(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気圧力を内燃機関の全行程中の複数のタイミングで検出するとともに、検出された吸気圧力の最小値と最大値との間に閾圧力を設定し、前記検出された吸気圧力のうち、前記閾圧力以下の吸気圧力を平均して平均吸気圧力を求め、この平均吸気圧力をパラメータとして吸入空気量を測定することを特徴とする内燃機関における吸入空気量測定方法。
【請求項２】
前記吸気圧力の最大値と最小値との差を求め、この最大値と最小値との差の所定割合分を前記最小値に加えることにより、前記閾圧力を設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関における吸入空気量測定方法。
【請求項３】
前記最大値を、大気圧とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関における吸入空気量測定方法。
【請求項４】
前記最大値を、前記内燃機関の全行程において検出された全ての吸気圧力の平均値とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関における吸入空気量測定方法。
【請求項５】
前記内燃機関の全行程において検出された全ての吸気圧力値を直線的に結んで仮想吸気圧力線を作成し、この仮想吸気圧力線に基づき、前記平均吸気圧力を算出することを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載の内燃機関における吸入空気量測定方法。
【請求項６】
前記最小値に加える最大値と最小値との差の所定割合分を、内燃機関の運転状態に応じて変更することを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れかに記載の内燃機関における吸入空気量測定方法。
【請求項７】
前記内燃機関が独立吸気型の内燃機関であることを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れかに記載の内燃機関における吸入空気量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関における燃料噴射量の算出基準となる吸入空気量の測定方法に係わり、特に、吸気管内圧力をパラメータとして吸入空気量を算出するようにした内燃機関における吸入空気量測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、内燃機関においては、吸入空気量に基づき燃料噴射量を設定していることから、前記吸入空気量を常時測定する必要がある。
そして、特に、マルチスロットル型や単気筒といった独立吸気型の内燃機関にあっては、吸気管の上流側に吸気チャンバがないために、吸入空気量の測定が困難である。
このために、内燃機関の回転数とスロットル開度とをパラメータとして、吸入空気量を推定することが行われている。
しかしながら、このような方法にあっては、回転数とスロットル開度とによって決まる内燃機関の運転状態と実吸入空気量との間にずれが生じてしまうといった不具合が生じる。
【０００３】
このような不具合を解消するために、吸気管内の圧力を吸気圧センサによって検出し、この吸気圧力に基づいて吸入空気量を推定することが提案されている。
【０００４】
そして、このような推定方法を独立吸気型の内燃機関に適用する場合、前述したように吸気チャンバがないために、大きな吸気圧脈動が発生し、これに起因して、正確な吸入空気量の測定ができないといった不具合が生じる。
すなわち、特に中負荷時の吸入時に大きく負圧が発生した後に大気圧まで戻る大きな脈動である。
そして、吸入空気量を推定するためには、変動する吸気圧力を一元化する必要があり、そのために、前記変動する吸気圧力を平均化することが行われる。
しかしながら、前述した大きな吸気圧脈動を平均化すると、大気圧近傍の圧力も含めて平均化されるため、正確な吸入空気量を推定できず、吸入空気量の有効な推定手段とはなり得ていない。
【０００５】
