KR20050097539A

KR20050097539A - 내연기관에 있어서의 충전 공기량 연산

Info

Publication number: KR20050097539A
Application number: KR1020057014464A
Authority: KR
Inventors: 나오히데 후와
Original assignee: 도요다 지도샤 가부시끼가이샤
Priority date: 2003-02-05
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2005-10-07
Also published as: JP4029739B2; DE602004014477D1; US20060037596A1; KR100814647B1; JP2004263571A; WO2004070185A1; CN100408836C; CN1748079A; US7151994B2; EP1593829A1; EP1593829A4; EP1593829B1

Abstract

실린더내 공기 충전량의 연산 모델 (22, 24) 은, 흡기 유량 (Ms) 에 의거하여 추정 흡기압 (Pe) 을 구하고, 이 추정 흡기압 (Pe) 으로부터 충전 공기량 (Mc) 을 구하는 모델이다. 교정 실행부 (26) 는, 차량의 운행중에 있어서, 추정 흡기압 (Pe) 과 실측 흡기압 (Ps) 의 관계에 의거하여서 이 연산 모델을 교정한다.

Description

내연기관에 있어서의 충전 공기량 연산 {CALCULATION OF AIR CHARGE AMOUNT IN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 차량에 탑재된 내연기관에 있어서의 충전 공기량의 연산기술에 관한 것이다.

내연기관의 충전 공기량을 결정하는 방법으로는, 주로 이하의 2 개의 방법이 이용되고 있다. 제 1 방법은, 흡기 경로에 형성된 유량 센서 (「에어 플로우 미터」라 한다) 에 의해 측정되는 흡기 유량을 사용하는 방법이다. 제 2 방법은, 흡기 경로에 형성된 압력 센서에 의해 측정되는 압력을 사용하는 방법이다. 또한, 유량 센서와 압력 센서 두 가지를 이용하여 충전 공기량을 보다 정밀하게 구하는 방법도 제안되어 있다 (일본 공개특허공보 2001-50090 호).

그러나, 유량 센서나 압력 센서 등의 측정기는, 개개의 측정기마다 그 특성이 상당히 다른 경우가 있다. 또한, 유량 센서 또는 압력 센서의 측정치로부터 충전 공기량을 산출할 때의 정밀도도, 내연기관의 구성요소의 개체 차이에 따른 영향을 받는다. 또한, 내연기관의 사용을 개시할 때에는 정확하게 충전 공기량을 산출할 수 있었던 경우라도, 경년적인 변화에 의해 충전 공기량의 계산 정밀도가 저하되어 버리는 경우가 있다. 이와 같이, 종래에는 내연기관의 충전 공기량을 틀림없이 정밀하게 산출할 수 없는 경우가 있었다.

도 1 은, 실시예로서의 제어 장치의 구성을 나타내는 개념도이다.

도 2 는, 가변동 밸브 기구 (114) 에 의한 흡기 밸브 (112) 의 개밸브/폐밸브 타이밍의 조정의 모습을 나타내는 도면이다.

도 3 은, 실린더내 충전 공기량 연산부 (18) 의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 4 는, 흡기 배관 모델 (22) 과 흡기 밸브 모델 (24) 의 일례를 나타내는 설명도이다.

도 5 는, 제 1 실시예에 있어서의 모델의 교정 순서를 나타내는 흐름도이다.

도 6 은, 단계 S4, S5 에 있어서의 교정 처리의 일례를 나타내는 설명도이다.

도 7 은, 제 2 실시예에 있어서의 모델의 교정 순서를 나타내는 흐름도이다.

도 8 은, 에어 플로우 미터 (130) 에 의한 실측 흡기 유량 (Ms) 의 오차에 기인한 추정 흡기압 (Pe) 의 산출 오차를 나타내는 설명도이다.

발명의 개시

본 발명은, 종래보다 더 정밀하게 내연기관의 충전 공기량을 구하기 위한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 한 형태에 의한 제어 장치는, 차량에 탑재된 내연기관의 제어 장치로서, 상기 내연기관의 연소실에 접속된 흡기 경로에 있어서의 새 공기의 유량을 측정하기 위한 유량 센서와, 상기 유량 센서의 측정치 및 상기 흡기 경로내의 압력을 파라미터로서 포함하는 연산 모델에 따라서 상기 연소실로의 충전 공기량을 연산하는 충전 공기량 연산부와, 상기 흡기 경로내의 압력을 측정하는 압력 센서와,

상기 유량 센서의 측정치와 상기 압력 센서의 측정치에 의거하여 상기 연산 모델을 교정하는 교정 실행부를 구비한다.

이 장치에 의하면, 유량 센서와 압력 센서의 측정치에 의거하여 연산 모델의 교정을 행하기 때문에, 내연기관의 구성요소의 개체 차이나, 경년 변화에 따른 오차를 보상할 수 있다. 그 결과, 종래보다 더 정밀하게 충전 공기량을 구할 수가 있다.

