(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸入空気流量を検出するエアフローメータと、
エンジンの吸気圧力を検出する吸気圧センサと、
前記エアフローメータで検出された吸入空気流量を前記吸気圧センサで検出される吸気圧力の変化量に基づいて補正した結果を吸気行程中に積算して、シリンダ吸入空気量を各気筒別に求めるシリンダ吸入空気量検出手段と、
を含んで構成されることを特徴とするエンジンの吸入空気量検出装置。
【請求項２】
吸気温度を検出する吸気温センサを備え、前記シリンダ吸入空気量検出手段が、前記吸気圧センサで検出される吸気圧力の変化量と前記吸気温センサで検出される吸気温度とに基づいて、前記エアフローメータで検出された吸入空気流量を補正してシリンダ吸入空気量を求めるよう構成したことを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸入空気量検出装置。
【請求項３】
前記シリンダ吸入空気量検出手段が、前記エアフローメータで検出された吸入空気流量をＱａ、前記吸気圧力の変化量をΔＰｍ、吸気弁上流の容積部の体積をＶｍ、気体定数をＲ、吸気温度をＴｍとしたときに、シリンダ吸入空気変化量ΔＱｃを、
ΔＱｃ＝Ｑａ−ΔＰｍ・（Ｖｍ／Ｒ／Ｔｍ）
として求め、該シリンダ吸入空気変化量ΔＱｃを積算してシリンダ吸入空気量Ｑｃ検出することを特徴とする請求項２記載のエンジンの吸入空気量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの吸入空気量検出装置に関し、詳しくは、吸気絞り弁の開度が変化したり、吸気弁の開閉タイミングが大きく変化する過渡時において、シリンダ吸入空気量を精度良く検出するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、エアフローメータの検出結果を加重平均すると共に、前記加重平均における重み係数を変化させて、エンジンの吸入空気量を検出する構成が知られている（特開平２−２２７５２８号公報，特開平２−２８６８５０号公報等参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のエアフローメータを用いた吸入空気量の検出では、吸気絞り弁の開度が変化したり、吸気弁の開閉タイミングが大きく変化して、吸気圧力が変化する過渡時において、実際にシリンダ内に吸引される空気量とエアフローメータによる吸入空気量の検出結果との間に誤差が生じ、これによって、空燃比制御精度が低下し、以て、運転性や排気性能を悪化させることがあった。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、吸気絞り弁の開度が変化したり、吸気弁の開閉タイミングが大きく変化する過渡時であっても、シリンダ吸入空気量を精度良く検出できる吸入空気量検出装置を提供し、以て、過渡時における空燃比制御の精度を向上させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１に係る発明は、エンジンの吸入空気流量を検出するエアフローメータと、エンジンの吸気圧力を検出する吸気圧センサと、前記エアフローメータで検出された吸入空気流量を前記吸気圧センサで検出される吸気圧力の変化量に基づいて補正した結果を吸気行程中に積算して、シリンダ吸入空気量を各気筒別に求めるシリンダ吸入空気量検出手段と、を備えて構成される。
【０００６】
かかる構成によると、吸気絞り弁の開度が変化したり、吸気弁の開閉タイミングが大きく変化し、これによって、吸気圧力が変化すると、該圧力変化に応じてエアフローメータによる検出結果が補正される。
【０００７】
例えば吸気圧力が上昇変化を示すときには、エアフローメータで検出される空気量が全てシリンダに吸引されるのではなく、エアフローメータで検出される空気量の一部がシリンダ内に吸引されずに吸気系に充填されて圧力上昇を招いていることになるので、エアフローメータによる検出結果から前記充填分を減算した量をシリンダ吸入空気量とする。逆に、吸気圧力が減少変化を示すときには、それまでに吸気系に充填されていた空気の一部がシリンダ内に吸引されて圧力降下を招いていることになるので、エアフローメータによる検出結果に前記吸気系からの吸い出し分を付加した量をシリンダ吸入空気量とする。