さらに、このような不具合を解消するために、クランク角信号に対する特定のタイミングまたは特定の範囲の吸気圧を抽出し、この特定の吸気圧力を平均化することが行われている。
たとえば、特開平１１−６２６９１号公報に示されるように、ピストンの下死点近傍における吸気圧力を平均化することが行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような特定範囲の吸気圧力を平均化して得られた値によって吸入空気量を推定する方法にあっては、吸気圧力の検出タイミングを、クランク角信号によって設定しなければならず、その制御が煩雑であるといった問題点がある。
また、吸気圧センサが、吸気管から離れた位置（たとえばエンジンコントロールユニット内）に設置されている場合は、吸気管と吸気圧センサとを導圧管により連通させている。
このために、実際の吸気管内の圧力変動と、検出される圧力変動との間に時間的な遅れが生じたり、あるいは、検出される圧力変動が、導圧管の容量に起因して、実際の圧力変動よりも滑らかになる、いわゆるなまりが発生し、これによって、特定のクランクタイミングにおける正確な吸気圧のサンプリングが困難になる。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされてもので、吸気圧力に基づき吸入空気量を推定する際に、クランクタイミングに係わりなく、検出された吸気圧力と吸入空気量との関係をより直線的なものとして、吸入空気量の推定を高精度に行うことの可能な内燃機関における吸入空気量測定方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の内燃機関における吸入空気量測定方法は、前述した目的を達成するために、内燃機関の吸気圧力を内燃機関の全行程中の複数のタイミングで検出するとともに、検出された吸気圧力の最小値と最大値との間に閾圧力を設定し、前記検出された吸気圧力のうち、前記閾圧力以下の吸気圧力を平均して平均吸気圧力を求め、この平均吸気圧力をパラメータとして吸入空気量を測定することを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の内燃機関における吸入空気量測定方法は、請求項１に記載の前記吸気圧力の最大値と最小値との差を求め、この最大値と最小値との差の所定割合分を前記最小値に加えることにより、前記閾圧力を設定することを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の内燃機関における吸入空気量測定方法は、請求項１または請求項２に記載の前記最大値を、大気圧とすることを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の内燃機関における吸入空気量測定方法は、請求項１または請求項２に記載の前記最大値を、前記内燃機関の全行程において検出された全ての吸気圧力の平均値とすることを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の内燃機関における吸入空気量測定方法は、請求項１ないし請求項４の何れかに記載の前記内燃機関の全行程において検出された全ての吸気圧力値を直線的に結んで仮想吸気圧力線を作成し、この仮想吸気圧力線に基づき、前記平均吸気圧力を算出することを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の内燃機関における吸入空気量測定方法は、請求項１ないし請求項５の何れかに記載の前記最小値に加える最大値と最小値との差の所定割合分を、内燃機関の運転状態に応じて変更することを特徴とする。
本発明の請求項７に記載の内燃機関における吸入空気量測定方法は、請求項１ないし請求項６の何れかに記載の前記内燃機関が独立吸気型の内燃機関であることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態が適用された内燃機関１の要部の概略構成図である。
