(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算出する吸入空気量算出装置において、
少なくともスロットル開度に基づき演算されるスロットル通過空気量とスロットルバルブを介した経路以外の経路から吸気管に流入する空気量との和に基づいて現在から所定時間経過後の第一吸気管圧力を算出する第一吸気管圧力算出手段と、
エアフローメータの出力に基づいて第二吸気管圧力を算出する第二吸気管圧力算出手段と、
現在のスロットル通過空気量をエアフローメータモデルに入力することにより時間遅れを含むエアフローメータ出力を演算し、そのエアフローメータ出力に基づいて前記第二吸気管圧力と同応答の吸気管圧力を算出する手段と、
前記第一吸気管圧力と前記第二吸気管圧力を加算したものから前記同応答の吸気管圧力を減じて予測圧力を算出し、その予測圧力に基づいて前記内燃機関に吸入される吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段と、
を備えたことを特徴とする吸入空気量算出装置。
【請求項２】
前記第一吸気管圧力算出手段は、前記スロットル開度に基づき演算されるスロットル通過空気量とパージ通路を通じて前記吸気管に流入するパージ流量との和に基づいて前記第一吸気管圧力を算出することを特徴とする請求項１に記載の吸入空気量算出装置。
【請求項３】
前記第一吸気管圧力算出手段は、前記スロットル開度に基づき演算されるスロットル通過空気量と排気ガス再循環通路を通じて前記吸気管に流入する排気ガス流入量との和に基づいて前記第一吸気管圧力を算出することを特徴とする請求項１に記載の吸入空気量算出装置。
【請求項４】
内燃機関に接続される吸気管の圧力を算出する吸気圧算出装置において、
少なくともスロットル開度に基づき演算されるスロットル通過空気量とスロットルバルブを介した経路以外の経路から吸気管に流入する空気量との和に基づいて現在から所定時間経過後の第一吸気管圧力を算出する第一吸気管圧力算出手段と、
エアフローメータの出力に基づいて第二吸気管圧力を算出する第二吸気管圧力算出手段と、
現在のスロットル通過空気量をエアフローメータモデルに入力することにより時間遅れを含むエアフローメータ出力を演算し、そのエアフローメータ出力に基づいて前記第二吸気管圧力と同応答の吸気管圧力を算出する手段と、
前記第一吸気管圧力と前記第二吸気管圧力を加算したものから前記同応答の吸気管圧力を減じて前記吸気管の圧力を算出する吸気圧算出手段と、
を備えたことを特徴とする吸気圧算出装置。
【請求項５】
前記第一吸気管圧力算出手段は、前記スロットル開度に基づき演算されるスロットル通過空気量とパージ通路を通じて前記吸気管に流入するパージ流量との和に基づいて前記第一吸気管圧力を算出することを特徴とする請求項４に記載の吸気圧算出装置。
【請求項６】
前記第一吸気管圧力算出手段は、前記スロットル開度に基づき演算されるスロットル通過空気量と排気ガス再循環通路を通じて前記吸気管に流入する排気ガス流入量との和に基づいて前記第一吸気管圧力を算出することを特徴とする請求項４に記載の吸気圧算出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に吸入される空気量を算出する吸入空気量算出装置及び内燃機関に接続される吸気管の吸気圧を算出する吸気圧算出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算出する装置として、特開平９−１５８７６２号公報に記載されるように、計測した吸入空気量から単位時間当たりの第１の変化量を算出し、演算して得られたスロットル通過空気量から単位時間当たりの第２の変化量を算出し、第１の変化量と第２の変化量を比較してシリンダ流入空気量を補正するエンジン制御装置が知られている。このエンジン制御装置は、第１の変化量と第２の変化量を比較してシリンダ流入空気量を補正することにより、制御系の遅れを解消しようとするものである。
【０００３】
【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、シリンダに流入される空気が全てスロットルを通過するという前提においてシリンダ流入空気量を算出するため、シリンダ流入空気量を正確に算出できない場合がある。例えば、パージやＥＧＲなどにより、スロットルバルブを通過せず他の経路からの空気合流がある場合、シリンダ流入空気量に誤差を生じ、それに起因して正確な流入空気量の算出が行えないおそれがある。
【０００４】