そして、圧力変化に基づいて補正が加えられた吸入空気量を、各気筒の吸気行程毎に積算することで、各気筒別のシリンダ吸入空気量が求められることになる。
【００１０】
請求項２記載の発明では、吸気温度を検出する吸気温センサを備え、前記シリンダ吸入空気量検出手段が、前記吸気圧センサで検出される吸気圧力の変化量と前記吸気温センサで検出される吸気温度とに基づいて、前記エアフローメータで検出された吸入空気流量を補正してシリンダ吸入空気量を求めるよう構成した。
【００１１】
かかる構成によると、吸気圧力の変化分に見合う空気量（質量）は、吸気温度によって異なることになるので、吸気マニホールド内の吸気温度を検出し、圧力変化量に基づく吸入空気量の補正に吸気温度による修正を加える。
【００１２】
請求項３記載の発明では、前記シリンダ吸入空気量検出手段が、前記エアフローメータで検出された吸入空気流量をＱａ、前記吸気圧力の変化量をΔＰｍ、吸気弁上流の容積部の体積をＶｍ、気体定数をＲ、吸気温度をＴｍとしたときに、シリンダ吸入空気変化量ΔＱｃを、
ΔＱｃ＝Ｑａ−ΔＰｍ・（Ｖｍ／Ｒ／Ｔｍ）
として求め、該シリンダ吸入空気変化量ΔＱｃを積算してシリンダ吸入空気量Ｑｃ検出する構成とした。
【００１３】
かかる構成によると、圧力変化ΔＰｍに見合う空気量（質量）は、圧力変化を生じた容積部の体積Ｖｍ、温度Ｔｍ、気体定数Ｒによって異なるので、これらのパラメータに基づいて、容積部に充填される空気量又は容積部から吸い出される空気量を求めるようにした。
【００１４】
尚、吸気絞り弁を備えるエンジンでは、前記容積部は、吸気弁から吸気絞り弁までの部分であり、また、吸気絞り弁を備えずに例えば吸気弁の閉時期を可変に制御することでシリンダ吸入空気量を制御するエンジンでは、前記容積部は、吸気弁からエアクリーナ直前までの部分となる。即ち、前記容積部を、吸気弁から上流側の絞り部までの部分とすれば良い。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、吸気絞り弁の開度が変化したり、吸気弁の開閉タイミングが大きく変化し、これによって吸気圧力が変化しても、該圧力変化を生じさせた空気量に応じてエアフローメータの検出結果を補正するので、過渡時であってもシリンダ吸入空気量を各気筒別に高精度に検出することが可能となり、以て、過渡時の空燃比制御精度が向上するという効果がある。
【００１６】
請求項２記載の発明によると、前記圧力変化に見合う質量としての空気量をそのときの吸気温度から精度良く求めることができ、以て、エアフローメータで検出される質量流量を高精度に補正することができるという効果がある。
【００１７】
請求項３記載の発明によると、吸気温度の他に、圧力変化が生じる容積部の体積や気体定数に基づいて、前記圧力変化に見合う質量としての空気量をより高精度に求めることができ、以て、エアフローメータで検出される質量流量をより高精度に補正することができるという効果がある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
実施の形態の全体構成を示す図１において、４気筒ガソリンエンジン１には、弁駆動装置２により開閉が電子制御される吸気弁３及び排気弁４が各気筒に装着されている。
【００１９】
各気筒の吸気弁３上流側の吸気ポート５には、燃料噴射弁６が装着され、燃焼室７には点火栓８が装着されている。また、前記点火栓８毎に点火コイル９が設けられている。
【００２０】
エンジン１の本体には、各気筒の基準クランク角で基準信号を出力すると共に、単位クランク角毎に単位角信号を出力するクランク角センサ１０、吸入空気流量を質量流量として検出するホットワイヤー式等のエアフローメータ１１、冷却水温度を検出する水温センサ１２、吸気マニホールド１３のコレクタ部に設けられて吸気圧力を検出する吸気圧センサ１４、吸気マニホールド１３内の吸気温度を検出する吸気温センサ１５が装着される。この他、図示しない車両のアクセルペダルの開度ＡＰＯを検出するアクセル開度センサ１６や車速センサ１７等が配設されている。