또, 본 발명은, 여러 가지 양태로 실현하는 것이 가능하고, 예를 들어, 내연기관의 제어 장치 또는 방법, 충전 공기량의 연산 장치 또는 방법, 그들 장치를 구비한 엔진이나 차량, 그들 장치 또는 방법의 기능을 실현하기 위한 컴퓨터 프로그램, 그 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록 매체 등의 양태로 실현할 수가 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

실시예에 기초하여 본 발명의 실시형태에 관해 이하의 순서로 설명한다.

A. 장치 구성 :

B. 연산 모델 교정의 제 1 실시예 :

C. 연산 모델 교정의 제 2 실시예 :

D. 변형예 :

A. 장치 구성 :

도 1 은, 본 발명의 일 실시예로서의 제어 장치의 구성을 나타내고 있다. 이 제어 장치는, 차량에 탑재된 가솔린 엔진 (100) 을 제어하는 장치로서 구성되어 있다. 엔진 (100) 은, 공기 (새 공기) 를 연소실에 공급하기 위한 흡기관 (110) 과, 연소실로부터 배기를 외부로 배출하기 위한 배기관 (120) 을 구비하고 있다. 연소실에는, 연료를 연소실내에 분사하는 연료 분사 밸브 (101) 와, 연소실내의 혼합기를 착화시키기 위한 점화 플러그 (102) 와, 흡기 밸브 (112) 와, 배기 밸브 (122) 가 형성되어 있다.

흡기관 (110) 에는, 상류측으로부터 순서대로 흡기 유량을 측정하기 위한 에어 플로우 미터 (130; 유량 센서) 와, 흡기 유량을 조정하기 위한 스로틀 밸브 (132) 와, 서지 탱크 (134) 가 형성되어 있다. 서지 탱크 (134) 에는, 온도 센서 (136; 흡기온 센서) 와 압력 센서 (138; 흡기압 센서) 가 형성되어 있다. 서지 탱크 (134) 의 하류측의 흡기 경로는, 복수의 연소실에 접속된 다수의 분기관으로 나누어져 있는데, 도 1 에서는 간략화되어 1 개의 분기관만이 그려져 있다. 배기관 (120) 에는, 공연비 센서 (126) 와, 배기중의 유해 성분을 제거하기 위한 촉매 (128) 가 형성되어 있다. 또, 에어 플로우 미터 (130) 나 압력 센서 (138) 는, 다른 위치에 형성하는 것도 가능하다. 또한, 본 실시예에서는 연료를 직접 연소실내에 분사하고 있지만, 흡기관 (110) 에 연료를 분사하도록 해도 된다.

엔진 (100) 의 흡기 동작과 배기 동작은, 흡기 밸브 (112) 와 배기 밸브 (122) 의 개폐 상태에 따라서 전환된다. 흡기 밸브 (112) 와 배기 밸브 (122) 에는, 그 개폐 타이밍을 조정하기 위한 가변동 밸브 기구 (114, 124) 가 각각 형성되어 있다. 이들 가변동 밸브 기구 (114, 124) 는, 개밸브 기간의 크기 (소위 작용각) 와, 개밸브 기간의 위치 (「개밸브 기간의 위상」 또는 「VVT (Variable Valve Timing) 위치」라고도 한다) 를 변경할 수 있다. 이러한 가변동 밸브 기구로는, 예를 들어, 본 출원인에 의해 개시된 일본 공개특허공보 2001-263015 호에 기재된 것을 이용할 수 있다. 또는, 전자 밸브를 사용하여 작용각과 위상을 변경할 수 있는 가변동 밸브 기구를 이용하는 것도 가능하다.

엔진 (100) 의 운전은 제어 유닛 (10) 에 의해 제어된다. 제어 유닛 (1O) 은, 내부에 CPU, RAM, ROM 을 구비하는 마이크로 컴퓨터로 구성되어 있다. 이 제어 유닛 (10) 에는, 여러 가지 센서로부터의 신호가 공급되고 있다. 이들 센서에는, 상기 센서 (136, 138, 126) 외에, 노크 센서 (104) 와, 엔진 수온을 검출하는 수온 센서 (106) 와, 엔진 회전수를 검출하는 회전수 센서 (108) 와, 엑셀(acceleration) 센서 (109) 가 포함되어 있다.

제어 유닛 (10) 의 도시되지 않는 메모리에는, 흡기 밸브 (112) 의 개밸브 기간의 위상 (즉, VVT 위치) 을 설정하기 위한 VVT 맵 (12) 과, 흡기 밸브 (112) 의 작용각을 설정하기 위한 작용각 맵 (14) 이 기억되어 있다. 이들 맵은, 엔진 (100) 의 회전수나 부하, 엔진 수온 등에 따라서 가변동 밸브 기구 (114, 124) 또는 점화 플러그 (102) 의 동작 상태를 설정하기 위해서 사용된다. 제어 유닛 (10) 의 메모리에는, 또한, 연료 분사 밸브 (101) 에 의한 연소실 내로의 연료 공급량을 제어하기 위한 연료 공급 제어부 (16) 와, 연소실 내로 유입하는 공기량을 산출하기 위한 실린더 내 충전 공기량 연산부 (18) 의 기능을 실행하는 프로그램이 격납되어 있다.

