(57)【要約】【課題】燃焼圧センサ等の新たなセンサ類を配設することなく、各気筒毎の吸入空気量を正確に算出すること。【解決手段】内燃機関の各気筒毎の＃Ｘ気筒筒内温度が推定算出され（ステップＳ１０７）、この＃Ｘ気筒筒内温度から＃Ｘ気筒充填効率が算出され（ステップＳ１０３）、この＃Ｘ気筒充填効率と全気筒の最新充填効率の和との比と、吸入空気量センサにて検出されるセンサ検出吸入空気量とから＃Ｘ気筒吸入空気量が算出される（ステップＳ１０４）。このように、正確に算出された＃Ｘ気筒吸入空気量、即ち、気筒別の吸入空気量を用いることができるため、内燃機関の各気筒毎の燃焼状態を最適化して、燃費やエミッションを改善することができる。また、気筒別の吸入空気量を用いることにより特定の気筒を所望の運転状態に制御することができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数気筒からなる内燃機関の気筒数より少ない吸入空気量センサを用い、前記内燃機関に供給される全体の吸入空気量を算出する全体吸入空気量算出手段と、
前記各気筒毎の筒内温度を推定算出する筒内温度算出手段と、
前記全体の吸入空気量と前記各気筒毎の筒内温度とに基づき前記各気筒毎の吸入空気量を算出する気筒別吸入空気量算出手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の吸入空気量算出装置。
【請求項２】
前記筒内温度算出手段は、前記各気筒毎の筒内温度を、前記各気筒毎の空気過剰率の変化と、前記各気筒毎の点火時期の変化とに基づき推定算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量算出装置。
【請求項３】
前記筒内温度算出手段は、前記各気筒毎の筒内温度を、空気過剰率が１．０、かつ点火時期がＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｓｐａｒｋ  Ａｄｖａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｂｅｓｔ  Ｔｏｒｑｕｅ：最適点火時期）であるときの筒内温度と、前記各気筒毎の空気過剰率の変化に伴う筒内温度への影響係数と、前記各気筒毎の点火時期の変化に伴う筒内温度への影響係数とに基づき推定算出することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸入空気量算出装置。
【請求項４】
前記気筒別吸入空気量算出手段は、前記各気筒毎の筒内温度から前記各気筒毎の充填効率を算出し、この充填効率に基づき前記各気筒毎の吸入空気量を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量算出装置。
【請求項５】
前記気筒別吸入空気量算出手段は、前記各気筒毎の吸入空気量に応じて前記各気筒毎に空気過剰率を設定することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載の内燃機関の吸入空気量算出装置。
【請求項６】
前記気筒別吸入空気量算出手段は、前記各気筒毎の吸入空気量に応じて前記各気筒毎に点火時期を設定することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載の内燃機関の吸入空気量算出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数気筒からなる内燃機関における各気筒毎の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し、この得られた各気筒毎の吸入空気量によって内燃機関の運転状態を最適制御することができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の吸入空気量算出装置に関連する先行技術文献としては、特開平２−２５９２５６号公報にて開示されたものが知られている。このものでは、内燃機関の各気筒毎の吸入空気量（吸入空気流量）を計測し、気筒間の吸入空気量の変動に応じて補正し燃料噴射時間を決定すると共に、図示仕事の変動状態から燃料噴射ノズル等の燃料噴射量にかかわる部位のばらつきを検出することにより燃料噴射時間を増減し燃料噴射量制御を行う技術が示されている。