この内燃機関１は、ピストン２が摺動自在に嵌挿されたシリンダブロック３と、このシリンダブロック３の上部に取り付けられて燃焼室を形成するシリンダヘッド４と、このシリンダヘッド４に開閉自在に装着された吸気弁５および排気弁６と、前記シリンダヘッド４に連設されて吸気通路を形成する吸気管７と、前記排気弁６によって開閉される排気管８と、前記吸気管７内に燃料を噴射する燃料噴射ノズル９と、吸気量を制御するスロットルバルブ１０と、前記吸気管７の上流側の端部に装着されたエアクリーナ１１と、前記ピストン２が連結されたクランクシャフト（図示略）の回転位置に検出するクランク角センサ１２と、前記吸気管７に導圧管１３を介して連通させられて、前記吸気管７内の圧力を検出する吸気圧センサ１４と、内燃機関１の運転を制御するＣＰＵ１５とによって概略構成されている。
このように、この内燃機関１は、各気筒毎に吸気系を有する独立吸気型の内燃機関を構成している。
【００１０】
ついで、本実施形態に係わる内燃機関１における吸入空気量測定方法について説明する。
本実施形態においては、内燃機関１の吸気圧力Ｖを、内燃機関１の全行程中の複数のタイミングで検出（本実施形態においては、図２にＸ１〜Ｘ８で示すように８点において検出）し、これらの検出値Ｖ１〜Ｖ８に基づき、以下の手順で平均吸気圧力Ｖａｖｅを算出し、この平均吸気圧力Ｖａｖｅをパラメータとして吸入空気量を測定する。
１：吸気圧力の最小値Ｖｍｉｎを検出する。
２：吸気圧力の最大値Ｖｍａｘを検出する。
３：Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ＝Ｖｄｉｆを算出する。
４：Ｖｄｉｆ×Ｒ（％）＝Ｖｏｆｆを算出する。
但し、Ｒは所定割合分であり、適宜設定される定数である。
５：Ｖｍｉｎ＋Ｖｏｆｆ＝Ｖｒｅｆを算出する。
６：検出された吸気圧力のうち、手順５において算出したＶｒｅｆ（以下、閾圧力と称す）以下の吸気圧力を平均して平均吸気圧力Ｖａｖｅを算出する。
【００１１】
ここで具体例を説明するために、図２に、内燃機関１の低負荷時の全行程中における吸気圧力の変化を示し、また、吸気圧力の検出タイミングを８点とし、Ｘ１〜Ｘ８で示すとともに、これらの各検出タイミングＸ１〜Ｘ８において検出された圧力をＶ１〜Ｖ８として示した。
【００１２】
この図において、Ｖｍａｘ＝Ｖ８、Ｖｍｉｎ＝Ｖ２であり、前記定数Ｒを５０％として設定した場合、つぎの関係式が得られる。
Ｖｄｉｆ＝Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ＝Ｖ８−Ｖ２                ……（１）式
Ｖｏｆｆ＝Ｖｄｉｆ×５０％＝（Ｖ８−Ｖ２）×５０％      ……（２）式
Ｖｒｅｆ＝Ｖｍｉｎ＋Ｖｏｆｆ＝Ｖ２＋（Ｖ８−Ｖ２）×５０％…（３）式
この３式によって得られた閾圧力Ｖｒｅｆを図２に直線Ａで示し、この閾圧力Ｖｒｅｆ以下の検出圧力は、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４となる。
これより、前述した検出値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を平均して平均吸気圧力Ｖａｖｅを算出する。すなわち、
Ｖａｖｅ＝（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４）／４
【００１３】
このようにして得られた平均吸気圧力Ｖａｖｅと吸入吸気量（吸入空気質量）との関係を図３ないし図５に曲線Ｓ１〜Ｓ１１で示す。
これらの図においてＳ１〜Ｓ１１は、前記Ｒを変化させた場合における曲線であり、以下の関係にある。
Ｒ（Ｓ１）＝５、Ｒ（Ｓ２）＝１０、Ｒ（Ｓ３）＝２０、Ｒ（Ｓ４）＝３０、Ｒ（Ｓ５）＝４０、Ｒ（Ｓ６）＝５０、Ｒ（Ｓ７）＝６０、Ｒ（Ｓ８）＝７０、Ｒ（Ｓ９）＝８０、Ｒ（Ｓ１０）＝９０、Ｒ（Ｓ１１）＝１００。
また、図３は、内燃機関１の回転数が１０００ｒｐｍである場合の結果であり、図４は、内燃機関１の回転数が４０００ｒｐｍである場合の結果であり、さらに、図５は、内燃機関１の回転数が７０００ｒｐｍである場合の結果である。
【００１４】
この結果から明らかなように、５≦Ｒ＜５０であると、算出された平均吸気圧力Ｖａｖｅと吸入空気量（吸入空気質量）との関係が、ほぼ全負荷領域で直線状となる。