도 2 는, 가변동 밸브 기구 (114) 에 의한 흡기 밸브 (112) 의 개밸브/폐밸브 타이밍의 조정 모습을 나타내고 있다. 본 실시예의 가변동 밸브 기구 (114) 에서는, 개밸브 기간의 길이 (작용각; θ) 는, 밸브축의 리프트량을 변경함으로써 조정된다. 또한, 개밸브 기간의 위상 (개밸브 기간의 중심; φ) 은, 가변동 밸브 기구 (114) 가 갖는 VVT 기구 (가변 밸브 타이밍 기구) 를 사용하여 조정된다. 또, 이 가변동 밸브 기구 (114) 는, 흡기 밸브 (112) 의 작용각과, 개밸브 기간의 위상을 독립적으로 변경 가능하다. 따라서, 엔진 (100) 의 운전 상태에 따라서, 흡기 밸브 (112) 의 작용각과 개밸브 기간의 위상이 각각 바람직한 상태로 설정된다. 배기 밸브 (122) 용의 가변동 밸브 기구 (124) 도 이것과 동일한 특성을 가지고 있다.

B. 연산 모델 교정의 제 1 실시예 :

도 3 은, 실린더내 충전 공기량 연산부 (18) 의 구성을 나타내는 블록도이다. 실린더내 충전 공기량 연산부 (18) 는, 흡기 배관 모델 (22) 과, 흡기 밸브 모델 (24) 과, 교정 실행부 (26) 를 포함하고 있다. 흡기 배관 모델 (22) 은 에어 플로우 미터 (130) 의 출력 신호 (Ms) 에 의거하여 서지 탱크 (134) 에 있어서의 흡기압의 추정치 (Pe; 이하 「추정 흡기압」이라 한다) 를 구하기 위한 모델이다. 흡기 밸브 모델 (24) 은, 이 추정 흡기압 (Pe) 에 의거하여 실린더 내 충전 공기량 (Mc) 을 구하기 위한 모델이다. 여기서, 「실린더내 충전 공기량 (Mc)」이란, 연소실의 1 회의 연소 사이클에 있어서 연소실내에 도입되는 공기량을 의미하고 있다. 교정 실행부 (26) 는, 압력 센서 (138) 로 측정되는 흡기압 (Ps; 「실측 흡기압」이라 한다) 과, 흡기 배관 모델 (22) 에서 얻어진 추정 흡기압 (Pe) 에 따라서 흡기 밸브 모델 (24) 의 교정을 실행한다.

도 4 는, 흡기 배관 모델 (22) 과 흡기 밸브 모델 (24) 의 일례를 나타내고 있다. 이 흡기 배관 모델 (22) 은, 흡기 유량 (Ms) 외에, 전회 계산시의 실린더내 충전 공기량 (Mc^#; 후술한다) 과, 흡기 온도 (Ts) 를 입력으로 하여 추정 흡기압 (Pe) 을 구하고 있다. 흡기 배관 모델은, 예를 들어 다음 (1) 식으로 나타낼 수 있다.

여기서, Pe 는 추정 흡기압, t 는 시간, R 은 기체 정수, Ts 는 흡기 온도, V 는 에어 플로우 미터 (130) 이후의 흡기관 (110) 의 전체 용적, Ms 는 에어 플로우 미터 (130) 로 측정된 흡기 유량 (몰/초), Mc 는 실린더내 충전 공기량을 단위 시간당 유량 (몰/초) 으로 환산한 값이다. (1) 식을 적분하면, 추정 흡기압 (Pe) 은 (2) 식으로 주어진다.

여기서, k 는 상수, Δt 는 (2) 식에 의한 계산을 실행하는 주기, Mc^# 는 전회 계산시의 실린더내 흡기 유입량, Pe^# 는 전회 계산시의 추정 흡기압이다. (2) 식의 우변의 값은 각각 이미 알려져 있기 때문에, (2) 식에 따라서 추정 흡기압 (Pe) 을 일정한 시간 Δt 마다 산출할 수 있다.

또, 흡기 온도 (Ts) 는 흡기관 (110) 에 형성된 온도 센서 (136; 도 1) 로 실측하는 것이 바람직하지만, 외기온을 측정하는 다른 온도 센서의 측정치를 흡기 온도 (Ts) 로 사용해도 된다.

