JPH07229441A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関の各気筒の吸気通路に設けた吸気制
御弁の開閉により吸入空気量を変える内燃機関の吸気装
置において、アクセル開度の変化等の運転者が要求した
変化に対し、吸入空気量を示す信号を精度よく、かつ追
随性よく送出すること。 【構成】 内燃機関の各気筒に吸気制御弁を設け、アク
セル操作量が変化した後に最初に作動制御を開始する気
筒の空気量を、標準空気量推定手段により推定された前
記気筒の推定吸入空気量と、空気量演算手段によって実
際に吸入された空気量の算出が終了した気筒の吸気制御
弁の閉弁時期により推定された推定標準吸入空気量との
差と、空気量演算手段によって算出された実際に吸入し
た空気量とから空気量推定手段によって推定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の吸気装置、特
に吸気制御弁の開閉により吸入空気量を制御する吸気装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の各気筒の吸気通路に吸気制御
弁を配設し、この吸気制御弁の開閉時期を調節すること
によってポンピングロスを低減する方法が公知であり、
例えば特開平４−２９２５２８号公報に開示されたもの
がある。同公報の装置では、吸気制御弁の開弁期間中の
平均開度を全開よりも小さい開度に低減し、所定の吸入
空気量を得るための吸気制御弁の閉弁完了の時期を遅く
し、吸気制御弁の閉鎖から吸入工程の終了までの期間を
短くすることによってポンピングロスを低減している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記公報の
装置は、いわゆる電子制御内燃機関に使用されるもので
あるが、電子制御内燃機関においては、吸入空気量に基
づいて所要の燃料噴射量、また、火花点火機関において
はその点火時期が決定されるのでアクセル開度の変化等
の運転者の要求に対応して機関を制御するためには、ア
クセル開度の変化等に対応した空気量を迅速、正確に求
めることが最も重要である。

【０００４】ところが上記公報の装置においては吸入空
気量を吸気圧センサの信号値と吸気制御弁の開弁時間か
ら求めている。しかし吸入空気は吸気制御弁の開閉に応
じて脈動しているのである時点の信号値は吸入された全
空気量を代表していない。したがって、ある時点の信号
値をもとに吸入空気量を求めると精度よく必要とされる
空気量を求めることができない。この精度上の問題点を
解決するためには、例えば特開平１−２７１６４７号公
報に示されている様に１サイクルの間に吸入された空気
量を平均する方法があるが、同公報に示された方法では
平均値を算出する演算が終わるまで吸入空気量は求まら
ずアクセル開度の変化等に迅速に対応することができな
い。

【０００５】本発明は上記問題に鑑み、内燃機関の各気
筒の吸気通路に設けた吸気制御弁の開閉により吸入空気
量を変える内燃機関の吸気装置において、アクセル開度
の変化等の運転者が要求した変化に対し、吸入空気量を
示す信号を精度よく、かつ追随性よく送出することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、内燃機
関の各気筒の吸気通路に設けた吸気制御弁の開閉により
吸入空気量を制御する内燃機関の吸気装置において、ア
クセル操作量から吸気制御弁の閉弁時期を決定する閉弁
時期決定手段と、該閉弁時期決定手段により決定された
閉弁時期により標準吸入空気量を推定する標準空気量推
定手段と、実際に吸入された空気量を算出する空気量演
算手段と、アクセル操作量が変化した後に最初に作動制
御を開始する気筒の空気量を、標準空気量推定手段によ
り推定された前記気筒の推定標準吸入空気量と、前記空
気量演算手段によって実際に吸入された空気量の算出が
終了した気筒の吸気制御弁の閉弁時期により推定された
推定標準吸入空気量との差と、前記空気量演算手段によ
って算出された実際に吸入した空気量とから推定する空
気量推定手段とを、有することを特徴とする内燃機関の
吸気装置が提供される。