【特許文献】特開平２−２５９２５６号公報（第１頁〜第２頁）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述のものでは、内燃機関の各気筒毎の吸入空気量を求めるため、燃焼室内の圧力を検出する燃焼圧センサを各気筒毎に配設する必要があり、構成が複雑化すると共に、コストアップの要因となっていた。また、吸気温（吸入空気の温度）を各気筒の手前の吸気通路（吸気管）の集合部にて検出し圧力を補正するとしているが、各気筒毎の筒内温度を検出していないため結果として、各気筒毎の吸入空気量を正確に補正することは難しいという不具合があった。
【０００４】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、燃焼圧センサ等の新たなセンサ類を配設することなく、各気筒毎の吸入空気量を正確に算出可能な内燃機関の吸入空気量算出装置の提供を課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の内燃機関の吸入空気量算出装置によれば、筒内温度算出手段で各気筒毎の筒内温度が推定算出され、この各気筒毎の筒内温度が用いられることで内燃機関の気筒数より少ない吸入空気量センサを用い全体吸入空気量算出手段で算出される全体の吸入空気量から各気筒毎の吸入空気量が気筒別吸入空気量算出手段により算出される。このように、気筒別の正確な吸入空気量が得られることで、内燃機関の各気筒毎の燃焼状態が最適化され、燃費やエミッションが改善される。また、気筒別の正確な吸入空気量が得られることで、特定の気筒が所望の運転状態に制御される。
【０００６】
請求項２の内燃機関の吸入空気量算出装置における筒内温度算出手段では、各気筒毎の筒内温度の推定算出に際して、各気筒毎の空気過剰率の変化と各気筒毎の点火時期の変化とが考慮されることで、気筒別の筒内温度が極めて正確に推定算出されるという効果が得られる。
【０００７】
請求項３の内燃機関の吸入空気量算出装置における筒内温度算出手段では、各気筒毎の筒内温度の推定算出に際して、各気筒毎の空気過剰率の変化に伴って得られる筒内温度への影響係数と、各気筒毎の点火時期の変化に伴って得られる筒内温度への影響係数とを用いることで、マップ・テーブル数の低減が可能となり、少ないマップ・テーブル数においても、気筒別の筒内温度が極めて正確に推定算出されるという効果が得られる。
【０００８】
請求項４の内燃機関の吸入空気量算出装置における気筒別吸入空気量算出手段では、各気筒毎の吸入空気量が各気筒毎の筒内温度による各気筒毎の充填効率に基づき算出されることで、気筒別の吸入空気量が極めて正確に算出されるという効果が得られる。
【０００９】
請求項５の内燃機関の吸入空気量算出装置における気筒別吸入空気量算出手段では、各気筒毎の吸入空気量に応じて設定された各気筒毎の空気過剰率により気筒別の燃料噴射量が正確に設定可能であるため、内燃機関の各気筒毎の燃焼状態が最適化され、燃費やエミッションが改善される。
【００１０】
請求項６の内燃機関の吸入空気量算出装置における気筒別吸入空気量算出手段では、各気筒毎の吸入空気量に応じて設定された各気筒毎の点火時期、即ち、気筒別の点火時期が正確に設定可能であるため、内燃機関の各気筒毎の燃焼状態が最適化され、燃費やエミッションが改善される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の吸入空気量算出装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【００１３】
図１において、内燃機関１０は直列４気筒（＃１気筒〜＃４気筒）４サイクルの火花点火式として構成されている。内燃機関１０の上流側には、図示しないエアクリーナから吸入され吸気通路１１を通過する吸入空気量ＧＡ〔ｇ／ｓｅｃ〕を検出する吸入空気量センサとしてのエアフローメータ１２が配設されている。この吸入された空気は、スロットルバルブ１３、吸気マニホルド１４を通過し、吸気マニホルド１４内で＃１気筒〜＃４気筒に対応する各インジェクタ（燃料噴射弁）１５ａ〜１５ｄから噴射された燃料と混合され、所定の空燃比（Ａ／Ｆ）の混合気として各気筒（＃１気筒〜＃４気筒）に分配供給される。