흡기 밸브 모델 (24) 은, 추정 흡기압 (Pe) 과 충전 효율 (ηc) 의 관계를 나타내는 맵을 갖고 있다. 즉, 흡기 배관 모델 (22) 로부터 주어진 추정 흡기압 (Pe) 을 흡기 밸브 모델 (24) 에 입력하면, 충전 효율 (ηc) 을 얻을 수 있다. 잘 알려져 있는 바와 같이, 충전 효율 (ηc) 은 (3) 식에 따르고 있고, 실린더 내 충전 공기량 (Mc) 에 비례한다.

여기서, kc 는 정수이다. 추정 흡기압 (Pe) 과 충전 효율 (ηc) 의 관계를 나타내는 맵은, 운전 조건 (Nen, θ, φ) 에 따라서 복수개가 준비되어 있고, 운전 조건에 따른 적절한 맵이 선택되어 사용된다. 이 실시예에서는, 흡기 밸브 모델 (24) 에서 사용하는 운전 조건은, 엔진 회전수 (Nen) 와, 흡기 밸브 (112) 의 작용각 (θ) 및 위상 (φ; 도 2) 의 3 개의 운전 파라미터로 규정되어 있다.

도 4(B) 는, 작용각 (θ) 을 파라미터로 한 흡기 밸브 모델 (24) 의 맵의 일례를 나타내고 있다. 여기서는, 작용각 (θ) 마다 추정 흡기압 (Pe) 과 충전 효율 (ηc) 과의 관계가 설정되어 있다. 이러한 맵을 사용함으로써 추정 흡기압 (Pe) 으로부터 충전 효율 (ηc) 을 구할 수 있다.

또, 흡기 밸브 모델 (24) 에 있어서, 충전 효율 (ηc) 은 파라미터 (Pe, Nen, θ, φ) 에 의존하기 때문에, 이 충전 효율 (ηc) 은, 다음 (4) 식으로 나타내는 바와 같이 이들 파라미터의 함수이다.

실린더 내 충전 공기량 (Mc) 은, 예를 들어 이하의 (5) 식으로 나타낼 수 있다.

여기서, Ts 는 흡기 온도, Tc 는 실린더 내 가스 온도, ka, kb 는 계수이다. 이들 계수 ka, kb 는, 운전 조건 (Nen, θ, φ) 에 따라서 각각 적합한 값으로 설정된다. (5) 식을 사용하는 경우에는, 흡기 온도 (Ts) 나 실린더 내 가스 온도 (Tc) 의 측정치 또는 추정치와, 운전 조건에 따라서 결정되는 파라미터 (ka, kb) 를 사용하여, 추정 흡기압 (Pe) 으로부터 충전 효율 (ηc) 을 산출하는 것이 가능하다.

실린더 내 충전 공기량 (Mc) 은, 상기 (2) 식과 (5) 식을 사용하여 연산할 수가 있다. 이 경우에는, 먼저 (2) 식의 흡기 배관 모델 (22) 에 따라서 추정 흡기압 (Pe) 을 산출한다. 이 때, 전회 계산시에 있어서, (5) 식의 흡기 밸브 모델 (24) 에 따라서 얻어진 실린더 내 충전 공기량 (Mc^#) 의 값이 이용된다. 그리고, 이 추정 흡기압 (Pe) 을 사용하여, (5) 식의 흡기 밸브 모델 (24) 에 따라서 이번회의 실린더 내 충전 공기량 (Mc; 또는 충전 효율 (ηc)) 이 산출된다.

상기 설명에서 이해할 수 있는 바와 같이, 본 실시예의 연산 모델에서는, 흡기 배관 모델 (22) 에 의한 추정 흡기압 (Pe) 의 연산은, 흡기 밸브 모델 (24) 에 의한 연산 결과 (Mc^#) 를 이용하고 있다. 따라서, 흡기 밸브 모델 (24) 에 오차가 발생하고 있으면, 추정 흡기압 (Pe) 의 값에도 오차가 발생하게 된다.

그런데, 흡기 밸브 모델 (24) 은, 가변동 밸브 기구를 갖는 흡기 밸브를 이용하는 경우에는, 경년적으로 변화할 가능성이 높다. 그 이유의 하나는, 흡기 밸브의 밸브체와 연소실의 흡기구 사이의 간극에 침착물(deposit)이 부착되어, 그 결과 밸브 개도와 유로 저항의 관계가 변해버리는 것에 있다. 이러한 밸브 위치에 있어서의 유로 저항의 경년 변화는, 특히 작용각 (θ; 도 2) 이 작은 운전 상태에 있어서 영향이 크다. 한편, 가변동 밸브 기구를 구비하고 있지 않은 통상의 흡배기 밸브 (온/오프 동작만을 행하는 밸브) 에서는, 작용각 (θ) 을 변경할 수 없기 때문에 이러한 문제는 적다. 따라서, 밸브 위치에 있어서의 유로 저항의 경년 변화는, 가변동 밸브 기구에서 더 큰 문제가 된다.