【０００７】

【作用】本発明では、アクセル操作量が変化した後に最
初に作動制御を開始する気筒の空気量を、標準空気量推
定手段により推定された前記気筒の推定標準吸入空気量
と、空気量演算手段によって実際に吸入された空気量の
算出が終了した気筒の吸気制御弁の閉弁時期により推定
された推定標準吸入空気量との差と、空気量演算手段に
よって算出された実際に吸入した空気量とから、空気量
推定手段によって推定し、該推定された空気量に基づい
てアクセル操作量が変化した後に最初に作動制御を開始
する気筒からアクセル操作量の変化に対応した制御が行
われる。

【０００８】

【実施例】以下添付図面を用いて本発明の実施例を説明
する。図１は本発明の第１の実施例の構成を模式的に現
した図であって、本第１の実施例は、空気量センサが１
個の場合である。図１において＃１、＃２、＃３、＃４
はそれぞれ１番気筒、２番気筒、３番気筒、４番気筒を
示しているがこれら各気筒に吸入される空気は、先ずエ
アクリーナ５で濾過され、空気量センサ６で計量され、
サージタンク７を経て吸気制御弁８に達し、この吸気制
御弁８が開き、且つ吸気弁９が開いている間だけ各気筒
に吸入される。また１０は燃料噴射弁、１１は点火プラ
グ、１２は点火プラグ１１に高圧電流を分配する点火装
置である。

【０００９】１００はエンジンコントロールコンピュー
タ（以下ＥＣＵという）であって、入力処理回路１１
０、第１Ａ／Ｄ変換器１２０、第２Ａ／Ｄ変換器１３
０、デジタルコンピュータ１４０、出力処理回路１５０
から成り、請求項１における閉弁時期決定手段、標準空
気量推定手段、空気量演算手段、空気量推定手段として
の作用をおこなう。

【００１０】入力処理回路１１０には、クランク角度セ
ンサ２１、基準角度センサ２２、その他各種センサ２
３、その他各種スイッチ２４からの信号が入力され、そ
れぞれ適切な処理をされてデジタルコンピュータ１５０
に送られる。また、第１Ａ／Ｄ変換器１２０には、空気
量センサ６からのアナログ信号が入力され、約１００μ
ｓｅｃ毎の比較的速い周期でＡ／Ｄ変換処理をされてデ
ジタルコンピュータ１５０に送られ、第２Ａ／Ｄ変換器
１３０にはアクセル開度センサ３１、その他各種センサ
３２からのアナログ信号が入力され約４ｍｓｅｃ毎の比
較的速い周期でＡ／Ｄ変換処理をされてデジタルコンピ
ュータ１５０に送られる。

【００１１】デジタルコンピュータ１４０は、前記入力
処理回路１１０、第１Ａ／Ｄ変換器１２０、第２Ａ／Ｄ
変換器１３０から送られてきた信号を演算処理して各種
の制御をおこなうための信号を出力処理回路１５０に送
る。出力処理回路１５０は、前記デジタルコンピュータ
１４０から送られてきた信号を、各制御対象用に振り分
け、整理して送出する。この出力処理回路１５０から送
出される信号によって吸気制御弁８の開弁時間、燃料噴
射弁１０の噴射量、点火プラグ１１の点火時期およびそ
の他のアクチュエータ４１が制御される。

【００１２】次に、上記の様に構成された実施例におけ
る空気量の算出と、その空気量を用いた燃料噴射量ある
いは点火時期の制御について説明する。始めに、空気量
センサ６から送られてくる空気量センサ信号の処理につ
いて説明する。上述の様に、本実施例では、第１Ａ／Ｄ
変換器１２０と第２Ａ／Ｄ変換器１３０の２個のＡ／Ｄ
変換器を備え、第１Ａ／Ｄ変換器１２０は空気量センサ
６から送られてくる空気量センサ信号からのアナログ信
号のＡ／Ｄ変換を、第２Ａ／Ｄ変換器１３０はアクセル
開度センサ３１、その他各種センサ３２からのアナログ
信号のＡ／Ｄ変換をおこなうが、第１Ａ／Ｄ変換器１２
０は約１００μｓｅｃ毎の比較的速い周期で、第２Ａ／
Ｄ変換器１３０は約４ｍｓｅｃ毎の比較的遅い周期で実
行される。