したがって、定数Ｒを適宜選択することにより、算出された平均吸気圧力Ｖａｖｅを吸入空気量のパラメータとして用いても、吸入空気量を高精度に推定することができ、この結果、燃料噴射量を適正に制御することが可能となる。
【００１５】
しかも、本実施形態によれば、内燃機関１の全行程における吸気圧力を複数のタイミングで検出し、この複数の検出された吸気圧力Ｖ１〜Ｖ８に基づき前記平均吸気圧力Ｖａｖｅを算出していることから、内燃機関１のクランク角にかかわりなく、前記平均吸気圧力Ｖａｖｅの算出が行える。
したがって、吸気圧センサ１４が、導圧管１３によって吸気管７から離れた位置に設けられている場合にあって、吸気管７の吸気圧力の変化に対して、検出される吸気圧力変化に遅れやなまりが生じても、これらの遅れやなまりの影響が抑制されて、吸入空気量の推定のための制御が容易なものとなるとともに、高精度に行うことが可能となる。
また、遅れやなまりの原因となる導圧管１３の影響が少なくなることにより、吸気圧センサ１４の設置位置の自由度、すなわち、内燃機関の構成部材のレイアウトの自由度が向上する。
【００１６】
また、従来の全行程吸気圧力をパラメータとした吸入空気量推定方法にあっては、高負荷時における吸気圧力と吸入空気量との対応関係が不正確になることにより、高負荷時に、スロットル開度と内燃機関の回転数とによって前記吸入空気量を推定する制御方法に切り換える必要があったが、本実施形態においては、このような制御の切換操作を必要としない。
この点からも、吸入空気量の推定のための制御が容易となり、また、吸入空気量推定のために、スロットル開度信号を必要としないことから、制御装置の簡素化も図られる。
【００１７】
そして、前記定数Ｒは、たとえば、前記内燃機関１の負荷状態に基づき設定されるもので、各負荷領域における平均吸気圧力Ｖａｖｅと吸入空気量との対応関係を極力一致させるように選択される。
【００１８】
一方、図６ないし図８に示すように、吸気圧力は、高負荷時（スロットル開度が大きい場合）において、吸気管７を流れる吸気の慣性の影響を受けて、吸気圧力の最大値Ｖｍａｘが大きく変動する現象が生じる。
図６ないし図８において、曲線Ｔ１〜Ｔ１４は、スロットル開度に対応した吸気圧力変化曲線であり、スロットル開度が、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３……＜Ｔ１４となるように、前記スロットル開度を０．５度から９０度の範囲内で徐々に大きくした際の変化曲線である。
【００１９】
このように、吸気圧力Ｖの最大値Ｖｍａｘが変動すると、その測定タイミングとの関係で、安定した検出が行えなくなることが推定される。
このような現象の影響を抑制するためには、前記最大値Ｖｍａｘを、大気圧とすることが有効である。
これは、吸気管７内の吸気の静的な流れを推定した場合、その吸気管７内において採り得る最大圧力は大気圧であることから、この大気圧を最大値Ｖｍａｘとして採用することにより、吸入空気量推定の基準値となる前記最大値Ｖｍａｘの変動が抑えられて、吸入空気量の推定精度が高められる。
【００２０】
そして、このように、最大値Ｖｍａｘを大気圧とした場合にあっては、前述したように最大値Ｖｍａｘを検出値とし、この前記検出される最大値Ｖｍａｘが安定した位置における検出値を検出した場合とほぼ同様に、前記平均吸気圧力Ｖａｖｅと吸入空気量との対応関係が得られる。
【００２１】
さらに、前述した何れの吸入空気量測定方法にあっても、図３ないし図５に示すように、低負荷時において、平均吸気圧力Ｖａｖｅと吸入空気量との対応関係が悪くなる現象が生じる。
これは、低負荷時の排気行程で生じる吸気管内の圧力変動が、平均計算処理に影響をおよぼすことによるものと推定される。
【００２２】
そこで、低負荷領域における、算出される平均吸気圧Ｖａｖｅと吸入空気量との対応関係を改善するために、前記最大値Ｖｍａｘを、前記内燃機関１の全行程において検出された全ての吸気圧力（本実施形態においてはＶ１〜Ｖ８）の平均値とすることにより、低負荷時の前述した不具合を解消することができる。
【００２３】
