(57)【要約】【課題】  小さなマップで、精度よく内燃機関の吸気量を算出する装置を実現すること。【解決手段】  スロットルの開度、スロットルの上下流の圧力、及びスロットルの上流の温度からスロットルを通過する空気量を算出する手段と、内燃機関の回転数、吸気弁の開閉タイミング、及びＥＧＲ弁の開度から吸気弁を通過する空気量を算出する手段と、内燃機関の運転状態に応じてスロットルを通過する空気量と吸気弁を通過する空気量のいずれかを選択し内燃機関に吸入された空気量として出力する手段、とを備え、運転状態に応じて２つの空気量算出手段から選択して吸気量を出力すること。【選択図】  図１ 
2005194960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットルの開度と、前記スロットルの上下流の圧力と、前記スロットルの上流の温度からスロットルを通過する空気流を算出するスロットル通過空気量算出手段と、
吸気弁の開閉タイミング、ＥＧＲ弁の開度、内燃機関の回転数のうちの、少なくとも内燃機関の回転数を含む任意の組合せから吸気弁を通過する空気量空算出す今吸気弁通過空気量算出手段と、
内燃機関の運転状態に応じて、前記スロットル通過空気量算出手段が算出する空気量と前記吸気弁通過空気量算出手段が算出する空気量を選択し、内燃機関に吸入された空気量として出力する選択手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の吸気量計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の吸気量計測装置において、
吸気弁通過空気量算出手段は、内燃機関の回転数、吸気弁の開閉タイミング、ＥＧＲ弁の開度のうちの、少なくとも内燃機関の回転数を含む任意の組合せと吸気弁を通過する空気量の関係を記述するマップから空気流量を算出することを特徴とする内燃機関の吸気量計測装置。
【請求項３】
請求項２記載のマップは、２つまたは３つのＥＧＲ弁の開度と、これら開度における吸一気弁を通過する空気量との関係を記述するものであることを特徴とする内燃機関の吸気量計測装置。
【請求項４】
請求項２記載のマップは、３つの吸気弁の開閉タイミングと、これらタイミングにおける吸気弁を通過する空気量との関係を記述するものであることを特徴とする内燃機関の吸一気量計測装置。
【請求項５】
請求項１，２，３，４のいずれかに記載の内燃機関の吸気量計測装置において、
吸気弁通過空気量算出手段は、内燃機関の回転数と、吸気弁の開閉タイミングと、ＥＧＲ弁の開度から求められた吸気量を、スロットル上流の圧カにより補正することを特徴とする内燃機関の吸気量計測装置。
【請求項６】
請求項１，２，３，４，５のいずれかに記載の内燃機関の吸気量計測装置において、
スロットル通過空気量算出手段の出力に対して、スロットルを通過した空気が吸気弁に到達するまでの吸気管遅れを施す吸気管遅れ手段を傭えることを特徴とする内燃機関の吸気量計測装置。
【請求項７】
スロットルを通過する空気量を計測する質量流量計測手段と、
スロットルを通過した空気が吸気弁に到達するまでの吸気管遅れを施す吸気管遅れ手段とを備え、
吸気管遅れ手段は、内燃機関の回転数、吸気弁の開閉タイミング、ＥＧＲ弁の開度のうちの、少なくとも内燃機関の回転数を含む任意の組合せと、吸気管の圧力から時定数を求める時定数算出手段と、この時定数算出手段の出力を時定数とする一次遅れ要素からなることを特徴とする内燃機関の吸気量計測装置。
【請求項８】
請求項７記載の内燃機関の吸気量計測装置において、
前記時定数算出手段は、３点の吸気弁の開閉タイミングと、２点もしくは３点のＥＧＲ弁の開度と、４点の吸気管圧についての内燃機関の回転数と吸気弁を通過する空気量の関係を記憶し、これらの間の状態については補間することで時定数を求めることを特徴とする内燃機関の吸気量計測装置。
【請求項９】
吸気管内の気圧と、吸気弁のタイミングと、ＥＧＲ弁の開度と、内燃機関の回転数から吸気効率を算出する吸気効率算出手段と、
質量流量計測手段が計測するスロットルを通過する空気量と、前記吸気効率算出手段が算出する吸気効率と、温度センサが計測する吸気管内温度と、内燃機関の回転速度から吸気弁を通過する空気量を算出する吸気弁通過空気量算出手段を備えたことを特徴とする内燃機関の吸気量計測装置において、