【００１４】
また、内燃機関１０の＃１気筒〜＃４気筒に配設された各点火プラグ１６ａ〜１６ｄには図示しない点火回路から高電圧が逐次供給され、＃１気筒〜＃４気筒の混合気が所定タイミングで点火燃焼される。更に、内燃機関１０には図示しないクランクシャフト回転に伴うクランク角〔°ＣＡ（Ｃｒａｎｋ  Ａｎｇｌｅ）〕から機関回転速度ＮＥ〔ｒｐｍ〕を検出するクランク角センサ１７が配設され、内燃機関１０のシリンダブロックには冷却水温ＴＨＷ〔℃〕を検出する水温センサ１８が配設されている。
【００１５】
そして、燃焼後の排気ガスは内燃機関１０の排気マニホルド２１に接続された排気通路２２から図示しない触媒コンバータを通過したのち大気中に排出される。この排気通路２２には排気ガス中の空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ２３が配設されている。
【００１６】
ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）３０は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ３１、制御プログラムや制御マップ等を格納したＲＯＭ３２、各種データ等を格納するＲＡＭ３３、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ３４、入出力回路３５及びそれらを接続するバスライン３６等からなる論理演算回路として構成されている。
【００１７】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の吸入空気量算出装置で使用されているＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１における各気筒毎の吸入空気量算出の処理手順を示す図２のフローチャートに基づいて説明する。なお、この各気筒毎の吸入空気量算出ルーチンは、図示しないイグニッションスイッチの「ＯＮ（オン）」ののち、各気筒（＃１気筒〜＃４気筒）の燃焼サイクル毎の燃料噴射量算出タイミング直前にＣＰＵ３１にて繰返し実行される。
【００１８】
図２において、まず、ステップＳ１０１で、＃１気筒〜＃４気筒のうちの＃Ｘ気筒筒内温度が初期化済みであるかが判定される。ステップＳ１０１の判定条件が成立せず、即ち、＃Ｘ気筒筒内温度が初期化済みでないときにはステップＳ１０２に移行し、図示しないマップにより、機関回転速度ＮＥ、負荷としての吸入空気量ＧＡ、更に、補正のための冷却水温ＴＨＷをパラメータとして＃Ｘ気筒筒内温度の初期値が算出される。一方、ステップＳ１０１の判定条件が成立、即ち、＃Ｘ気筒筒内温度が初期化済みであるときにはステップＳ１０２がスキップされる。
【００１９】
次にステップＳ１０３に移行して、＃Ｘ気筒筒内温度に基づき＃Ｘ気筒の充填効率が算出される。ここで、一般的に、充填効率ηｃ  は、大気状態（Ｐ：圧力，Ｔ：温度）のもとでシリンダに吸入した新気の質量Ｇｓ  と、標準状態（Ｐ０  ：標準圧力，Ｔ０  ：標準温度）のもとで総行程容積を占める新気の質量Ｇｈ０  との比であり、次式（１）にて表わされる。
【００２０】
【数１】
ηｃ  ＝（Ｇｓ  ／Ｇｈ０  ）×１００〔％〕                                  ・・・（１）
【００２１】
次にステップＳ１０４に移行して、エアフローメータ１２により検出されるセンサ検出吸入空気量（＝吸入空気量ＧＡ）と＃Ｘ気筒充填効率と全気筒の最新充填効率の和とから次式（２）にて、＃Ｘ気筒吸入空気量が算出される。
【００２２】
【数２】
＃Ｘ気筒吸入空気量＝（センサ検出吸入空気量）・（＃Ｘ気筒充填効率）／（全気筒の最新充填効率の和）      ・・・（２）
【００２３】
次にステップＳ１０５に移行して、ステップＳ１０４で算出された＃Ｘ気筒吸入空気量により＃Ｘ気筒の空気過剰率目標値が算出される。次にステップＳ１０６に移行して、ステップＳ１０４で算出された＃Ｘ気筒吸入空気量により＃Ｘ気筒の点火時期目標値が算出される。次にステップＳ１０７に移行して、後述のように、＃Ｘ気筒筒内温度が算出されたのち、ステップＳ１０１に戻り、同様の処理が繰返し実行される。
