(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に吸入される吸入空気量を一定の周期で繰り返し予測する吸入空気量予測装置であって、
前回の予測における吸入空気量に対応した物理量及び前回の予測における吸気弁閉弁時と今回の予測における吸気弁閉弁時との時間差に基づいて、今回の予測における吸入空気量に対応した物理量を演算する第一演算手段と、
前記第一演算手段により演算された物理量に基づいて、今回の予測時間における吸入空気量を演算する第二演算手段と、
を備えたことを特徴とする吸入空気量予測装置。
【請求項２】
前記物理量は、前記内燃機関に接続される吸気管における空気質量であることを特徴とする請求項１に記載の吸入空気量予測装置。
【請求項３】
内燃機関に接続される吸気管の吸気圧を一定の周期で繰り返し予測する吸気圧予測装置であって、
前回の予測における吸気圧に対応した物理量及び前回の予測における吸気弁閉弁時と今回の予測における吸気弁閉弁時との時間差に基づいて、今回の予測における吸気圧に対応した物理量を演算する第一演算手段と、
前記第一演算手段により演算された物理量に基づいて、今回の予測時間における吸気圧を演算する第二演算手段と、
を備えたことを特徴とする吸気圧予測装置。
【請求項４】
前記物理量は、前記吸気管における空気質量であることを特徴とする請求項３に記載の吸気圧予測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に吸入される空気量を予測する吸入空気量予測装置及び内燃機関に接続される吸気管の吸気圧を予測する吸気圧予測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関に吸入される空気量を予測する吸入空気量予測装置として、特許第２６２３７３２号公報に記載されるように、スロットル開度と機関回転速度に基づいて機関燃焼室に吸入される吸入空気量の現在の値を演算し、スロットル開度と機関回転速度に基づいて現時点より所定時間先の予測時点の吸入空気量を予測し、吸入空気量における現在の演算値と現実の測定による現在の測定値の差及び予測値に基づいて予測時点における吸入空気量を演算する吸入空気量予測装置が知られている。
【０００３】
この吸入空気量予測装置は、スロットル弁を迂回して吸入されるバイパス空気量を考慮して予測時点での吸入空気量を演算することにより、バイパス空気量が存在する場合でも予測時点の吸入空気量を正確に予測しようとするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した装置にあっては、前述の公報の図１１に示されるように、予測吸気管圧力を演算する際、現時点から予測時点（吸気弁閉弁時）までの時間を演算周期で除算して演算回数を求め、その演算回数にて演算を繰り返している。このとき、現時点から予測時点までの時間を演算周期で余りなく除算できない場合、正確な予測吸気管圧力が演算できず、吸入空気量の予測精度も低下することとなる。
【０００５】
そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、吸入空気量の予測精度の向上が図れる吸入空気量予測装置及び吸気管圧力の予測精度の向上が図れる吸気圧予測装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係る吸入空気量予測装置は、内燃機関に吸入される吸入空気量を一定の周期で繰り返し予測する吸入空気量予測装置であって、前回の予測における吸入空気量に対応した物理量及び前回の予測における吸気弁閉弁時と今回の予測における吸気弁閉弁時との差に基づいて、今回の予測における吸入空気量に対応した物理量を演算する第一演算手段と、第一演算手段により演算された物理量に基づいて、今回の予測時間における吸入空気量を演算する第二演算手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
また本発明に係る吸入空気量予測装置は、前述の物理量が内燃機関に接続される吸気管における空気質量であることを特徴とする。
【０００８】
また本発明に係る吸気圧予測装置は、内燃機関に接続される吸気管の吸気圧を一定の周期で繰り返し予測する吸気圧予測装置であって、前回の予測における吸気圧に対応した物理量及び前回の予測における吸気弁閉弁時と今回の予測における吸気弁閉弁時との差に基づいて、今回の予測における吸気圧に対応した物理量を演算する第一演算手段と、第一演算手段により演算された物理量に基づいて、今回の予測時間における吸気圧を演算する第二演算手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また本発明に係る吸気圧予測装置は、前述の物理量が吸気管における空気質量であることを特徴とする。
【００１０】