吸気効率算出手段は、３つの吸気弁タイミング、２つないしは３つのＥＧＲ弁開度における内燃機関の回転数と吸気管圧から吸気効率を求めるマップを備え、
吸気管内圧と、吸気弁のタイミングと、ＥＧＲ弁の開度と、内燃機関の回転数とに基づいて、吸気弁タイミングとＥＧＲ弁開度について吸気管内圧と内燃機関の回転数からマップを参照し補間することを特徴とする内燃機関の吸気量計測装置。
【請求項１０】
請求項９記載の内燃機関の吸気量計測装置において、
内燃機関は可変スワールコントロールバルブを備え、
吸気効率算出手段は、スワールコントロールバルブが開いている場合と閉じている場合のそれぞれについて用意され、前記スワールコントロールバルブの開閉に応じて選択されることを特徴とする内燃機関の吸気量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
内燃機関の効率を上げ、排気ガス中の有害物質の濃度を低減するには、内燃機関が取り込む空気の量を精密に計測し、運転状態によって定められる目標空燃比に空燃比が保たれるように燃料噴射量を制御する必要がある。本発明は、内燃機関に取り込まれる空気の量を正確に計測する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関が吸入する空気量を計測する装置は、特開平７−３０１１４４号公報に記載のように、
クランクシャフトの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記吸気通路内の吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、
前記可変吸気弁の開閉タイミング手段により開閉タイミングが調整される側のバルブ駆動機構の作動タイミングを検出するタイミング検出手段と、
少なくとも前記回転速度検出手段による回転速度、前記吸気圧検出手段による吸気圧、及びタイミング検出手段による作動タイミングに基づき、気筒に導入される吸入空気の実際の重量と、大気の所定の状態にて気筒に導入される吸入空気の重量との比である充填効率又はその充填効率に相関した相関値を演算する充填効率演算手段と、
前記充填効率演算手段による充填効率又はその相関値、及び前記吸気圧検出手段による吸気圧に基づき、前記気筒への吸入空気量を求める吸入空気量演算手段とを備えることで、内燃機関の吸入空気量を計測していた。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−３０１１４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術は、回転速度、吸気圧、及び可変吸気弁の開閉タイミングの作動タイミングに基づき充填効率を計算する際に、回転速度、吸気圧、及び可変吸気弁の開閉タイミングの作動タイミングを変数とする３次元のマップを用いていた。例えば回転速度、吸気圧、可変吸気弁の開閉タイミングの作動タイミングの変域をそれぞれ１０分割してマップを作成するとすると、マップのサイズは１０×１０×１０＝１０００となり、マップ作成のための実機によるデータ収集の工数は膨大なものになり、また、マップを記憶しておくためのＲＯＭの大きさも大きくなり、エンジン制御装置（ＥＣＵ）の製造コストが上昇する。
【０００５】
本発明の目的は、できるだけ小さなマップで、精度よく内燃機関の吸気量を算出する装置を実現することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、できるだけ小さなマップで、精度よく、しかも応答性よく内燃機関の吸気量を算出する装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の第一の課題は、
スロットルの開度、スロットルの上下流の圧力、及びスロットルの上流の温度からスロットルを通過する空気量を算出する手段と、
内燃機関の回転数、吸気弁の開閉タイミング、及びＥＧＲ弁の開度から吸気弁を通過する空気量を算出する手段と、
内燃機関の運転状態に応じてスロットルを通過する空気量と吸気弁を通過する空気量のいずれかを選択し内燃機関に吸入された空気量として出力する手段、
とからなる内燃機関の吸気量計測装置により解決される。
【０００８】