【００２４】
次に、図２のステップＳ１０７における＃Ｘ気筒筒内温度算出の処理手順を示す図３のフローチャートに基づき、図４、図５及び図６を参照して説明する。ここで、図４は図３で機関回転速度ＮＥ、負荷としての吸入空気量ＧＡをパラメータとして基本筒内温度〔℃〕を算出するマップであり、図５は図３で空気過剰率λをパラメータとして筒内温度影響係数を算出するテーブルであり、図６は図３でＭＢＴからの点火遅角量〔°ＣＡ〕をパラメータとして筒内温度影響係数を算出するテーブルである。
【００２５】
図３において、ステップＳ２０１では、図４に示すマップにより、機関回転速度ＮＥ、負荷としての吸入空気量ＧＡをパラメータとして空気過剰率λ＝１．０、かつＭＢＴ時における基本筒内温度が得られ、更に、この基本筒内温度が冷却水温ＴＨＷにて補正され、最終的な基本筒内温度が算出される。次にステップＳ２０２に移行して、図５に示すテーブルにより、空気過剰率λをパラメータとして筒内温度影響係数が得られ、更に、この筒内温度影響係数が冷却水温ＴＨＷにて補正され、最終的な＃Ｘ気筒の筒内温度影響係数が算出される。次にステップＳ２０３に移行して、図６に示すテーブルにより、＃Ｘ気筒点火時期としてＭＢＴからの点火遅角量をパラメータとして筒内温度影響係数が得られ、更に、この筒内温度影響係数が冷却水温ＴＨＷにて補正され、最終的な＃Ｘ気筒の筒内温度影響係数が算出される。
【００２６】
次にステップＳ２０４に移行して、ステップＳ２０１で算出された基本筒内温度にステップＳ２０２で算出された空気過剰率による筒内温度影響係数及びステップＳ２０３で算出された点火時期による筒内温度影響係数が乗算され、現＃Ｘ気筒筒内温度が算出される。次にステップＳ２０５に移行して、ステップＳ２０４で算出された現＃Ｘ気筒筒内温度に対して例えば、移動平均を用いたなまし（平滑化）処理が行われ、＃Ｘ気筒筒内温度が算出され、本ルーチンを終了する。
【００２７】
このように、本実施例の内燃機関の吸入空気量算出装置は、複数気筒（＃１気筒〜＃４気筒）からなる内燃機関１０の気筒数４より少ない１つの吸入空気量センサであるエアフローメータ１２を用い、内燃機関１０に供給される全体の吸入空気量であるセンサ検出吸入空気量ＧＡを算出するＥＣＵ３０にて達成される全体吸入空気量算出手段と、各気筒（＃１気筒〜＃４気筒）毎の筒内温度である＃Ｘ気筒筒内温度を推定算出するＥＣＵ３０にて達成される筒内温度算出手段と、センサ検出吸入空気量ＧＡと＃Ｘ気筒筒内温度とに基づき各気筒（＃１気筒〜＃４気筒）毎の吸入空気量である＃Ｘ気筒吸入空気量を算出する気筒別吸入空気量算出手段とを具備するものである。
【００２８】
つまり、＃Ｘ気筒筒内温度を推定算出し、この＃Ｘ気筒筒内温度を用いることでセンサ検出吸入空気量ＧＡから＃Ｘ気筒吸入空気量が算出される。これにより、正確に算出された＃Ｘ気筒吸入空気量、即ち、気筒別の吸入空気量を用いることができるため、内燃機関１０の各気筒毎の燃焼状態を最適化して、燃費やエミッションを改善することができる。また、気筒別の吸入空気量を用いることにより特定の気筒を所望の運転状態に制御することができる。
【００２９】
また、本実施例の内燃機関の吸入空気量算出装置のＥＣＵ３０にて達成される筒内温度算出手段は、各気筒（＃１気筒〜＃４気筒）毎の筒内温度である＃Ｘ気筒筒内温度を、各気筒（＃１気筒〜＃４気筒）毎の空気過剰率λである＃Ｘ気筒空気過剰率の変化と、各気筒（＃１気筒〜＃４気筒）毎の点火時期である＃Ｘ気筒点火時期の変化とに基づき推定算出するものである。このように、＃Ｘ気筒筒内温度の推定算出に際して、＃Ｘ気筒空気過剰率の変化と＃Ｘ気筒点火時期の変化とが考慮されることで、＃Ｘ気筒筒内温度、即ち、気筒別の筒内温度を極めて正確に推定算出することができる。
【００３０】