このように、前記最大値Ｖｍａｘを検出された全ての吸気圧力の平均値とした場合における、平均吸気圧力Ｖａｖｅと吸入空気量との対応関係を、内燃機関１の回転数が、１０００ｒｐｍ、４０００ｒｐｍ、７０００ｒｐｍである場合について、図９ないし図１１に示す。
ここで、各曲線Ｓ１〜Ｓ１１は、前記定数Ｒが、曲線Ｓ１＜曲線Ｓ２＜…＜曲線Ｓ１１となるように、前記定数Ｒを徐々に大きくして得られたものである。
【００２４】
このように、前記最大値Ｖｍａｘを、前記内燃機関１の全行程において検出された全ての吸気圧力（本実施形態においてはＶ１〜Ｖ８）の平均値とすることにより、低負荷時における算出される平均吸気圧Ｖａｖｅと吸入空気量との対応関係が大幅に改善される。
【００２５】
さらに、図１２（ａ）および（ｂ）に示すように、設定される２つの定数Ｒに対し、これらの各定数Ｒによって算出される前記閾圧力Ｖｒｅｆの差が小さいにも係わらず、平均吸気圧力Ｖａｖｅの算出に加えられる吸気圧力Ｖの数が変化し、算出される平均吸気圧Ｖａｖｅの値が大きく変化することが推定される。
図示例では、吸気圧力Ｖ１がそれに相当するが、このような現象は、吸気圧力Ｖの検出間隔が大きく、サンプリング数が少ない場合に発生しやすい。
【００２６】
このような閾圧力Ｖｒｅｆの微小な変化に対する平均吸気圧Ｖａｖｅの大きな変化を防止するために、さらに、つぎのような対策が考えられる。
【００２７】
すなわち、図１３に示すように、前記内燃機関１の全行程において検出された全ての吸気圧力（Ｖ１〜Ｖ８）値を直線的に結んで仮想吸気圧力線Ｍを作成し、この仮想吸気圧力線Ｍと前記閾圧力Ｖｒｅｆとの２つの交点（図１３における点Ｙと点Ｚ）間において、前記仮想吸気圧力線Ｍによって示される吸気圧力（図１３に斜線で示す部分）を平均して前記平均吸気圧力Ｖａｖｅを算出するものである。
【００２８】
このような仮想吸気圧力線Ｍによって、検出される各吸気圧力Ｖ１〜Ｖ８間が、仮想的に連続させられることにより、一つの検出された吸気圧力Ｖ近傍の上下の吸気圧力Ｖが選択され、これによって、閾圧力Ｖｒｅｆの微小変化に対して、算出される平均吸気圧Ｖａｖｅの変化量が小さく抑えられ、平均吸気圧Ｖａｖｅと吸入空気量との対応関係が、より直線的となる。
【００２９】
なお、前記実施形態において示した各構成部材の諸形状や寸法等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。
たとえば、前記平均吸気圧Ｖａｖｅを算出する際に用いられる最大値Ｖｍａｘとして、クランク角５４０度近傍の吸気圧力を用いることも可能である。
これは、前記クランク角において吸気弁５が閉じており、吸気管７内の圧力が比較的安定していることに基づくもので、低負荷時における平均吸気圧Ｖａｖｅと吸入空気量との対応関係をより直線的にすることができるという利点が得られる。
しかしながら、この場合には、給排気行程の判別を行う必要があることから、制御が若干煩雑化する。
【００３０】
さらに、高負荷時においては、図１４に破線で示すように、吸気圧力Ｖが脈動する現象が生じる。
そして、このような脈動が生じた場合、当初算出される閾圧力Ｖｒｅｆと仮想吸気圧力線Ｍとの交点が、図１４にＹ１〜Ｙ３およびＺ１〜Ｚ３で示すように多数点となり、これらの交点によって複数の平均化領域Ｈ１〜Ｈ３が設定され、吸入空気量の推定に際して、前記各平均化領域Ｈ１〜Ｈ３の平均値をさらに平均して平均吸気圧力Ｖａｖｅを求めるといった手順が必要となり、かつ、前述したように、前記交点Ｙ１〜Ｙ３およびＺ１〜Ｚ３を算出する必要があることから、制御が煩雑化するといった不具合が生じる。
しかしながら、このような高負荷時においては、吸気管７内の圧力はほぼ大気圧と等しいと見なすことができることから、図１４に示すように、算出された閾圧力Ｖｒｅｆに所定値の補正圧力Ｖαを加算することにより、全行程中の吸気圧力を平均し、前述した脈動に係わる影響を除去することができる。