上記の第２の課題は、
スロットルの開度、スロットルの上下流の圧力、及びスロットルの上流の温度からスロットルを通過する空気量を算出する手段と、
スロットルを通過した空気が吸気弁に到達する時間を補正する手段と、
内燃機関の回転数、吸気弁の開閉タイミング、及びＥＧＲ弁の開度から吸気弁を通過する空気量を算出する手段と、
内燃機関の運転状態に応じてスロットルを通過する空気量と吸気弁を通過する空気量のいずれかを選択し内燃機関に吸入された空気量として出力する手段、
とからなる内燃機関の吸気量計測装置により解決される。
【０００９】
また、上記の第２の課題を解決する別の手段は、
スロットル上流における空気の流量を計測する手段と、
スロットルを通過した空気が吸気弁に到達する時間を補正する手段と、
内燃機関の回転数、吸気弁の開閉タイミング、及びＥＧＲ弁の開度から吸気弁を通過する空気量を算出する手段と、
内燃機関の運転状態に応じてスロットルを通過する空気量と吸気弁を通過する空気量のいずれかを選択し内燃機関に吸入された空気量として出力する手段、
とからなる内燃機関の吸気量計測装置により実現される。
【００１０】
また、上記の第２の課題を解決する別の手段は、
スロットル上流における空気の流量を計測する手段と、
スロットルを通過した空気が吸気弁に到達する時間を補正する手段と、
内燃機関の回転数、吸気弁の開閉タイミング、及びＥＧＲ弁の開度から吸気弁を通過する空気量を算出する手段、
とからなる内燃機関の吸気量計測装置により実現される。
【発明の効果】
【００１１】
部分負荷域はスロットルの開度、スロットルの上下流の圧力、及びスロットルの上流の温度からスロットルを通過する空気量を算出し、全負荷域は内燃機関の回転数、吸気弁の開閉タイミング、及びＥＧＲ弁の開度から吸気弁を通過する空気量を算出することで、全負荷域のみマッチングですみ、ＲＯＭ容量の削減、マッチング工数の削減に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の第一の実施形態を、図１を用いて説明する。
【００１３】
本発明の第一の実施形態は、スロットル２３の開度、スロットル２３の上下流の圧力、及びスロットル２３の上流の温度からスロットル２３を通過する空気量を算出する手段１１と、
内燃機関の回転数、吸気弁２９の開閉タイミング、及びＥＧＲ弁２４の開度から吸気弁２９を通過する空気量を算出する手段１２と、
内燃機関の運転状態に応じてスロットル２３を通過する空気量と吸気弁２９を通過する空気量のいずれかを選択し内燃機関への吸気量として出力する手段１３、
とから構成される。
【００１４】
内燃機関では、空気と燃料を気筒内に取り込み、これらを爆発させることで動力を得ている。空気の量と燃料の量の比は、内燃機関の運転状態に応じて与えられる目標空燃費に一致するように燃料噴射量は制御される。本発明により内燃機関への吸気量を計測し、これを目標空燃比で割ることで燃料噴射量を算出し、算出された量の燃料を噴射することで空燃費を目標空燃費に一致するように制御する。
【００１５】
この構成の意義について以下図２〜４を用いて説明する。
【００１６】
図２はスロットル２３開度を大きくしていくときの、スロットル２３開度θ、スロットル２３の上下流の圧力P1、P2、および、スロットル２３上流の温度T1の関数（以下の式（１））、
【００１７】
【数１】
2005194960.tif 000003
【００１８】
と、内燃機関への吸気量の関係を示したものである。ただし、
Ａ0はスロットル２３の断面積
Ｒは気体定数
γは空気の比熱比
である。
【００１９】
内燃機関の回転数とＥＧＲ弁２４開度を一定にして、いくつかの吸気弁２９の開閉タイミングでのこの関係を調べてみた。スロットル２３開度がある開度より小さいとき（部分負荷域）は、関数f(θ、P1、P2、T1)と内燃機関への吸気量は比例し、その傾きは吸気弁２９の開閉タイミングによらず一定であるが、スロットル２３がある開度より大きくなると（全負荷域）、関数f(θ、P1、P2、T1)にかかわりなく内燃機関への吸気量は吸気弁２９の開閉タイミングによって決まる一定値を保つことが、図２からわかる。
【００２０】