そこで本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、吸入空気量の算出精度の向上が図れる吸入空気量算出装置及び吸気圧の算出精度の向上が図れる吸気圧算出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【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算出装置は、内燃機関に吸入される吸入空気量を算出する吸入空気量算出装置において、少なくともスロットル開度に基づき演算されるスロットル通過空気量とスロットルバルブを介した経路以外の経路から吸気管に流入する空気量との和に基づいて現在から所定時間経過後の第一吸気管圧力を算出する第一吸気管圧力算出手段と、エアフローメータの出力に基づいて第二吸気管圧力を算出する第二吸気管圧力算出手段と、現在のスロットル通過空気量をエアフローメータモデルに入力することにより時間遅れを含むエアフローメータ出力を演算し、そのエアフローメータ出力に基づいて第二吸気管圧力と同応答の吸気管圧力を算出する手段と、第一吸気管圧力と第二吸気管圧力を加算したものから同応答の吸気管圧力を減じて予測圧力を算出し、その予測圧力に基づいて内燃機関に吸入される吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
また本発明に係る吸入空気量算出装置は、前述の第一吸気管圧力算出手段がスロットル開度に基づき演算されるスロットル通過空気量とパージ通路を通じて吸気管に流入するパージ流量との和に基づいて第一吸気管圧力を算出することを特徴とする。
【０００７】
また本発明に係る吸入空気量算出装置は、前述の第一吸気管圧力算出手段がスロットル開度に基づき演算されるスロットル通過空気量と排気ガス再循環通路を通じて吸気管に流入する排気ガス流入量との和に基づいて第一吸気管圧力を算出することを特徴とする。
【０００８】
また本発明に係る吸気圧算出装置は、内燃機関に接続される吸気管の圧力を算出する吸気圧算出装置において、少なくともスロットル開度に基づき演算されるスロットル通過空気量とスロットルバルブを介した経路以外の経路から吸気管に流入する空気量との和に基づいて現在から所定時間経過後の第一吸気管圧力を算出する第一吸気管圧力算出手段と、エアフローメータの出力に基づいて第二吸気管圧力を算出する第二吸気管圧力算出手段と、現在のスロットル通過空気量をエアフローメータモデルに入力することにより時間遅れを含むエアフローメータ出力を演算し、そのエアフローメータ出力に基づいて第二吸気管圧力と同応答の吸気管圧力を算出する手段と、第一吸気管圧力と第二吸気管圧力を加算したものから同応答の吸気管圧力を減じて吸気管の圧力を算出する吸気圧算出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算出装置は、前述の第一吸気管圧力算出手段がスロットル開度に基づき演算されるスロットル通過空気量とパージ通路を通じて吸気管に流入するパージ流量との和に基づいて第一吸気管圧力を算出することを特徴とする。
【００１０】
また本発明に係る吸気圧算出装置は、前述の第一吸気管圧力算出手段がスロットル開度に基づき演算されるスロットル通過空気量と排気ガス再循環通路を通じて吸気管に流入する排気ガス流入量との和に基づいて第一吸気管圧力を算出することを特徴とする。
【００１１】
これらの発明によれば、スロットルバルブを通過せずパージ通路などを通じて内燃機関に流入する合流空気を含めて吸入空気量が算出される。このため、スロットルバルブを通過せずに内燃機関に流入する吸入空気がある場合でも、吸入空気量又は吸気管圧力が正確に算出できる。
【００１２】
また、応答遅れのあるエアフローメータ出力と応答遅れのないパージ流量などを直接加算せずに、エアフローメータ出力とパージ流量などを個別に用いて吸気管圧力を算出し、各吸気管圧力に基づき吸入空気量又は吸気管圧力を算出することにより、応答遅れのあるエアフローメータ出力と応答遅れのないパージ流量などとの不整合に基づく誤差を含むことなく、正確な吸入空気量又は吸気管圧力の算出が可能となる。
【００１３】
【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。
【００１４】
（第一実施形態）
図１に本実施形態に係るに係る吸入空気量算出装置の説明図を示す。
【００１５】
本図に示すように、吸入空気量算出装置は、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算出する装置である。吸入空気量算出の対象となるエンジン２は、例えば、可変動弁機構を備えたものであり、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