또한, 작용각 (θ) 을 변경 가능한 가변동 밸브 기구 중에는, 도 2 에 예시한 바와 같이 리프트량의 변경에 따라서 작용각 (θ) 이 변경되는 제 1 타입과, 리프트량의 최대치가 일정하게 유지되어 작용각 (θ) 만이 변경되는 제 2 타입이 존재한다. 밸브 위치에 있어서의 유로 저항의 경년 변화는, 특히 이 제 1 타입의 가변동 밸브 기구에 있어서 특히 현저하다.

이와 같이, 엔진의 흡기계의 경년 변화에 의해, 흡기 배관 모델 (22) 이나 흡기 밸브 모델 (24) 에 오차가 생기는 경우가 있다. 또한, 엔진의 개체 차이나, 센서 (130, 138) 의 개체 차이에 의해서도 흡기 배관 모델 (22) 이나 흡기 밸브 모델 (24) 에 오차가 생기는 경우가 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 이들 모델 (22, 24) 을 차량의 운전중에 교정함으로써 그 오차를 보상하고 있다.

도 5 는, 제 1 실시예에 있어서 실린더내 충전 공기량 (Mc) 의 연산 모델의 교정을 실행하는 루틴을 나타내는 흐름도이다. 이 루틴은, 소정의 시간마다 반복 실행된다.

단계 S1 에서는, 교정 실행부 (26) 가, 엔진 (100) 의 운전이 정상 상태에 있는지의 여부를 판단한다. 여기서, 「정상 상태」란, 엔진 (100) 의 회전수와 부하(토크) 가 각각 거의 일정하다는 것을 의미한다. 구체적으로는, 소정 시간 간격(예를 들어, 약 3초) 동안에, 엔진의 회전수 및 부하가 그들의 평균치의 ±5% 의 범위에 들어가는 경우에는, 「정상 상태」에 있다고 판정할 수 있다.

정상 상태가 아닌 경우에는, 도 5 의 루틴을 종료하는 한편, 정상 상태에 있는 경우에는 단계 S2 이후의 교정 처리를 실행한다. 단계 S2 에서는, 에어 플로우 미터 (130) 로 측정된 흡기 유량 (MS; 도 3) 에 의거하여 흡기 배관 모델 (22) 에 따라서 추정 흡기압 (Pe) 을 구하고, 이것과, 압력 센서 (138) 로 측정된 실측 흡기압 (Ps) 을 비교한다. 그리고, 추정 흡기압 (Pe) 이 실측 흡기압 (PS) 미만인 경우에는 단계 S4 의 교정 처리를 실행하고, 추정 흡기압 (Pe) 이 실측 흡기압 (Ps) 을 초과하는 경우에는 단계 S5 의 교정 처리를 실행한다.

도 6 은, 단계 S4, S5 에서의 교정 처리의 일례를 나타내는 설명도이다. 이 도면은 흡기 밸브 모델 (24) 의 특성을 나타내고 있고, 가로축은 흡기압 (Pe), 세로축은 충전 효율 (ηc) 이다. 교정 처리가 실시되는 경우에는, 엔진 (100) 은 정상 상태에 있기 때문에, 에어 플로우 미터 (130) 에 의해서 측정된 흡기 유량 (Ms) 은 실린더내 충전 공기량 (Mc) 에 비례한다. 따라서, 충전 효율 (ηc) 의 값은, 에어 플로우 미터 (130) 에 의해서 얻어진 흡기 유량 (Ms) 을 소정의 정수로 나눔으로써 얻을 수 있다. 추정 흡기압 (Pe) 을 상기 (2) 식으로 구할 때에는, 이 충전 효율 (ηc; =Mc/kc) 을 사용하기 때문에, 흡기 밸브 모델 (24) 에 있어서의 추정 흡기압 (Pe) 과 충전 효율 (ηc) 의 관계는, 보정전의 초기 특성 (실선으로 나타낸다) 위에 있다. 그러나, 실측 흡기압 (Ps) 은, 이 추정 흡기압 (Pe) 과 일치하지 않는 경우가 있다. 따라서, 단계 S4, S5 에서는, 추정 흡기압 (Pe) 이 실측 흡기압 (Ps) 과 일치하도록, 흡기 밸브 모델 (24) 의 특성을 보정하고 있다. 구체적으로는, 도 6 의 예와 같이, 추정 흡기압 (Pe) 이 실측 흡기압 (PS) 미만인 경우에는, 단계 S4 에 있어서 추정 흡기압 (Pe) 을 상승시키는 방향으로 흡기 밸브 모델 (24) 을 수정한다. 한편, 추정 흡기압 (Pe) 이 실측 흡기압 (Ps) 을 초과하는 경우에는, 단계 S5 에 있어서 추정 흡기압 (Pe) 을 저하시키는 방향으로 흡기 밸브 모델 (24) 을 수정한다. 또, 본 실시예에서는, 흡기 밸브 모델 (24) 은 상기 (5) 식으로 나타내기 때문에, 흡기 밸브 모델 (24) 의 교정은 계수 ka, kb 를 수정하는 것을 의미하고 있다.