図３も図２と同様に、スロットル２３開度を大きくしていくときの、スロットル２３開度θ、スロットル２３の上下流の圧力P1、P2、および、スロットル２３上流の温度T1の関数（上述の式（１））と、内燃機関への吸気量の関係を示したものである。吸気弁２９の開閉タイミングとＥＧＲ弁２４開度を一定にして、いくつかの内燃機関の回転数でのこの関係を調べてみた。スロットル２３開度がある開度より小さいとき（部分負荷域）は、関数f(θ、P1、P2、T1)と内燃機関への吸気量は比例し、その傾きは内燃機関の回転数によらず一定であるが、スロットル２３がある開度より大きくなると（全負荷域）、関数f(θ、P1、P2、T1)にかかわりなく内燃機関への吸気量は内燃機関の回転数によって決まる一定値を保つことが、図３からわかる。
【００２１】
図２，図３より、内燃機関への吸気量は、部分負荷のときには、内燃機関の回転数や吸気弁２９の開閉タイミングやＥＧＲ弁２４開度によらず、スロットル２３開度θ、スロットル２３上下流の圧力P1、P2、スロットル２３上流の温度T1の関数として一意に算出でき、全負荷のときは、内燃機関の回転数、吸気弁２９の開閉タイミングとＥＧＲ弁２４開度の関数として算出できることがわかる。したがって、スロットル２３開度θ、スロットル２３上下流の圧力P1、P2、スロットル２３上流の温度T1の関数として算出される部分負荷時の流量と、内燃機関の回転数、吸気弁２９の開閉タイミングとＥＧＲ弁２４開度によって決まる全負荷時の流量の両方を計算しておいて、どちらか小さい方を選べば内燃機関に流入する空気量が算出できる。
【００２２】
この理由を図４を用いて説明する。内燃機関に空気が取り込まれる過程には、図４に示すようにスロットル２３による絞りと、吸気弁２９による絞りの２つの絞りが有る。内燃機関への吸気量は、部分負荷時はスロットル絞りに拘束されるため、スロットル２３開度θ、スロットル２３の上下流の圧力P1、P2、および、スロットル２３上流の温度T1の関数f(θ、P1、P2、T1)によって算出される。全負荷時はスロットル２３による絞りの影響がなくなり、内燃機関への吸気量は、吸気弁２９による絞りのみに拘束されるため、内燃機関の回転数、吸気弁２９の開閉タイミングとＥＧＲ弁２４開度の関数として決まる。したがって、内燃機関への吸気量は、スロットル２３を通過する空気量と吸気弁２９を通過する空気量の小さいほうに一致する。
【００２３】
したがって、本発明の第一の実施形態の冒頭で述べた構成のように、
スロットル２３の開度、スロットル２３の上下流の圧力、及びスロットル２３の上流の温度からスロットル２３を通過する空気量を算出する手段１１と、
内燃機関の回転数、吸気弁２９の開閉タイミング、及びＥＧＲ弁２４の開度から吸気弁２９を通過する空気量を算出する手段１２と、
内燃機関の運転状態に応じてスロットル２３を通過する空気量と吸気弁２９を通過する空気量のいずれかを選択し内燃機関への吸気量として出力する手段１３と、
からなる内燃機関の吸気量計測装置によって、内燃機関への吸気量は計測される。また、本実施形態では、部分負荷域と全負荷域で異なる計測方法を採用し、部分負荷域では物理式から吸気量を算出し、全負荷域のみマップを用いる。全ての負荷域でマップによる吸気量算出を行う従来の方法では、内燃機関の回転数、吸気弁２９の開閉タイミング、ＥＧＲ弁２４開度、吸気管内の圧力の４次元マップから吸気量を算出したが、本実施形態によれば、内燃機関の回転数、吸気弁２９の開閉タイミング、ＥＧＲ弁２４開度の３次元マップから吸気量を算出でき、マップの次元を一次元省くことができる。これはマップを書き込むＲＯＭと、マップを作成するための工数を著しく削減する。
【００２４】
ところで、全負荷域で、内燃機関の回転数、吸気弁２９の開閉タイミング、ＥＧＲ弁２４の開度の３次元マップから吸気量を算出する際に、３次元マップのサイズを小さくする方法がある。
【００２５】
図５は吸気弁２９の開閉タイミング、ＥＧＲ弁２４開度を一定にしたときの、内燃機関の回転数と吸気弁２９を通過する空気量の関係を示した図である。この図は、内燃機関の回転数の変域を細かく分割して（例えば、１０００ｒｐｍから６０００ｒｐｍを１０分割）、それぞれについて吸気弁２９を通過する空気量をＲＯＭに記憶しておく必要が有ることを示す。
【００２６】