【００１３】第１Ａ／Ｄ変換器１２０のＡ／Ｄ変換終了
毎に図２のフローチャートに示される様に、起動される
割り込み演算処理にて、Ａ／Ｄ変換値の読み込み、物理
量への換算、物理量換算値の積算を実行する。以下、図
２のフローチャートの各ステップの説明をする。 ・ステップ１０１では、現在時刻をＡ／Ｄ変換終了時の
時刻ＴADEND として読み込む。 ・ステップ１０２では、Ａ／Ｄ変換された値を読み込
む。 ・ステップ１０３では、ステップ１０２で読み込んだ値
を物理量である空気量ＧＡに変換する。 ・ステップ１０４では、今回求めた空気量ＧＡを前回ま
でに求めた空気量の和ΣＧＡ(i-1) に加算し、今回まで
の和ΣＧＡを求める。 ・ステップ１０５では、前回までに空気量ＧＡを加算し
た個数ＣGA(i-1) に１を加算し、今回までの空気量ＧＡ
を加算した個数ＣGAを求める。 ・ステップ１０６では、次のＡ／Ｄ変換開始の時刻ＴAD
STA にＡ／Ｄ変換終了時の時刻ＴADEND に１００μｓｅ
ｃを加算した値ＴADEN＋１００μｓｅｃをセットする。 ・ステップ１０７では、Ａ／Ｄ変換開始タイマーにＴAD
STA をセットして終了する。

【００１４】また、図３のフローチャートに示される様
に、クランク角度センサ２１、基準角度センサ２２の信
号に応じて設定されたクランク角度毎に、前記物理量換
算値の積算値を積算回数で割って、その設定されたクラ
ンク角度の間の平均値を求めるが、本実施例の様に４気
筒エンジンの場合には、各気筒の吸気行程に同期した１
８０°ＣＡ区間が前記の平均値を求める平均期間として
設定される。以下、図３のフローチャートの各ステップ
の説明をする。 ・ステップ２０１では、空気量平均タイミングかどうか
を判定し、ＹＥＳであればステップ２０２に進み、ＮＯ
であれば終了する。 ・ステップ２０２では、図２のステップ１０４で求めた
ΣＧＡをＭΣＧＡに置き換える。 ・ステップ２０３では、図２のステップ１０５で求めた
ＣＧＡをＭＣＧＡに置き換える。 ・ステップ２０４では、図２のステップ１０４で求めた
ΣＧＡに０を入れクリアする。 ・ステップ２０５では、図２のステップ１０５で求めた
ＣＧＡに０を入れクリアする。 ・ステップ２０６では、ＭΣＧＡをＭＣＧＡで除算し、
空気量平均値ＧＡ_AVE を求め終了する。

【００１５】次に、本発明の特徴となる制御について説
明するが、制御の対象となるのは吸気制御弁８、燃料噴
射弁１０、点火装置１２、およびその他のアクチュエー
タ４１であるが、ここでは吸気制御弁８と燃料噴射弁１
０についての説明をおこない、点火装置１２、およびそ
の他のアクチュエータ４１の説明は省略する。そして、
吸気制御弁８の開弁時期は対応気筒の吸気ＴＤＣ前１８
０°ＣＡに固定的にセットされ、閉弁時期が可変とされ
るが閉弁時期を最終的に確定し、その確定された時期を
セットするのは対応気筒の吸気ＴＤＣの時点でおこなわ
れる。また、燃料噴射弁１０の制御は、吸気ＴＤＣ前１
８０°ＣＡの時点で燃料噴射時間が演算され、吸気ＴＤ
Ｃ前６０°ＣＡで噴射終了となる様におこなわれる。

【００１６】以下、図４を参照して＃２気筒の制御につ
いて説明していくが、図４中の▽印（＃２気筒の吸気Ｔ
ＤＣ１８０°ＣＡ前）を基準時点として＃２気筒の制御
量が演算される。なお、アクセル踏み込み量の変化は前
記▽印前１８０°ＣＡの間の例えば▼印の時点で発生し
ている。

