれとガソリンの混合燃料などを燃料とする内燃機関に適用してもよい。 Further, the embodiment is an example in which the intake air amount calculation device of the present invention is applied to a vehicle gasoline engine for vehicles, but the internal combustion engine to which the intake air amount calculation device of the present invention is applied is not limited thereto. Any internal combustion engine in which the closing timing of the intake valve is changed by a variable valve timing mechanism may be used. For example, the intake air amount calculation device of the present invention may be applied to an internal combustion engine for ships or an internal combustion engine using bioethanol or a mixed fuel of gasoline and the like as fuel.

さらに、実施形態は、物理的パラメータとして、吸気温ＴＡ、吸気圧ＰＢＡ、スロットル弁開度ＴＨおよび大気圧ＰＡを用いた例であるが、本発明の物理的パラメータはこれに限らず、内燃機関の吸気通路における空気の状態を表すものであればよい。例えば、物理的パラメータとして、過給圧などを用いてもよい。 Further, the embodiment is an example in which the intake air temperature TA, the intake pressure PBA, the throttle valve opening TH, and the atmospheric pressure PA are used as physical parameters. However, the physical parameters of the present invention are not limited thereto, and the internal combustion engine It only has to represent the state of air in the intake passage. For example, a supercharging pressure or the like may be used as a physical parameter.

１吸入空気量算出装置
２ＥＣＵ（吸気閉弁タイミング検出手段、通過空気量算出手段、基本吸入空気量算出手段、実効容積算出手段、補正値算出手段、吸入空気量算出手段、理論吸入空気量算出手段、体積効率算出手段）
３内燃機関
３ａ気筒
４吸気弁
１１可変動弁機構（可変バルブタイミング機構）
１２可変カム位相機構（可変バルブタイミング機構）
１３吸気通路
１４ａスロットル弁
２０クランク角センサ（吸気閉弁タイミング検出手段）
２５カム角センサ（吸気閉弁タイミング検出手段）
ＴＡ吸気温（物理的パラメータ）
ＰＢＡ吸気圧（物理的パラメータ）
ＴＨスロットル弁開度（物理的パラメータ）
ＰＡ大気圧（物理的パラメータ）
ＩＶＣ吸気閉弁タイミング
ＩＶＣ１通常吸気閉弁タイミング
ＩＶＣ２可変吸気閉弁タイミング
Ｇｃｙｌ吸入空気量
Ｇｔｈ通過空気量
Ｇｃｙｌ＿ｂｓ基本吸入空気量
Ｃｏｒ＿Ｇｃｙｌ補正項（補正値）
ΔＴ所定周期
Ｖｃｙｌ実効容積
Ｇｓｔｄ理論吸入空気量
ηｖ体積効率 1 Intake air amount calculation device 2 ECU (intake valve closing timing detection means, passing air amount calculation means, basic intake air amount calculation means, effective volume calculation means, correction value calculation means, intake air amount calculation means, theoretical intake air Quantity calculation means, volumetric efficiency calculation means)
3 Internal combustion engine 3a Cylinder 4 Intake valve 11 Variable valve mechanism (variable valve timing mechanism)
12 Variable cam phase mechanism (variable valve timing mechanism)
13 Intake passage
14a Throttle valve 20 Crank angle sensor (Intake valve closing timing detection means)
25 Cam angle sensor (intake valve closing timing detection means)
TA Intake temperature (physical parameter)
PBA intake pressure (physical parameter)
TH throttle valve opening (physical parameter)
PA atmospheric pressure (physical parameters)
IVC Intake valve closing timing IVC1 Normal intake valve closing timing IVC2 Variable intake valve closing timing Gcyl Intake air amount
Gth passing air amount Gcyl_bs Basic intake air amount Cor_Gcyl Correction term (correction value)
ΔT Predetermined period Vcyl Effective volume Gstd Theoretical intake air amount
ηv volumetric efficiency

Claims

In an internal combustion engine in which the intake valve closing timing, which is the valve closing timing of the intake valve, is changed by the variable valve timing mechanism, and the amount of air flowing through the intake passage is changed by the throttle valve, the cylinder is passed through the intake passage of the internal combustion engine. An intake air amount calculation device for an internal combustion engine for calculating an intake air amount at a predetermined cycle as an air amount sucked into the interior,
An intake valve closing timing detecting means for detecting the intake valve closing timing;
Effective volume calculating means for calculating the effective volume of the cylinder at the predetermined period based on the detected intake valve closing timing;
A passing air amount calculating means for calculating a passing air amount, which is an air amount passing through the throttle valve, using a physical parameter representing an air state in the intake passage of the internal combustion engine;
A basic intake air amount calculating means for calculating a basic intake air amount that is a basic value of the intake air amount using the calculated passing air amount and the calculated effective volume ;
Of the calculation results of the effective volume by the effective volume calculation means, a current value that is a calculation result at the current calculation timing and a previous value that is a calculation result at the previous calculation timing are used. Correction value calculating means for calculating a correction value;
An intake air amount calculating means for calculating the intake air amount by correcting the calculated basic intake air amount with the calculated correction value;
A theoretical intake air amount calculating means for calculating a theoretical intake air amount as a theoretical value of the intake air amount;
Volumetric efficiency calculating means for calculating the volumetric efficiency of the internal combustion engine at the predetermined period using the intake air amount and the theoretical intake air amount;
Equipped with a,
The correction value calculation means includes a current value that is a calculation result at the current calculation timing and a calculation result at the calculation timing one time before this time, among the calculation results of the volume efficiency by the volume efficiency calculation means. An intake air amount calculation device for an internal combustion engine , wherein the correction value is calculated by further using the previous value .

The correction value calculation means uses the product of the current value of the effective volume and the current value of the volume efficiency, and the product of the previous value of the effective volume and the previous value of the volume efficiency, 2. The intake air amount calculation device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the correction value is calculated .

The internal combustion engine includes a plurality of the intake valves for each cylinder,
The variable valve timing mechanism is configured to be able to change the plurality of intake valve closing timings, which are valve closing timings of the plurality of intake valves, to be different from each other,
The intake air amount calculation of the internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the effective volume calculation means calculates the effective volume according to a latest value among the plurality of intake valve closing timings. apparatus.