図６は内燃機関の回転数、ＥＧＲ弁２４開度を一定にしたときの、吸気弁２９の開閉タイミングと吸気弁２９を通過する空気量の関係を示した図である。この図は、吸気弁２９を通過する空気量は吸気弁２９の開閉タイミングの２次間数として近似できることを示す。したがって、吸気弁２９の開閉タイミングの可動域の両端と中央付近で吸気弁２９を通過する空気量をＲＯＭに記憶しておいて、その間は例えば２次関数等の適切な関数で補間すれば十分な精度で吸気弁２９を通過する空気量が求められる。
【００２７】
図７は内燃機関の回転数、吸気弁２９の開閉タイミングを一定にしたときの、ＥＧＲ弁２４開度と吸気弁２９を通過する空気量の関係を示した図である。この図は、吸気弁２９を通過する空気量はＥＧＲ弁２４開度の高々２次関数として近似できることを示す。したがって、ＥＧＲ弁２４開度の可動域の両端と中央付近で吸気弁２９を通過する空気量をＲＯＭに記憶しておいて、その間は例えば２次関数等の適切な関数で補間すれば十分な精度で吸気弁２９を通過する空気量が求められる。また、ＥＧＲ弁２４開度の可動域の両端で吸気弁２９を通過する空気量をＲＯＭに記憶しておいて、その間は例えば１次関数等の適切な関数で補間すれば十分な精度で吸気弁２９を通過する空気量が求めてもよい。更にいえば、内燃機関の回転数、吸気弁２９の開閉タイミングに比べて、ＥＧＲ弁２４開度が吸気弁２９を通過する空気量に及ぼす影響は小さいので、ＥＧＲ弁２４開度の影響を吸気弁２９を通過する空気量のマップから削除して、内燃機関の回転数、吸気弁２９の開閉タイミングの２次元マップから吸気量を算出してもよい。
【００２８】
また、内燃機関によっては、内燃機関の回転数、ＥＧＲ弁２４の開度に比べて空気弁２９の開閉タイミングが吸気弁２９を通過する吸気量に及ぼす影響は小さいので、吸気弁２９の開閉タイミングの影響を吸気弁２９を通過する空気量のマップから削除して、内燃機関の回転数、ＥＧＲ弁２４の開度の２次元マップから算出してもよい。
【００２９】
したがって、第１の実施形態における、
内燃機関の回転数、吸気弁２９の開閉タイミング、及びＥＧＲ弁２４の開度から吸気弁２９を通過する空気量を算出する手段１２は、
内燃機関の回転数、吸気弁２９の開閉タイミング、及びＥＧＲ弁２４の開度から吸気弁２９を通過する空気量を算出するマップをもち、そのマップは、３つの吸気弁２９の開閉タイミングと３ないしは２つのＥＧＲ弁２４の開度についての内燃機関の回転数と吸気弁２９を通過する空気量との関係から構成され、その間は適切な関数で補間されてもよい。
【００３０】
また、ＥＧＲ弁２４の開度による吸気量への影響が小さいと考えれば、第１の実施形態における、
内燃機関の回転数、吸気弁２９の開閉タイミング、及びＥＧＲ弁２４の開度から吸気弁２９を通過する空気量を算出する手段１２
のかわりに、
内燃機関の回転数と吸気弁２９の開閉タイミングから吸気弁２９を通過する空気量を算出する手段１２
が備えられていてもよい。この吸気弁２９を通過する空気量を算出する手段１１は、内燃機関の回転数、吸気弁２９の開閉タイミングから吸気弁２９を通過する空気量を算出するマップをもち、そのマップは、３つの吸気弁２９の開閉タイミングについての内燃機関の回転数と吸気弁２９を通過する空気量との関係から構成されてもよい。
【００３１】
これまで述べてきた実施形態では、大気圧（スロットル２３上流の気圧）Ｐ１は１気圧で、全開時の吸気管内の気圧Ｐ２が大気圧に等しく１気圧になることを仮定していたが、高山を走行する場合など、大気圧が１気圧に満たない場合がある。このときは、全開時でも吸気管内圧Ｐ２が１気圧より低くなり、低くなった分、吸気弁２９を通過する空気量は減る。したがって、図１の吸気弁２９を通過する空気量を算出する手段１２は、内燃機関の回転数、吸気弁２９のタイミング、及びＥＧＲ弁２４の開度に加えて、スロットル２３上流の気圧を併用して吸気弁２９を通過する空気量を算出してもよい。
【００３２】
なお、本発明の内燃機関の吸気量計測装置が第１の実施形態の通りに実行された場合の特徴を述べる。内燃機関の回転数、スロットル２３開度、吸気弁２９の開閉タイミング、ＥＧＲ弁２４開度をスウィープし、様々な運転状態を実現する。それぞれの運転状態において、内燃機関の吸気量計測装置に偽のセンサ信号を与える。そのときに偽の信号により内燃機関の吸気量計測装置の出力が変化すれば、そのセンサ信号を用いて吸気量を算出していることになる。偽の信号に対する出力の変化を見ることで、すべての内燃機関の運転状態について、どの信号の組み合わせから吸気量を算出しているかを調べる。その結果、