단계 S6 에서는, 이렇게 하여 교정된 흡기 밸브 모델 (24) 을, 그 당시의 운전 조건별로 기억한다. 구체적으로는, (5) 식의 계수 ka, kb 가, 도 5 의 루틴을 실행했을 때의 운전 조건에 대응되어, 제어 유닛 (10) 내의 도시되지 않은 불휘발성 메모리에 저장된다. 그 이후는 교정후의 모델이 사용되기 때문에, 실린더내 충전 공기량 (Mc) 을 보다 정밀하게 구할 수가 있다. 또한, 차량의 운전시에는, 엔진의 회전수나 부하가 서서히 변화하고 있는 경우가 많다. 이러한 경우에도, 교정 후의 모델 (22, 24) 을 이용하면, 에어 플로우 미터 (130) 에 의한 실측 흡기 유량 (Ms) 에 의거하여 실린더내 충전 공기량 (Mc) 을 올바르게 연산할 수가 있다.

또, 어떤 운전 조건으로 실시한 실린더내 공기량 연산 모델의 교정 내용을, 이것과 근사한 다른 운전 조건에 대한 계수 ka, kb 에 적용하도록 해도 된다. 예를 들어, 실린더내 공기량 연산 모델 (22, 24) 의 특성이, 3 개의 운전 파라미터 (엔진 회전수 (Nen), 흡기 밸브의 작용각 (θ), 흡기 밸브의 개밸브 기간의 위상 (φ)) 로 규정되는 운전 조건에 대응되어 있을 때, 각 운전 파라미터의 ±10% 이내의 범위에 있는 다른 운전 조건에 있어서의 실린더내 공기량 연산 모델의 특성을, 동일 또는 거의 동일한 보정량만큼 교정해도 된다. 이렇게 하면, 근사한 다른 운전 조건에 있어서의 실린더내 공기량 연산 모델을 적절히 교정할 수가 있다.

이상과 같이, 제 1 실시예에서는, 차량의 운전중에 있어서 엔진이 실질적으로 거의 정상 운전 상태에 있을 때에, 추정 흡기압 (Pe) 과 실측 흡기압 (Ps) 의 비교에 의거하여 실린더내 충전 공기량 연산 모델을 교정하도록 하였기 때문에, 엔진이나 센서 등의 구성 부품의 개체 차이나, 밸브 위치에 있어서의 유로 저항의 경년 변화 등에 기인하는 오차를 보상할 수가 있다. 그 결과, 각 차량마다 실린더내 충전 공기량의 측정 정밀도를 향상시킬 수가 있다.

C. 연산 모델 교정의 제 2 실시예 :

도 7 은, 제 2 실시예에 있어서 실린더내 충전 공기량 (Mc) 의 연산 모델의 교정을 실행하는 루틴을 나타내는 흐름도이다. 이 루틴은, 도 5 에 나타낸 제 1 실시예의 루틴의 단계 S1 과 단계 S2 사이에 단계 S10 을 추가한 것이다.

단계 S10 에서는, 에어 플로우 미터 (130) 로 측정되는 흡기 유량 (Ms) 이 보정된다. 구체적으로는, 정상 운전 상태에 있어서, 공연비 센서 (126; 도 1)로 측정된 공연비와, 연료 분사 밸브 (101) 에 의한 연료 분사량과, 에어 플로우 미터 (130) 로 측정된 흡기 유량 (Ms; =Mc) 이 정합(整合)하도록, 에어 플로우 미터 (130) 가 교정된다. 단계 S2 이후의 처리에서는, 이렇게 하여 보정된 에어 플로우 미터 (130) 에 의한 실측 흡기 유량 (Ms) 을 사용하여, 제 1 실시예와 마찬가지로, 실린더내 충전 공기량 모델의 교정이 실행된다.

도 8 은, 에어 플로우 미터 (130) 에 의한 실측 흡기 유량 (Ms) 의 오차에 기인하는 추정 흡기압 (Pe) 의 산출 오차를 나타내고 있다. 여기서, 엔진은 정상 운전 상태에 있다고 가정하고 있기 때문에, 에어 플로우 미터 (130) 에서의 실측 흡기 유량 (Ms) 은, 실린더내 충전 공기량 (Mc; 즉 충전 효율 (ηc)) 에 비례한다. 도 3, 도 4 에서 설명한 바와 같이, 흡기 배관 모델 (22) 에서 얻어지는 추정 흡기압 (Pe) 은, 이 실측 흡기 유량 (Ms) 에 의거하여서 결정된다. 따라서, 실측 흡기 유량 (Ms) 이 참값으로부터 벗어나 있으면, 추정 흡기압 (Pe) 에 오차(벗어남) 가 생긴다. 이 추정 흡기압 (Pe) 의 벗어남은, 통상 운전시에서의 실린더내 충전 공기량 (Mc) 의 연산 오차를 생기게 한다. 따라서, 제 2 실시예에서는, 실린더내 충전 공기량 (Mc) 의 연산 모델을 교정하기 전에, 정확한 흡기 유량 (Ms) 이 얻어지도록 에어 플로우 미터 (130) 를 교정하고 있다. 그 결과, 실린더내 충전 공기량 (Mc) 을 보다 정밀하게 연산하는 것이 가능하다.