【００１７】（１）吸気制御弁の要求閉弁時期の演算：
この基準時点におけるアクセル開度センサ信号などに応
じて図５に示されるフローチャートにしたがって要求閉
弁時期を予め記憶された特性マップ（図示しない）によ
り決定する。この基準時点で決定された要求閉弁時期が
１８０°ＣＡ遅れて吸気が始まる＃２気筒で実行され
る。なお、図５のフローチャートは簡単であるので各ス
テップの説明は省略する。

【００１８】（２）平均空気量の演算：この基準時点で
算出される平均空気量は、基準時点の前１８０°ＣＡ間
の空気量センサ信号から物理量である空気量に変換され
た値を積算して平均化したものであり、＃３気筒に実際
に吸入された空気量を示すものである。この空気量に対
応する吸気制御弁の閉弁時期はこの基準時点の前１８０
°ＣＡ間に実行されたものであり、それはこの基準時点
の前３６０°ＣＡの時点で算出されたものである。

【００１９】（３）空気増減量の演算：先ず、この基準
時点から１８０°ＣＡ〜３６０°ＣＡ後に吸入される＃
２気筒の空気量を決定する上記の（１）で決定された要
求閉弁時期を用いて、予め実験的に求められ、記憶され
ている閉弁時期、エンジン回転数に対する吸入空気量マ
ップ（図６）から、＃２気筒に吸入されるであろう推定
空気量を求める。次に、この基準時点で最新の積算平均
された空気量が求まっている＃３気筒について、この基
準時点から３６０°ＣＡ前に算出され、実行された閉弁
時期から、前記と同様に、吸入空気量マップ（図６）か
ら、＃３気筒の推定空気量を求める。ここで、＃３気筒
については、既に、この基準時点で最新の積算平均され
た実際の空気量が求まっているにもかかわらず推定空気
量を求め直すのは、後述する様に空気増減量の演算にお
いて、減算される方の＃２気筒の空気量が推定空気量で
あり、減算する方の値を実際の空気量にすると一方にの
み環境条件等の要素が入り込み好ましくないためであ
る。この様にして算出された＃２気筒の推定空気量から
＃３気筒の推定空気量を減算した値を、吸気制御弁の閉
弁時期変化に基づいた空気増減量として算出する。

【００２０】（４）空気量予測値の演算：上記（２）で
求めたこの基準時点で算出された最新の空気量、この場
合、＃３気筒に実際に吸入された空気量に、上記（３）
で求めた空気増減量を加算した値を、第２気筒が吸入す
るであろう空気量予測値とする。

【００２１】（５）燃料噴射時間、点火時期の演算：上
記（４）で求めた空気量予測値に基づいて燃料噴射量、
点火時期の制御量の演算をおこなう。

【００２２】また、本実施例では空気増減量算出に用い
た閉弁時期、エンジン回転数に対するマップ（図６）の
学習補正をおこなっている。これは、標準状態で実験的
に求めた前記空気量マップと実際の空気量がずれるの
は、主に気圧、気温の変化によるものと考えられエンジ
ン条件によらず、ほぼ一率に変化するものが多いので、
平均空気量が求まる毎に、対応する閉弁時期により前記
空気量マップから標準空気量を求め、この標準空気量に
対する実際の平均空気量の誤差率を求め、その誤差率に
応じて、標準空気量学習補正係数を更新し、この標準空
気量学習補正係数を前記の空気増減量算出の際の空気量
の推定に反映させるものであって、これによって空気量
の推定精度が向上する。

【００２３】したがって、本実施例では、アクセル操作
量が変化した後に最初に作動制御を開始する気筒の空気
量を、前記気筒の推定標準吸入空気量と実際に吸入され
た空気量の算出が終了した気筒の吸気制御弁の閉弁時期
により推定された推定標準吸入空気量との差と、前記実
際に吸入した空気量とから空気量推定手段によって推定
し、該推定された空気量に基づいてアクセル操作量が変
化した後に最初に作動制御を開始する気筒からアクセル
操作量の変化に対応した制御が行われ、アクセル操作量
が変化し、実際に吸入される空気量が変わった時に、燃
料噴射量や点火時期等も、それに遅滞無く対応した値が
精度良く推定されて提供される。