スロットル２３の開度、スロットル２３の上下流の圧力、及びスロットル２３の上流の温度から吸気量を算出している運転状態と、
内燃機関の回転数、吸気弁２９の開閉タイミング、及びＥＧＲ弁２４の開度から吸気弁２９を通過する空気量を算出する運転状態と、
の２つの運転状態に分離できれば、本発明の第１の実施形態を実施したことになる。
【００３３】
内燃機関において燃料噴射量を算出する際には、気筒３０に入る空気量、すなわち、吸気弁２９を通過する空気量を用いる。第１の実施形態においては、部分負荷時はスロットル２３を通過する空気量、全負荷時は吸気弁２９を通過する空気量を内燃機関への吸気量として認識した。したがって、部分負荷時は、空気がスロットル２３を通過してから吸気弁２９を通過するまでの遅れを補正する必要がある。第２の実施形態は、吸気管２６を空気が通過する際の遅れを補正するものである。本発明の第２の実施形態を、図８を用いて説明する。
【００３４】
本発明の第２の実施形態は、スロットル２３の開度、スロットル２３の上下流の圧力、及びスロットル２３の上流の温度からスロットル２３を通過する空気量を算出する手段１１と、
スロットル２３を通過した空気が吸気弁２９に到達するまでの吸気管における遅れを施す手段１４と、
内燃機関の回転数、吸気弁２９の開閉タイミング、及びＥＧＲ弁２４の開度から吸気弁２９を通過する空気量を算出する手段１２と、
内燃機関の運転状態に応じてスロットル２３を通過する空気量に吸気管遅れを施した空気量と吸気弁２９を通過する空気量のいずれかを選択し内燃機関への吸気量として出力する手段１３、
とから構成される。
【００３５】
ここで、
Ｍth：スロットル２３を通過する空気量
Ｍc：吸気弁２９を通過する空気量
Ｐ2：吸気管内の気圧
Ｔ2：吸気管内の気温
Ｖm：スロットル２３から吸気弁２９までの吸気管内部の体積
Ｒ：気体定数
Ｖd：気筒内容積
η：吸気効率
とすると、
スロットル２３を通過する空気量Ｍthと吸気弁２９を通過する空気量Ｍcの関係は、以下の式（２）、
【００３６】
【数２】
2005194960.tif 000004
【００３７】
で表され、吸気弁２９を通過する空気量と吸気管内の気圧の関係は、以下の式（３）、
【００３８】
【数３】
2005194960.tif 000005
【００３９】
で表せることが知られている。この２つの式からＰ2を消去すると、次の式（４）、
【００４０】
【数４】
2005194960.tif 000006
【００４１】
となるので、ＭcはＭthの一次遅れ系として近似でき、その時定数は内燃機関の回転数ｎと吸気効率ηの関数である。
【００４２】
過渡時の吸気量計測の精度は、定常時の吸気量計測の精度ほど高精度である必要はないので、ηを内燃機関の運転状態によらない定数とみなすことができる。すると、ＭcはＭthの一次遅れ系で、その時定数は回転数のみに依存すると表せる。したがって、第２の実施形態の吸気管遅れ手段１４の一例は、図９に示すように、
内燃機関の回転数から時定数を求める手段１４２と、
この出力を時定数とする一次遅れ要素１４１から構成される。
【００４３】
また、過渡時の吸気量計測の精度も定常時の吸気量計測の精度並に高精度を実現したいのなら、ηを内燃機関の運転状態に依存した変数と考える必要がある。すると、ＭcはＭthの一次遅れ系で、その時定数は内燃機関の回転数、吸気弁２９のタイミング、ＥＧＲ弁２４の開度、吸気管内の気圧の関数として表せる。したがって、第２の実施形態の吸気管遅れ手段の一例は、図９に示すように、
内燃機関の回転数、吸気弁２９のタイミング、ＥＧＲ弁２４の開度、吸気管内の気圧から時定数を求める手段１４２と、
この出力を時定数とする一次遅れ要素１４１から構成される。
【００４４】
このように、第２の実施形態の構成、すなわち、
スロットル２３の開度、スロットル２３の上下流の圧力、及びスロットル２３の上流の温度からスロットル２３を通過する空気量を算出する手段１１と、
スロットル２３を通過した空気が吸気弁２９に到達するまでの遅れを施す手段１４と、
内燃機関の回転数、吸気弁２９の開閉タイミング、及びＥＧＲ弁２４の開度から吸気弁２９を通過する空気量を算出する手段１２と、
内燃機関の運転状態に応じてスロットル２３を通過する空気量と吸気弁２９を通過する空気量のいずれかを選択し内燃機関への吸気量として出力する手段１３と、