前記補正吸気圧力Ｖαの加算処理は、制御方法の切換によって、高負荷状態となった時点で行うこともできるが、全負荷領域で行うようにすることも可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の内燃機関における吸入空気量測定方法によれば、吸入空気量のパラメータとして用いても、吸入空気量を高精度に推定することができ、この結果、燃料噴射量を適正に制御することが可能となる。
しかも、内燃機関１の全行程における吸気圧力を複数のタイミングで検出し、この複数の検出された吸気圧力に基づき前記平均吸気圧を算出していることから、内燃機関のクランク角にかかわりなく、前記平均吸気圧力の算出が行える。
したがって、吸気圧センサが、導圧管によって吸気管から離れた位置に設けられている場合にあって、吸気管の吸気圧力の変化に対して、検出される吸気圧力変化に遅れやなまりが生じても、これらの遅れやなまりの影響を抑制して、吸入空気量推定のための制御を容易かつ高精度に行うことができる。
また、導圧管等を用いることによって生じる遅れやなまりの影響が少なくなることにより、吸気圧センサの設置位置の自由度、すなわち、内燃機関の構成部材のレイアウトの自由度を高めることができる。
さらに、従来の吸気圧力をパラメータとした吸入空気量推定方法にあっては、高負荷時における吸気圧力と吸入空気量との対応関係が不正確になることにより、高負荷時に、スロットル開度と内燃機関の回転数とによって前記吸入空気量を推定する制御方法に切り換える必要があったが、本発明においては、このような制御の切換操作を必要とせず、この点からも、吸入空気量の推定のための制御が容易となり、また、吸入空気量推定のために、スロットル開度信号を必要としないことから、制御装置の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態が適用された独立吸気型の内燃機関の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態を説明するための内燃機関の吸気圧力線図である。
【図３】本発明の一実施形態における吸入空気量と平均吸気圧力との対応関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態における吸入空気量と平均吸気圧力との対応関係を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態における吸入空気量と平均吸気圧力との対応関係を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態を説明するための、内燃機関の負荷毎の吸気圧力線図である。
【図７】本発明の一実施形態を説明するための、内燃機関の負荷毎の吸気圧力線図である。
【図８】本発明の一実施形態を説明するための、内燃機関の負荷毎の吸気圧力線図である。
【図９】本発明の他の実施形態における吸入空気量と平均吸気圧力との対応関係を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態における吸入空気量と平均吸気圧力との対応関係を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形態における吸入空気量と平均吸気圧力との対応関係を示す図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施例を示すもので、閾圧力と吸気圧力線との関係を示す図である。
【図１３】本発明のさらに他の実施例を示すもので、閾圧力と吸気圧力線との関係を示す図である。
【図１４】本発明のさらに他の実施例を示すもので、閾圧力と吸気圧力線との関係を示す図である。
【符号の説明】
１  内燃機関
２  ピストン
３  シリンダブロック
４  シリンダヘッド
５  吸気弁
６  排気弁
７  吸気管
８  排気管
９  燃料噴射ノズル
１０  スロットルバルブ
１１  エアクリーナ
１２  クランク角センサ
１３  導圧管
１４  吸気圧センサ
１５  ＣＰＵ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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