これらの発明によれば、前回の予測における吸入空気量又は吸気圧に対応した物理量及び前回の予測における吸気弁閉弁時と今回の予測における吸気弁閉弁時との差に基づいて今回の予測における吸入空気量又は吸気圧に対応した物理量が演算され、その物理量に基づいて予測時における吸入空気量又は吸気圧が演算される。このため、繰り返し行われる予測演算の演算周期に関係なく、吸気弁閉弁時における正確な吸入空気量又は吸気圧が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１２】
図１に本実施形態に係る吸入空気量予測装置の説明図を示す。
【００１３】
本図に示すように、吸入空気量予測装置は、内燃機関であるエンジン２の気筒内に吸入される吸入空気量を予測する装置である。吸入空気量予測の対象となるエンジン２は、可変動弁機構を備えたものである。例えば、エンジン２は、可変動弁機構として、吸気弁３及び排気弁４の開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング機構５を備えている。可変バルブタイミング機構５は、ＥＣＵ６と電気的に接続されており、ＥＣＵ６から出力される制御信号に基づいて作動し、カムポジションセンサなどの検出センサ７を介してＥＣＵ６にバルブタイミングに関する検出信号を出力する。
【００１４】
エンジン２には、クランクポジションセンサ１２が設けられている。クランクポジションセンサ１２は、エンジン回転数を検出するセンサであり、ＥＣＵ６と接続され、ＥＣＵ６に対し検出信号を出力する。
【００１５】
エンジン２には、燃焼室８に燃料を噴射するインジェクタ９が設けられている。インジェクタ９は、燃料を燃焼室８へ供給する燃料噴射手段であり、エンジン２が備えるシリンダ１０ごとに設置されている。燃焼室８は、シリンダ１０内に配設されたピストン１１の上方に形成されている。燃焼室８の上部には、吸気弁３及び排気弁４が配設されている。
【００１６】
吸気弁３の上流側には、インテークマニホルド２０が接続されている。インテークマニホルド２０の上流側には、サージタンク２１が接続されている。インテークマニホルド２０及びサージタンク２１は、エンジン２に接続される吸気管を構成するものである。更に、サージタンク２１の上流側の吸気通路には、エアクリーナ２２が設置されている。
【００１７】
サージタンク２１の上流位置には、スロットルバルブ２３が設けられている。スロットルバルブ２３は、ＥＣＵ６の制御信号に基づいて作動する。スロットルバルブ２３のスロットル開度は、スロットルポジションセンサ２４により検出され、ＥＣＵ６に入力される。
【００１８】
エアクリーナ２２の下流位置には、エアフローメータ２５が設けられている。エアフローメータ２５は、吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段である。エアフローメータ２５の検出信号は、ＥＣＵ６に入力される。
【００１９】
ＥＣＵ６は、吸入空気量予測装置１０の装置全体の制御を行うものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。ＲＯＭには、吸入空気量予測ルーチンを含む各種制御ルーチンが記憶されている。
【００２０】
次に、本実施形態に係る吸入空気量予測装置の動作について説明する。
【００２１】
図２は、吸入空気量予測装置の動作を示すフローチャートである。
【００２２】
本図のステップＳ１０（以下、単に「Ｓ１０」と示す。他のステップについても同様とする。）にて、スロットル開度ＴＡ、エンジン回転数ＮＥ、バルブタイミングＶＴの読み込みが行われる。
【００２３】
スロットル開度ＴＡの読み込みは、スロットルポジションセンサ２４の出力信号に基づいて行われる。エンジン回転数ＮＥの読み込みは、クランクポジションセンサ１２の出力信号に基づいて行われる。バルブタイミングＶＴの読み込みは、検出センサ７の出力信号に基づいて行われる。
【００２４】
そして、Ｓ１２に移行し、前回の予測時間ｔｐ０から今回の予測時間ｔｐ１までの時間Δｔが算出される。図３に示すように、本フローチャートにおける吸入空気量予測処理は、一定の演算時間ｔｉをおいて繰り返し行われている。前回の予測時間ｔｐ０とは、前回の処理において予測された噴射開始から吸気弁閉弁時までの予測時間をいう。また、今回の予測時間ｔｐ１とは、今回の処理において予測された噴射開始から吸気弁閉弁時までの予測時間を意味する。
【００２５】
前回の予測時間ｔｐ０から今回の予測時間ｔｐ１までの時間Δｔは、次の式（１）により算出される。
【００２６】
Δｔ＝ｔｉ＋ｔｐ１−ｔｐ０  ‥‥（１）
そして、Ｓ１４に移行し、今回の予測時における吸気管内の空気質量Ｍ（ｔｐ１）の演算が行われる。空気質量Ｍ（ｔｐ１）の演算は、次の式（２）に基づいて行われる。
【００２７】
Ｍ（ｔｐ１）＝Ｍ（ｔｐ０）＋Δｔ・（ｍin（ｔｐ０）−ｍout（ｔｐ０））‥‥（２）
ここで、Ｍ（ｔｐ０）は前回の処理で演算された吸気管内の予測空気質量、ｍin（ｔｐ０）は前回の予測時における単位時間当たりに吸気管へ流入する空気量、ｍout（ｔｐ０）は前回の予測時における単位時間当たりに吸気管から流出する空気量である。
【００２８】