から構成される内燃機関の吸気量計測装置によって、内燃機関への吸気量は、スロットル２３から吸気弁２９まで空気が到達するまでの遅れの影響なく空気量を計測できる。
【００４５】
ここで、スロットル２３から吸気弁２９まで空気が到達するまでの遅れを、回転数に依存した時定数をもつ一次遅れ系とする場合は、必要なマッチングは、第一の実施例で必要なマッチングに加えて、回転数と時定数の比例係数のマッチングが必要であり、適合工数は小さくて済む。また、スロットル２３から吸気弁２９まで空気が到達するまでの遅れを、内燃機関の回転数、吸気弁２９のタイミング、ＥＧＲ弁２４の開度、吸気管内の気圧の関数に依存した時定数をもつ一次遅れ系とする場合は、必要なマッチングは、第一の実施例で必要なマッチングに加えて、内燃機関の回転数、吸気弁２９のタイミング、ＥＧＲ弁２４の開度、吸気管内の気圧と時定数の関係のマップを作成するマッチングである。この場合は適合工数は大きくなるが、その分過渡時の吸気量計測精度が向上する。
【００４６】
一次遅れ系の時定数は、吸気弁２９の開閉タイミングの２次関数、ＥＧＲ弁２４開度の１ないしは２次関数、吸気管圧の３次関数として精度よく近似できることが知られている。そこで、時定数算出手段は３つの吸気弁２９の開閉タイミングと２ないしは３つのＥＧＲ弁２４開度と４つの吸気管圧についての内燃機関の回転数と吸気弁２９を通過する空気量の関係を記憶し、これらの間の状態については補間することで時定数を求めてもよい。
【００４７】
第２の実施形態の構成のうち、
スロットル２３の開度、スロットル２３の上下流の圧力、及びスロットル２３の上流の温度からスロットル２３を通過する空気量を算出する手段１１を、
熱線流量計のような質量流量計測手段１５で置き換えてもよい。こうすることで、内燃機関への吸気量計測精度は一層向上する。
【００４８】
第１、２の実施形態の構成における、スロットル２３の開度、スロットル２３の上下流の圧力、及びスロットル２３の上流の温度からスロットル２３を通過する空気量を算出する手段１１の出力と内燃機関への吸気量の関係は、図２に示された。そこでは、スロットル２３を通過する空気量を算出する手段１１の出力がある程度に達すると、内燃機関への吸気量は飽和してしまった。これは、スロットル２３開度がある一定角度を超えるとスロットル２３による絞りの効果がなくなってしまうため内燃機関への吸気量は飽和するが、この飽和に関係なくスロットル２３を通過する空気量を算出する手段の出力はスロットル２３開度に伴い大きくなるためである。ところが、熱線流量計のような質量流量計測手段１５で置き換えた場合、質量流量計測手段１５の出力と内燃機関への吸気量は常に比例する。したがって、吸気弁２９を通過する空気量を並列に計算して、小さいほうを選択する必要がない。したがって、質量流量計測手段１５を用いる場合は、内燃機関の吸気量計測装置は、質量流量計測手段１５と、スロットル２３を通過した空気が吸気弁２９に到達するまでの吸気管における遅れを施す手段１４と、から構成され、スロットル２３を通過する空気量に吸気管遅れを施した空気量を内燃機関への吸気量として出力するものであってもよい。
【００４９】
ところで、スロットル２３を通過する空気量Ｍthと吸気弁２９を通過する空気量Ｍcの関係は、式（２）と式（３）から求められる式（４）で表されるとしたが、式（４）は、
【００５０】
【数５】
2005194960.tif 000007
【００５１】
を前提としている。ところがエンジン回転数ｎや吸気効率ηが急に変化する場合、式（５）は成立しない。この場合は、式（２）と式（３）からスロットル２３を通過する空気量Ｍthと吸気管内の気圧Ｐ２の関係として、次の式（６）、
【００５２】
【数６】
2005194960.tif 000008
【００５３】
が求められる。これは吸気管内の気圧Ｐ２がスロットルを通過する空気量Ｍthの一次遅れで近似でき、その遅れの時定数が、次の式（７）、
【００５４】
【数７】
2005194960.tif 000009
【００５５】
ゲインが、次の式（８）、
【００５６】
【数８】
2005194960.tif 000010
【００５７】
であることを示す。式（６）で表される一次遅れから吸気管の圧力Ｐ２を求めて、Ｐ２を式（３）に代入することで吸気弁２９を通過する空気量Ｍｃを求めることができる。