そして、本実施例の内燃機関の吸入空気量算出装置のＥＣＵ３０にて達成される筒内温度算出手段は、各気筒（＃１気筒〜＃４気筒）毎の筒内温度である＃Ｘ気筒筒内温度を、空気過剰率λが１．０、かつ点火時期がＭＢＴであるときの基本筒内温度と、各気筒（＃１気筒〜＃４気筒）毎の空気過剰率λである＃Ｘ気筒空気過剰率の変化に伴って算出される筒内温度影響係数と、各気筒（＃１気筒〜＃４気筒）毎の点火時期である＃Ｘ気筒点火時期のＭＢＴからの点火遅角量の変化に伴って算出される筒内温度影響係数とに基づき推定算出するものである。このように、＃Ｘ気筒筒内温度の推定算出に際して、＃Ｘ気筒空気過剰率の変化に伴って算出される筒内温度影響係数と、＃Ｘ気筒点火時期のＭＢＴからの点火遅角量の変化に伴って算出される筒内温度影響係数とを用いることで、マップ・テーブル数の低減が可能となり、少ないマップ・テーブル数においても、＃Ｘ気筒筒内温度、即ち、気筒別の筒内温度を極めて正確に推定算出することができる。
【００３１】
更に、本実施例の内燃機関の吸入空気量算出装置のＥＣＵ３０にて達成される気筒別吸入空気量算出手段は、各気筒（＃１気筒〜＃４気筒）毎の筒内温度である＃Ｘ気筒筒内温度から各気筒（＃１気筒〜＃４気筒）毎の充填効率である＃Ｘ気筒充填効率を算出し、この＃Ｘ気筒充填効率に基づき各気筒（＃１気筒〜＃４気筒）毎の吸入空気量である＃Ｘ気筒吸入空気量を算出するものである。このように、＃Ｘ気筒吸入空気量が、＃Ｘ気筒筒内温度による＃Ｘ気筒充填効率に基づき算出されることで、＃Ｘ気筒吸入空気量、即ち、気筒別の吸入空気量を極めて正確に算出することができる。
【００３２】
更にまた、本実施例の内燃機関の吸入空気量算出装置のＥＣＵ３０にて達成される気筒別吸入空気量算出手段は、各気筒（＃１気筒〜＃４気筒）毎の吸入空気量である＃Ｘ気筒吸入空気量に応じて各気筒（＃１気筒〜＃４気筒）毎に空気過剰率λとして＃Ｘ気筒空気過剰率を設定するものである。このように、＃Ｘ気筒吸入空気量に応じて設定された＃Ｘ気筒空気過剰率によれば、気筒別の燃料噴射量を正確に設定することができるため、内燃機関１０の各気筒毎の燃焼状態を最適化して、燃費やエミッションを改善することができる。
【００３３】
加えて、本実施例の内燃機関の吸入空気量算出装置のＥＣＵ３０にて達成される気筒別吸入空気量算出手段は、各気筒（＃１気筒〜＃４気筒）毎の吸入空気量である＃Ｘ気筒吸入空気量に応じて各気筒（＃１気筒〜＃４気筒）毎に点火時期として＃Ｘ気筒点火時期を設定するものである。このように、＃Ｘ気筒吸入空気量に応じて設定された＃Ｘ気筒点火時期によれば、気筒別の点火時期を正確に設定することができるため、内燃機関１０の各気筒毎の燃焼状態を最適化して、燃費やエミッションを改善することができる。
【００３４】
なお、本実施例の内燃機関の吸入空気量算出装置における各手段を手順に読変えることにより、内燃機関の吸入空気量算出方法の実施例とすることができる。
【００３５】
ところで、上記実施例では、各気筒毎の吸入空気量算出ルーチンにおいて、負荷としてエアフローメータで検出される吸入空気量を用いているが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、吸気圧センサにて検出される吸気圧を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の吸入空気量算出装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の吸入空気量算出装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおける各気筒毎の吸入空気量算出の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】図３は図２における各気筒毎の筒内温度算出の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図４は図３で機関回転速度、吸気圧をパラメータとして基本筒内温度を算出するマップである。
【図５】図５は図３で空気過剰率をパラメータとして筒内温度影響係数を算出するテーブルである。
【図６】図６は図３でＭＢＴからの点火遅角量をパラメータとして筒内温度影響係数を算出するテーブルである。
【符号の説明】
１０  内燃機関
１２  エアフローメータ（吸入空気量センサ）
３０  ＥＣＵ（電子制御ユニット）
【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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