【００２４】図７および図８は上記の制御のフローチャ
ートで、このフローチャートにしたがってＥＣＵが作動
する。また、図９は各種演算のタイミングを示す詳細図
である。 ・ステップ１００１では、図２に示した内容で空気量の
平均処理をおこなう。 ・ステップ１００２では、１８０°ＣＡ回転するのに要
する時間からエンジン回転数を算出する。 ・ステップ１００３では、第Ｎ気筒の吸気ＴＤＣかどう
かを判定し、ＹＥＳであればステップ１００４に進み、
ＮＯであれば終了する。

【００２５】・ステップ１００４では、第Ｎ＋１気筒の
吸気制御弁を開弁処理する。 ・ステップ１００５では、第Ｎ−１気筒の吸気制御弁の
実行閉弁時期を読み込む。 ・ステップ１００６では、第Ｎ気筒の吸気制御弁の要求
閉弁時期を読み込む。 ・ステップ１００７では、前回（第Ｎ−１気筒）と今回
（第Ｎ気筒）の回転数の差分を今回の回転数に加算し
て、次回（第Ｎ＋１気筒）の回転数を推定する。

【００２６】・ステップ１００８では、第Ｎ＋１気筒の
吸気制御弁の要求閉弁時期を、ステップ１００７で求め
た回転数と、別途入力されたアクセル開度データに基づ
き２次元マップを補間して求める。 ・ステップ１００９では、クランク角で表されている第
Ｎ気筒の吸気制御弁の要求閉弁時期θＶＣ１を平均回転
速度を基に時間ＴＶＣ１に変換する。 ・ステップ１０１０では、第Ｎ気筒の吸気制御弁の要求
閉弁時期をセットする（吸気ＴＤＣ割り込み時刻＋ステ
ップ１００９で求めた時間ＴＶＣ１を出力タイマにセッ
トする）。 ・ステップ１０１１では、θＶＣ０とＮＥ０から図６の
２次元マップを補間して前回（第Ｎ−１気筒）の標準空
気量ＧＡＳＴＤ０を算出する。

【００２７】・ステップ１０１２では、図３で求めた前
回（第Ｎ−１気筒）に実際に吸入された空気量の平均値
をステップ１０１１で求めた前回（第Ｎ−１気筒）の標
準空気量ＧＡＳＴＤ０で除算し、その比ｆＧＡを求め
る。これが、本実施例における一方の特徴である学習補
正の補正係数である。 ・ステップ１０１３では、θＶＣＸとＮＥＸから図６の
２次元マップを補間して次回（第Ｎ＋１気筒）の標準空
気量ＧＡＳＴＤＸを算出する。 ・ステップ１０１４では、ステップ１０１３で求めた標
準空気量ＧＡＳＴＤＸからステップ１０１１で求めた標
準空気量ＧＡＳＴＤ０を減算し、それにステップ１０１
２で求めた補正係数ｆＧＡを乗算し空気増減量推定値Δ
ＧＡを求める。

【００２８】・ステップ１０１５では、図３で求めた前
回（第Ｎ−１気筒）に実際に吸入された空気量にステッ
プ１０１４で求めた空気増減量推定値ΔＧＡを加算し、
その和を回転数ＮＥで除算し、さらに６０で除算して、
次回（第Ｎ＋１気筒）の１回転当たりの空気量ＧＮを求
める。 ・ステップ１０１６では、ステップ１０１５で求めた１
回転当たりの空気量ＧＮに、係数Ｋ_TAU 、ｆＴＯＴＡＬ
を乗算し、その結果に基本噴射時間ＴＡＵＶを加算して
次回（第Ｎ＋１気筒）の１気筒当たりの燃料噴射時間Ｔ
ＡＵを求める。 ・ステップ１０１７では、ステップ１０１６で求めた１
気筒当たりの燃料噴射時間ＴＡＵに基づいて次回（第Ｎ
＋１気筒）の燃料噴射処理をおこない終了する。