ｍin（ｔｐ０）は、Ｍ（ｔｐ０）に基づいて演算された吸気圧Ｐｍ（ｔｐ０）、前回の予測時におけるスロットル開度ＴＡ（ｔｐ０）に基づいて、演算されたものが用いられる。また、ｍout（ｔｐ０）は、吸気圧Ｐｍ（ｔｐ０）、前回の予測時におけるエンジン回転数ＮＥ（ｔｐ０）、前回の予測時におけるバルブタイミングＶＴ（ｔｐ０）に基づき、演算されたものが用いられる。
【００２９】
なお、時間ｔｐ０は、現実の時間ｔ１に対し、今回の予測時間ｔｐ１からΔｔを減じた時間だけ先の時間となり、現実の時間ｔ１と必ずしも同時刻ではない。このため、エンジン回転数ＮＥ、バルブタイミングＶＴ、スロットル開度ＴＡとしては、何れかの手法により予測したものを用いるのが望ましい。
【００３０】
そして、Ｓ１６に移行し、Ｓ１４の演算で得られた予測空気質量Ｍ（ｔｐ１）に基づいて、今回の予想時、即ち吸気管閉弁時における吸気圧Ｐｍ（ｔｐ１）の演算が行われる。この吸気圧Ｐｍ（ｔｐ１）の演算は、気体の状態式などを用いて行われる。
【００３１】
そして、Ｓ１８に移行し、Ｓ１６の演算で得られた吸気圧Ｐｍ（ｔｐ１）に基づいて単位時間当たりにエンジン２に吸引される吸入空気量ｍout（ｔｐ１）が演算される。吸入空気量ｍout（ｔｐ１）の演算は、ＥＣＵ６に予め設定されたマップや演算式などを用いて行われる。
【００３２】
以上のように、本実施形態に係る吸入空気量予測装置によれば、以下の効果を奏する。
【００３３】
エンジンへの単位時間当たりの吸入空気量は吸気圧と密接に関係するため、吸入空気量予測において吸気弁閉弁時の吸気圧を求めることが重要である。吸気圧の算出は、空気質量等のバランス計算（積分）によって成立するので、できるだけ短周期で計算を繰り返すことが予測の精度の向上につながる。一方、燃料噴射の時期は、例えば４気筒４サイクルエンジンであれば７２０度クランク角が動く間に燃料を４回噴射することから、吸入空気量予測と異なる時間軸にて計算されることとなる。つまり、吸入空気量（吸気圧）予測は実時間を基準として一定の周期で行われるのに対し、燃料噴射時期はクランク角を基準として設定される。従って、両者の同期をとることが非常に困難である。これに対し、本実施形態に係る吸入空気量予測装置では、吸気圧を予測するたびに吸入空気量を決定しておくことにより、どのタイミングで燃料噴射が開始されてもよいように備えておくことができる。
【００３４】
図４に燃料噴射開始から吸気弁閉弁までの過程を示す。本図に示すように、吸気弁閉弁までの時間は、燃料噴射量、バルブの位相だけでなく、エンジン回転数（クランク角）にも依存する。しかしながら、本実施形態に係る吸入空気量予測装置では、ＥＣＵ６にて、常に今回の吸入空気量演算と次回の吸入空気量演算の間に燃料噴射が開始されると想定して、閉弁時までの時間を計算し、その時刻における吸気圧、吸入空気量を算出しているため、クランク角などと同期をとる必要がない。
【００３５】
また、その際、予測演算時から吸気弁閉弁時までの時間が吸入空気量演算周期に対し非常に長くなっても、上述の式（２）により、今回の予測時における吸気管内の空気質量Ｍ（ｔｐ１）を演算し、その演算結果に基づいて吸気圧Ｐｍ（ｔｐ１）及び吸入空気量ｍout（ｔｐ１）を演算し、前回の予測時間ｔｐ０を利用して今回の予想時間ｔｐ１を決定することにより、簡易な演算により正確な吸気圧及び吸入空気量の予測が可能となる。
【００３６】
なお、本実施形態においては、吸入空気量予測装置について説明したが、ＥＣＵ６にて図２のＳ１６の吸気圧演算までを行う吸気圧予測装置としてもよい。この場合であっても、演算された吸気圧に基づいて吸入空気量を演算すれば、本実施形態に係る吸入空気量予測装置と同様な作用効果が得られる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、前回の予測における吸入空気量又は吸気圧に対応した物理量及び前回の予測における吸気弁閉弁時と今回の予測における吸気弁閉弁時との差に基づいて今回の予測における吸入空気量又は吸気圧に対応した物理量が演算され、その物理量に基づいて予測時における吸入空気量又は吸気圧が演算される。このため、繰り返し行われる予測演算の演算周期に関係なく、吸気弁閉弁時における正確な吸入空気量又は吸気圧が可能となり、吸入空気量又は吸気圧の予測精度の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態に係る吸入空気量予測装置の説明図である。
【図２】図１の吸入空気量予測装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】図１の吸入空気量予測装置における予測処理の説明図である。
【図４】燃料噴射開始から吸気弁閉弁までの過程を示した図である。
【符号の説明】
２…エンジン、３…吸気弁、４…排気弁、５…可変バルブタイミング機構、６…ＥＣＵ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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