【００２１】
前記各種センサ類の検出信号はコントロールユニット１８に出力され、コントロールユニット１８は、これらの検出信号に基づいて前記燃料噴射弁６に噴射パルス信号を出力して噴射量・噴射時期の制御を行い、前記点火コイル９に点火信号を出力して点火時期の制御を行い、更に、前記弁駆動装置２に弁駆動信号を出力して吸気弁３及び排気弁４の開閉を制御する。
【００２２】
前記弁駆動装置２の構成を図２に示す。
図２において電磁駆動弁を構成する弁駆動装置２は、シリンダヘッド上に設けられる非磁性材料製のハウジング２１と、吸気弁３（又は排気弁４、以下吸気弁３で代表する）  のステム３１に一体に設けられてハウジング２１内に移動自由に収納されるアーマチュア２２と、該アーマチュア２２を吸引して吸気弁３を閉弁作動させる電磁力を発揮可能なようにアーマチュア２２の上面に対向する位置でハウジング２１内に固定配置される閉弁用電磁石２３と、該アーマチュア２２を吸引して吸気弁３を開弁作動させる電磁力を発揮可能なようにアーマチュア２２の下面に対向する位置でハウジング２１内に固定配置される開弁用電磁石２４と、吸気弁３の閉弁方向に向けてアーマチュア２２を付勢する閉弁側戻しバネ２５と、吸気弁３の開弁方向に向けてアーマチュア２２を付勢する開弁側戻しバネ２６と、を備えて構成される。そして、閉弁用電磁石２３と開弁用電磁石２４とを共に消磁したときに、吸気弁３は全開位置と閉弁位置との間の略中央位置にあるように、閉弁側戻しバネ２５と開弁側戻しバネ２６とのバネ力が設定され、閉弁用電磁石２３のみを励磁したときに吸気弁３は閉弁し、開弁用電磁石２４のみを励磁したときに吸気弁３は開弁するように駆動される。
【００２３】
前記弁駆動装置２による吸気弁３及び排気弁４の開閉時期は、エンジン１の運転条件に基づいて設定された目標開閉時期となるように制御されるが、特に、吸気弁３の吸気下死点前の閉時期ＩＶＣを、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転速度Ｎｅ、或いはこれらに基づいて設定された目標のシリンダ吸入空気量（要求トルク）などに基づいて広範囲に可変制御してシリンダ吸入空気量を各気筒毎に制御するようになっており、これにより、所謂早閉じミラーサイクルが構成される。
【００２４】
以下に、前記吸気弁３の閉時期ＩＶＣの制御の詳細を、図５のフローチャートに従って説明する。
ステップ２１では、基本目標空気量ＴＴＡを計算する。具体的には、図６のマップを参照し、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転速度Ｎｅとから、要求トルク相当の基本目標空気量ＴＴＡを設定する。
【００２５】
ステップ２２では、アイドル空気量ＩＳＣを計算する。
具体的には、アイドル空気量ＩＳＣは、次式のように、アイドル制御分ＩＳＣＱと負圧制御分ＢＣＶとのうち大きい方とする。
【００２６】
ＩＳＣ＝ＭＡＸ（ＩＳＣＱ，ＢＣＶ）
アイドル制御分ＩＳＣＱは、次式のごとく、補機負荷（エアコン、パワステ、電気負荷など）の状態に基づいて定められる補機負荷補正分ＩＳＣＬＤと、アイドル運転時に実アイドル回転数を目標アイドル回転数と比較して設定されるアイドル回転数フィードバック補正分である積分分ＩＳＣＩ及び比例分ＩＳＣＰを加算して、算出する。
【００２７】
ＩＳＣＱ＝ＩＳＣＬＤ＋ＩＳＣＩ＋ＩＳＣＰ
負圧制御分ＢＣＶは、吸気弁の早閉じ制御によりシリンダ内の負圧が過大となってオイル上がりを生じるのを防止すべく、エンジン回転速度Ｎｅに応じて設定する。
【００２８】
ステップ２３では、次式のごとく、基本目標空気量ＴＴＡに、アイドル空気量ＩＳＣを加算して、目標空気量ＴＴＰを算出する。
ＴＴＰ＝ＴＴＡ＋ＩＳＣ
ステップ２４では、吸気弁閉時期ＩＶＣφを計算する。具体的には、図７のテーブルを参照し、目標空気量ＴＴＰから、吸気弁閉時期ＩＶＣ（排気上死点後のクランク角度）を設定する。尚、エンジン回転速度Ｎｅによって吸入空気の慣性により充填効率が変化することから、目標空気量ＴＴＰと、エンジン回転速度Ｎｅとから、吸気弁閉時期ＩＶＣを設定するようにしてもよい。