【００５８】
このことから、図１２に示すような実施形態も考えられる。この実施形態は、
吸気管内の気圧、吸気弁２９のタイミング、ＥＧＲ弁２４の開度と内燃機関の回転数から吸気効率を算出する手段１８と、
質量流量計測手段１５が計測するスロットルを通過する空気量、吸気効率算出手段１８が算出する吸気効率、温度センサ２７が計測する吸気管温度と内燃機関の回転速度から吸気管内の圧力を算出する手段１６と、
吸気効率算出手段１８が算出する吸気効率、圧力算出手段が算出する吸気管内の圧力、温度センサ２７が計測する吸気管内温度と内燃機関の回転速度から吸気弁を通過する空気量を算出する吸気弁通過空気量算出手段１７
とから構成される。
【００５９】
図１２に示すような実施形態により、内燃機関の回転数や吸気効率が急変した場合でも、応答性よく、高精度に吸気弁を通過する吸気量が算出できる。
【００６０】
また、図１２における吸気効率算出手段１８は、図１３に示すように、３つの吸気弁タイミングと、２つのＥＧＲ弁開度における内燃機関の回転数と吸気管圧から吸気効率を求めるマップを備え、吸気管内圧、吸気弁２９のタイミング、ＥＧＲ弁２４の開度と内燃機関の回転数が与えられたら、各吸気弁タイミングと各ＥＧＲ弁開度について吸気管内圧と内燃機関の回転数からマップを参照し吸気効率を算出し、吸気弁タイミングとＥＧＲ弁開度について補間する。図１３では、２つのＥＧＲ弁開度について吸気効率のマップを用意したが、３つのＥＧＲ弁開度について吸気効率のマップを用意すれば、補間精度は向上する。
【００６１】
スワールコントロールバルブを備えたエンジンにおいては、スワールコントロールバルブが開いているときと閉じているときのそれぞれについて図１３に示すような吸気効率算出手段を備え、スワールコントロールバルブの開閉に応じて選択して吸気効率を選択してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の内燃機関の吸気量計測装置の１実施形態を説明する図である。
【図２】内燃機関への吸気量の特性の一例を示す図である。
【図３】内燃機関への吸気量の特性の一例を示す図である。
【図４】内燃機関への吸気量を決める２つの絞りを説明する図である。
【図５】内燃機関への吸気量の特性の一例を示す図である。
【図６】内燃機関への吸気量の特性の一例を示す図である。
【図７】内燃機関への吸気量の特性の一例を示す図である。
【図８】本発明の内燃機関の吸気量計測装置の一実施形態を説明する図である。
【図９】本発明の内燃機関の吸気量計測装置の吸気管遅れ手段の構成の一例を説明する図である。
【図１０】本発明の内燃機関の吸気量計測装置の一実施形態を説明する図である。
【図１１】本発明の内燃機関の吸気量計測装置の一実施形態を説明する図である。
【図１２】本発明の内燃機関の吸気量計測装置の一実施形態を説明する図である。
【図１３】本発明の内燃機関の吸気量計測装置の吸気率算出手段の構成の一例を説明する図である。
【符号の説明】
【００６３】
１１…スロットル通過空気量算出手段
１２，１７…吸気弁通過空気量算出手段
１３…選択手段
１４…吸気管遅れ手段
１５…質量流量計測手段
２１…圧力センサ  
２２…温度センサ  
２３…スロットル  
２４…ＥＧＲ弁  
２５…圧力センサ  
２６…吸気管
２７…温度センサ  
２８…吸気弁制御手段  
２９…吸気弁  
３０…気筒  
３１…クランク角センサ
１４１…一次遅れ要素  
１４２…時定数算出手段
【図１】
2005194960.tif 000011
【図２】
2005194960.tif 000012
【図３】
2005194960.tif 000013
【図４】
2005194960.tif 000014
【図５】
2005194960.tif 000015
【図６】
2005194960.tif 000016
【図７】
2005194960.tif 000017
【図８】
2005194960.tif 000018
【図９】
2005194960.tif 000019
【図１０】
2005194960.tif 000020
【図１１】
2005194960.tif 000021
【図１２】
2005194960.tif 000022
【図１３】
2005194960.tif 000023