또, 에어 플로우 미터 (130; 일반적으로는 흡기 유량 센서) 의 교정은, 공연비 센서 (126) 이외의 센서의 출력에 의거하여서 실시해도 된다. 예를 들어, 토크 센서 (도시 생략) 로 측정된 토크에 의거하여서 흡기 유량 센서의 교정을 실시해도 된다.

D. 변형예:

또한, 이 발명은 상기 실시예나 실시형태에 한정되지 않고, 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지의 양태로 실시하는 것이 가능하며, 예를 들어 다음과 같은 변형도 가능하다.

D1. 변형예 : 1

상기 각 실시예에서 이용한 실린더내 충전 공기량 모델의 식 (1)∼(5) 은 단순한 일례이고, 그 이외의 여러 모델을 채택할 수 있다. 또한, 실린더내 충전 공기량 모델에 대응되는 운전 조건을 규정하는 운전 파라미터로는, 상기 3 개의 파라미터 (엔진 회전수 (Nen), 흡기 밸브의 작용각 (θ), 흡기 밸브의 개밸브 기간의 위상(φ)) 이외의 다른 파라미터를 이용하는 것도 가능하다. 예를 들어, 배기 밸브의 작용각이나 그 개밸브 기간의 위상도, 운전 조건을 운전 파라미터로서 이용할 수 있다.

D2. 변형예 : 2

상기 실시예에서는, 에어 플로우 미터 (130) 의 실측 흡기 유량 (Ms) 으로부터, 압력 센서 (138) 로 측정되는 흡기압 (Ps) 의 추정치 (Pe) 를 구하고, 이 추정치 (Pe) 로부터 실린더내 충전 공기량 (Mc) 을 연산하는 모델을 사용하고 있지만, 그 이외의 연산 모델을 이용하는 것도 가능하다. 즉, 실린더내 충전 공기량의 연산 모델로는, 유량 센서로 측정된 유량 이외의 파라미터로부터 흡기 경로내의 압력을 추정하여, 추정된 압력과 유량 센서의 측정치를 파라미터로 하여서, 실린더내 충전 공기량을 연산하는 모델을 이용할 수 있다.

또한, 상기 실시예에서는, 연산 모델의 교정은, 에어 플로우 미터 (130) 의 실측 흡기 유량 (Ms) 으로부터, 압력 센서 (138) 로 측정되는 흡기압 (Ps) 의 예측치 (Pe) 를 구하여, 이들 압력 (Ps, Pe) 에 의거하여 실시하였지만, 그 이외의 방법으로 연산 모델을 교정하는 것도 가능하다. 보다 일반적으로 말하면, 흡기 유량을 측정하기 위한 유량 센서의 출력 신호와, 흡기 배관의 압력을 측정하기 위한 압력 센서의 출력 신호에 의거하여 실린더내 충전 공기량의 연산 모델의 교정을 실행하는 것으로 해도 된다. 이러한 연산 모델의 교정은, 엔진이 실질적으로 거의 정상 운전 상태에 있을 때에 실시하는 것이 바람직하지만, 일반적으로 차량의 운행중에 실시하는 것이 가능하다.

D3. 변형예 : 3

본 발명은, 가변동 밸브 기구를 구비하는 내연기관에만 한정되지 않으며, 개밸브 특성을 변경할 수 없는 내연기관에도 적용 가능하다. 단, 제 1 실시예에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 특히 가변동 밸브 기구를 구비한 내연기관에 있어서 특히 효과가 현저하다.

이 발명은, 가솔린 엔진이나 디젤 엔진 등의 각종 내연기관의 제어 장치에 적용 가능하다.