【００２９】
ステップ２５では、吸気弁３の閉指令から実際に閉じるまでの動作遅れ時間（例えば３ｍｓ）をクランク角に変換することにより、遅れ角ＩＶＤＬＹを求める。
【００３０】
ステップ２６では、次式のごとく、吸気弁閉時期ＩＶＣφから遅れ角ＩＶＤＬＹを減算して、吸気弁閉時期（指令値）ＩＶＣを求める。
ＩＶＣ＝ＩＶＣφ−ＩＶＤＬＹ
以上により吸気弁閉時期（指令値）ＩＶＣが決定され、該吸気弁閉時期（指令値）ＩＶＣにおいて吸気弁３を閉指令が出力される。
【００３１】
尚、吸気弁の開時期は、図８に示すように、排気上死点付近の略一定タイミングとする。
また、図８に示すように、燃料噴射量Ｔｉ，燃料噴射時期Ｉ／Ｔ，吸気弁閉時期ＩＶＣは例えば１０ｍｓ毎に計算され、所定のクランク角位置（例えば排気上死点前１１０°ＣＡ）の基準クランク角信号ＲＥＦに同期して、燃料噴射時期Ｉ／Ｔを、このときに最新に算出されている燃料噴射時期Ｉ／Ｔによって確定する。そして、確定された燃料噴射時期Ｉ／Ｔになると、燃料噴射量Ｔｉを、このときに最新に算出されている燃料噴射量Ｔｉによって確定し、同時に、吸気弁閉時期ＩＶＣを、このときに最新に算出されている吸気弁閉時期ＩＶＣによって確定するようにしてある。
【００３２】
尚、上記図１に示すエンジン１では、吸気絞り弁を備えずに、吸気弁３の閉時期を制御することでシリンダ吸入空気量を制御する構成としたが、吸気絞り弁を備え、該吸気絞り弁の開度によってシリンダ吸入空気量が調整される構成のエンジンであっても良い。また、吸気絞り弁を備えるエンジンの場合には、吸気弁３及び排気弁４の開閉時期は固定であっても良いし、また、前記弁駆動装置２やカム駆動式動弁系において開閉時期を変更できる可変バルブタイミング機構などによって吸気弁３及び排気弁４の開閉時期が変更される構成であっても良い。
【００３３】
ここで、図３の制御ブロック図に従って、コントロールユニット１８による吸入空気量の検出制御及び燃料噴射制御の様子を説明する。
吸入空気量算出部５１では、エアフローメータ１１からの検出信号を入力し、該検出信号に基づいて単位時間ｔ毎の吸入空気量（質量）Ｑａ（ｔ）  を算出する。
【００３４】
一方、インマニ圧力算出部５２では、吸気圧センサ１４からの検出信号を入力し、該検出信号に基づいて吸気圧力Ｐｍを単位時間ｔ毎に算出する。
インマニ圧力記憶部５３では、前記インマニ圧力算出部４２における前回の算出結果を記憶保持する。
【００３５】
インマニ圧力変化量演算部５４では、前記インマニ圧力算出部５２で最新に算出された吸気圧力Ｐｍ（ｔ）  と、前記インマニ圧力記憶部５３に記憶されている前回の算出結果Ｐｍ（ｔ−１）  との差として、単位時間ｔ当たりの吸気圧力変化量ΔＰｍ（ｔ）  （ΔＰｍ（ｔ）  ＝Ｐｍ（ｔ）  −Ｐｍ（ｔ−１）  ）を演算する。
【００３６】
単位時間シリンダ空気量演算部５５では、前記吸入空気量算出部５１で算出された吸入空気量Ｑａ（ｔ）  と、前記インマニ圧力変化量演算部５４で算出された吸気圧力変化量ΔＰｍ（ｔ）  と、吸気温センサ１５で検出される吸気温度Ｔｍ（ｔ）  とに基づき、下式に従って、単位時間ｔ当たりのシリンダ吸入空気変化量ΔＱｃ（ｔ）  を演算する。
【００３７】
ΔＱｃ（ｔ）  ＝Ｑａ（ｔ）  −ΔＰｍ（ｔ）  ・Ｋ（ｔ）  ・・・（１）
Ｋ（ｔ）  ＝Ｖｍ／Ｒ／Ｔｍ（ｔ）  ・・・・・・・・・・（２）
但し、前記Ｖｍは容積部の体積、Ｒは気体定数であり、予め固定値としてそれぞれ記憶されている。
【００３８】
尚、本実施形態のように吸気絞り弁を備えないエンジンの場合には、前記体積Ｖｍを、吸気弁３からエアクリーナ（図示省略）直前まで容積部の体積とし、吸気絞り弁を備える場合には、吸気弁３から吸気絞り弁まで容積部の体積とすれば良い。即ち、前記容積部とは、吸気弁から上流側の絞り部までの吸気系を示すことになる。
【００３９】
上式において、ΔＰｍ（ｔ）  ・Ｋ（ｔ）  は、吸気圧力変化に対応する空気量であり、例えば圧力Ｐｍの上昇変化時であれば、エアフローメータ１１で検出される空気量に含まれるものの、吸気マニホールド１３等の容積部に充填されてシリンダ内に吸引されない空気量に相当し、逆に、圧力Ｐｍの下降変化時であれば、エアフローメータ１１で検出される空気量に含まれずに、吸気マニホールド１３等の容積部から吸い出されてシリンダ内に吸引される空気量に相当する。