【００２９】図１０は本発明の第２の実施例の構成を模
式的に示した図である。第１の実施例においては空気量
センサ６がエアクリーナ５とサージタンク７の間に１個
だけしか配設されていないのに対し、本第２の実施例で
は、各気筒の吸気制御弁８と吸気バルブ９の間にそれぞ
れ１個づつ、合計４個の空気量センサ６が配設され、各
空気量センサ６の信号電圧がＥＣＵ１００の第１Ａ／Ｄ
変換器１２０に送出される。したがって、第１Ａ／Ｄ変
換器１２０はＡ／Ｄ変換するセンサ信号を切り換える必
要があるが、その後の処理については第１の実施例と同
じである。本第２の実施例は第１の実施例に比べて、１
つの気筒の吸入空気量だけを検出できるため精度が良い
が、気筒数分の空気量センサが必要となり高価である。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、上記の様に構成され作用する
ので、アクセル操作量が変化した後に最初に作動制御を
開始する気筒の空気量を、標準空気量推定手段により推
定された前記気筒の推定標準吸入空気量と空気量演算手
段によって実際に吸入された空気量の算出が終了した気
筒の吸気制御弁の閉弁時期により推定された推定標準吸
入空気量との差と、前記空気量演算手段によって算出さ
れた実際に吸入した空気量とから空気量推定手段によっ
て推定し、該推定された空気量に基づいてアクセル操作
量が変化した後に最初に作動制御を開始する気筒からア
クセル操作量の変化に対応した制御が行われ、アクセル
操作量が変化し、実際に吸入される空気量が変わった時
に、燃料噴射量や点火時期等も、それに遅滞無く対応し
た値が提供される。したがって、吸気制御弁を設け閉弁
時期を遅らせることによりポンピングロスを低減させる
過程において、排気エミッション、ドライバビリティ、
燃費を悪化させることなくこれを実施することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を模式的に現した
図である。

【図２】第１Ａ／Ｄ変換器１２０のＡ／Ｄ変換終了毎に
起動される割り込み演算処理のフーチャートである。

【図３】第１Ａ／Ｄ変換器１２０出行われる空気量平均
値の演算のフーチャートである。

【図４】本発明の第１の実施例による制御を模式的に現
した図である。

【図５】吸気制御弁の要求閉弁時期を算出するフローチ
ャートである。

【図６】予め実験的に求められ記憶されている閉弁時
期、エンジン回転数に対する吸入空気量のマップ。

【図７】本発明の第１の実施例による制御のフローチャ
ートである。

【図８】本発明の第１の実施例による制御のフローチャ
ートである。

【図９】図７、図８による制御の各演算のタイミングを
示す図である。

【図１０】本発明の第２の実施例の構成を模式的に現し
た図である。

【符号の説明】

＃１…１番気筒 ＃２…２番気筒 ＃３…３番気筒 ＃４…４番気筒 ５…エアクリーナ ６…空気量センサ ７…サージタンク ８…吸気制御弁 ９…吸気バルブ １０…燃料噴射弁 １１…点火プラグ １２…点火装置 ２１…クランク角度センサ ２２…基準角度センサ ２３…その他各種センサ ２４…その他各種スイッチ ３１…アクセル開度センサ ３２…その他各種センサ ４１…その他各種アクチュエータ １００…ＥＣＵ １１０…入力処理回路 １２０…第１Ａ／Ｄ変換器 １３０…第２Ａ／Ｄ変換器 １４０…デジタルコンピュータ １５０…出力処理回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の各気筒の吸気通路に設けた吸
   気制御弁の開閉により吸入空気量を制御する内燃機関の
   吸気装置において、 アクセル操作量から吸気制御弁の閉弁時期を決定する閉
   弁時期決定手段と、 該閉弁時期決定手段により決定された閉弁時期により標
   準吸入空気量を推定する標準空気量推定手段と、 実際に吸入された空気量を算出する空気量演算手段と、 アクセル操作量が変化した後に最初に作動制御を開始す
   る気筒の空気量を、標準空気量推定手段により推定され
   た前記気筒の推定標準吸入空気量と、前記空気量演算手
   段によって実際に吸入された空気量の算出が終了した気
   筒の吸気制御弁の閉弁時期により推定された推定標準吸
   入空気量との差と、前記空気量演算手段によって算出さ
   れた実際に吸入した空気量とから推定する空気量推定手
   段とを、有することを特徴とする内燃機関の吸気装置。