Claims

차량에 탑재된 내연기관의 제어 장치에 있어서,

상기 내연기관의 연소실에 접속된 흡기 경로에 있어서의 새 공기의 유량을 측정하기 위한 유량 센서와,

상기 유량 센서의 측정치 및 상기 흡기 경로내의 압력을 파라미터로서 포함하는 연산 모델에 따라서 상기 연소실로의 충전 공기량을 연산하는 충전 공기량 연산부와,

상기 흡기 경로내의 압력을 측정하는 압력 센서와,

상기 유량 센서의 측정치와 상기 압력 센서의 측정치에 의거하여 상기 연산 모델을 교정하는 교정 실행부를 구비하는 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 연산 모델은, 상기 유량 센서의 출력 신호로부터 상기 흡기 경로내의 압력을 예측하고, 상기 예측된 압력을 이용하여 상기 연소실로의 충전 공기량을 계산하는 모델이고,

상기 교정 실행부는, 상기 예측된 압력과 상기 압력 센서로 측정된 압력이 일치하도록 상기 연산 모델의 교정을 실행하는 제어 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 내연기관은, 흡기 밸브의 작용각을 변경함으로써 상기 흡기 밸브의 위치에 있어서의 유로 저항을 변경 가능한 가변동 밸브 기구를 구비하고 있고,

상기 연산 모델에 있어서의 상기 흡기 경로내의 압력과 상기 충전 공기량의 관계는, 상기 흡기 밸브의 작용각을 포함하는 복수의 운전 파라미터로 규정되는 운전 조건에 따라서 각각 설정되어 있는 제어 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 교정 실행부는, 상기 연산 모델의 교정을 실행함으로써, 상기 흡기 밸브의 작용각의 크기와 상기 흡기 밸브 위치에서의 유로 저항의 관계에 관해 발생하고 있는 오차를 보상하는 제어 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 추가로,

상기 연소실내에 유입하는 연료의 공급량을 제어하기 위한 연료 공급 제어부와,

상기 연소실에 접속된 배기 경로에 형성된 공연비 센서를 구비하고 있고,

상기 교정 실행부는, 상기 공연비 센서로 측정된 공연비와, 상기 연료 공급 제어부에서 설정된 연료 공급량과, 상기 유량 센서의 출력 신호에 따라서 결정되는 상기 충전 공기량이 서로 정합(整合)하도록, 상기 측정된 공연비에 따라서 상기 유량 센서를 교정하는 것이 가능하고, 상기 유량 센서의 교정후에 상기 연산 모델의 교정을 실행하는 제어 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 교정 실행부는, 상기 내연기관의 회전수와 부하가 각각 거의 일정한 기간에 상기 교정을 실행하는 제어 장치.
차량에 탑재된 내연기관의 충전 공기량을 연산하는 방법에 있어서,

(a) 상기 내연기관의 연소실에 접속된 흡기 경로에 있어서의 새 공기의 유량을 측정하기 위한 유량 센서와, 상기 흡기 경로내의 압력을 측정하기 위한 압력 센서를 준비하는 공정과,

(b) 상기 유량 센서의 측정치 및 상기 흡기 경로내의 압력을 파라미터로서 포함하는 연산 모델에 따라서 상기 연소실로의 충전 공기량을 연산하는 공정과,

(c) 상기 유량 센서의 측정치와 상기 압력 센서의 측정치에 의거하여 상기 연산 모델을 교정하는 공정을 구비하는 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 연산 모델은, 상기 유량 센서의 출력 신호로부터 상기 흡기 경로내의 압력을 예측하고, 상기 예측된 압력을 이용하여 상기 연소실로의 충전 공기량을 계산하는 모델이고,

상기 공정 (c) 은, 상기 예측된 압력과 상기 압력 센서로 측정된 압력이 일치하도록 상기 연산 모델의 교정을 실행하는 공정을 포함하는 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 내연기관은, 흡기 밸브의 작용각을 변경함으로써 상기 흡기 밸브의 위치에 있어서의 유로 저항을 변경 가능한 가변동 밸브 기구를 구비하고 있고,

상기 연산 모델에 있어서의 상기 흡기 경로내의 압력과 상기 충전 공기량의 관계는, 상기 흡기 밸브의 작용각을 포함하는 복수의 운전 파라미터로 규정되는 운전 조건에 따라서 각각 설정되어 있는 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 공정 (c) 는, 상기 연산 모델의 교정을 실행함으로써, 상기 흡기 밸브의 작용각의 크기와 상기 흡기 밸브 위치에서의 유로 저항과의 관계에 관해 발생하고 있는 오차를 보상하는 방법.
제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 내연기관은, 추가로

상기 연소실내에 유입하는 연료의 공급량을 제어하기 위한 연료 공급 제어부와,

상기 연소실에 접속된 배기 경로에 형성된 공연비 센서를 구비하고 있고,

상기 공정 (c) 는,

상기 공연비 센서로 측정된 공연비와, 상기 연료 공급 제어부에서 설정된 연료 공급량과, 상기 유량 센서의 출력 신호에 따라서 결정되는 상기 충전 공기량이 서로 정합하도록, 상기 측정된 공연비에 따라서 상기 유량 센서를 교정하는 공정과,

상기 유량 센서의 교정후에 상기 연산 모델의 교정을 실행하는 공정을 포함하는 방법.
제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 공정 (c) 에 있어서의 상기 교정은, 상기 내연기관의 회전수와 부하가 각각 거의 일정한 기간에 실행되는 방법.