【００４０】
従って、Ｑａ（ｔ）  −ΔＰｍ（ｔ）  ・Ｋ（ｔ）  とすれば、圧力上昇時には、エアフローメータ１１の検出結果から吸気マニホールド１３等の容積部に充填される空気量を減算することになり、圧力下降時には、エアフローメータ１１の検出結果に対して吸気マニホールド１３等の容積部から吸い出されてシリンダ内に吸引される空気量を加算することになり、いずれの場合にも、エアフローメータ１１の検出結果と実際のシリンダ吸入空気量との間の誤差を解消する補正が施されることになる。
【００４１】
前記吸気マニホールド１３等の容積部における吸気圧力変化は、吸気弁３の閉時期が大きく変化したときや、吸気絞り弁を備えるエンジンでは、前記吸気絞り弁の開度が変化する過渡運転時に発生するが、上記構成により、吸気弁３の閉時期が大きく変化したり、吸気絞り弁の開度が変化しても、シリンダ吸入空気量を精度良く検出して、空燃比制御精度を確保できることになる。
【００４２】
シリンダ空気量演算部５６では、前記シリンダ吸入空気変化量ΔＱｃ（ｔ）  を、各気筒の吸気行程中（吸気弁３の開期間中）において積算して、各気筒別のシリンダ吸入空気量Ｑｃを演算する。
【００４３】
そして、燃料噴射量演算部５７では、前記各気筒別のシリンダ吸入空気量Ｑｃに基づいて各気筒別に燃料噴射量を演算し、燃料噴射制御部５８では、前記各気筒別の燃料噴射量に応じた噴射パルス信号を噴射タイミングの気筒の燃料噴射弁６に出力する。
【００４４】
図４のフローチャートは、上記図３の制御ブロック図に示したシリンダ空気量の検出制御の様子を示すものである。
Ｓ１では、エアフローメータ１１からの検出信号に基づいて単位時間ｔ毎の吸入空気量（質量）Ｑａ（ｔ）  を求める。
【００４５】
Ｓ２では、吸気圧センサ１４からの検出信号に基づいて、吸気圧力Ｐｍを求める。
Ｓ３では、前記吸気圧センサ１４で検出された最新の圧力Ｐｍ（ｔ）  と単位時間前に検出された圧力Ｐｍ（ｔ−１）  との差として、圧力Ｐｍの変化量ΔＰｍ（ｔ）  を演算する。
【００４６】
Ｓ４では、吸気温センサ１５からの検出信号に基づいて、吸気マニホールド１３内の吸気温度Ｔｍ（ｔ）  を求める。
Ｓ５では、前記吸入空気量Ｑａ（ｔ）  ，圧力変化量ΔＰｍ（ｔ）  及び吸気温度Ｔｍ（ｔ）  に基づき、前記（１）式及び（２）式に示すようにして、単位時間当たりのシリンダ吸入空気変化量ΔＱｃ（ｔ）  を求めると共に、該シリンダ吸入空気変化量ΔＱｃ（ｔ）  を吸気行程毎に積算して、各気筒別のシリンダ吸入空気量Ｑｃを求める。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るシステム構成図。
【図２】同上実施の形態における弁駆動装置の構成を示す断面図。
【図３】同上実施の形態における制御ブロック図。
【図４】同上実施の形態における空気量の検出制御を示すフローチャート。
【図５】吸気弁３の閉時期による吸入空気量制御の様子を示すフローチャート。
【図６】前記吸入空気量制御における基本目標空気量ＴＴＡ設定用マップを示す図。
【図７】前記吸入空気量制御における吸気弁閉時期ＩＶＣ設定用テーブルを示す図。
【図８】気筒毎の噴射時期，吸気弁閉時期の制御タイミングを示すタイミングチャート。
【符号の説明】
１      エンジン
２      弁駆動装置
３      吸気弁
４      排気弁
６      燃料噴射弁
７      燃焼室
１０      クランク角センサ
１１      エアフローメータ
１２      水温センサ
１３      吸気マニホールド
１４      吸気圧センサ
１５      吸気温センサ
１６      アクセル開度センサ
１７      車速センサ
１８      コントロールユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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