吸気弁３の上流側には、インテークマニホルド、サージタンクなどから構成される吸気管２０が接続されている。吸気管２０の途中には、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。
【００１９】
吸気管２０のスロットルバルブ２３の上流部分には、エアクリーナ２２が設置されている。また、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。
【００２０】
ＥＣＵ６は、吸入空気量算出装置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。
【００２１】
吸気管２０のスロットルバルブ２３の下流部分には、パージ通路３０が合流している。パージ通路３０は、スロットルバルブ２３を介さずにエンジン２に所定の空気を流入させる経路であり、チャコールキャニスタ（図示なし）と接続され、チャコールキャニスタからの燃料蒸発ガスをエンジン２の吸気系に導入する。このため、エンジン２へ吸入される空気量は、スロットバルブ２３を通過する空気量とパージ通路３０を通じて吸気管２０に導入される空気量との和となる。
【００２２】
次に、本実施形態に係る吸入空気量算出装置の動作について説明する。
【００２３】
図２は、吸入空気量算出装置の動作を示すフローチャートである。
【００２４】
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、空気流量ＱＡの読み込みが行われる。
【００２５】
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。空気流量ＱＡの読み込みは、エアフローメータ２５の出力信号に基づいて行われる。
【００２６】
そして、Ｓ１２に移行し、パージ通路３０を通じて吸気管２０に流入するパージ流量ＱＰの演算が行われる。パージ流量ＱＰの演算は、図示しない空燃比センサ又はＯ２センサなどの出力信号に基づき推定することにより行われる。そして、Ｓ１４に移行し、吸気管２０の圧力である吸気圧（吸気管圧力）の演算が行われる。
【００２７】
図３に吸気圧の演算ブロックの一形態を示す。本図に示すように、電子スロットルモデル５１からスロットル開度ＴＡ０、エンジン回転数ＮＥ、バルブタイミングＶＴがＴＡモデル（スロットル−エアモデル）５２に出力される。ここで、スロットル開度ＴＡ０は、現在から所定時間経過後におけるスロットル開度であり、現在のスロットル開度ＴＡなどに基づいて推定される値である。
【００２８】
また、ＴＡモデル５２には、吸気管モデル５３から出力される吸気管予測圧力Ｐ０が入力される。ＴＡモデル５２は、スロットル開度ＴＡ０、エンジン回転数ＮＥ、バルブタイミングＶＴ、吸気管予測圧力Ｐ０に基づいて、スロットルバルブを通過する空気流量ＱＡ０を算出する。そして、ＴＡモデル５２から出力される空気流量ＱＡ０は、パージ流量ＱＰと加算されて、吸気管モデル５３に入力される。
【００２９】
吸気管モデル５３には、吸気弁モデル５４が設定されており、流入する空気量（ＱＡ０、ＱＰ）を入力することにより、質量保存則・エネルギー保存則に基づき、現在から所定時間経過後の吸気管予測圧力Ｐ０が算出される。吸気管予測圧力Ｐ０は、吸気弁３の閉弁時における吸気管圧力を予測した圧力である。
【００３０】
一方、ＴＡモデル６２には、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が入力される。ＴＡモデル５３は、上述したＴＡモデル５２と同様な条件で設定されている。
【００３１】
また、ＴＡモデル６２には、吸気管モデル６３から出力される現在の吸気管圧力Ｐ１が入力される。ＴＡモデル６２では、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、吸気管圧力Ｐ１に基づいて、スロットルバルブを通過する現在の空気流量ＱＡ１が算出される。そして、ＴＡモデル６２から出力される空気流量ＱＡ１は、パージ流量ＱＰと加算されて、吸気管モデル６３に入力される。
【００３２】
吸気管モデル６３には、吸気弁モデル６４が設定されており、流入する空気量（ＱＡ１、ＱＰ）を入力することにより、気体の状態方程式（Ｐ・Ｖ＝ｍ・Ｒ・Ｔ）に基づき、現在の吸気管圧力Ｐ１が算出される。なお、吸気管モデル６３は、上述した吸気管モデル５３と同様な条件で設定されている。
【００３３】
ＴＡモデル６２から出力される空気流量ＱＡ１は、ＡＦＭモデル（エアフローメータモデル）７１に入力される。ＡＦＭモデル７１は、現在の空気流量ＱＡ１を入力し、その空気流量ＱＡ１に対しエアフローメータ２５の検出遅れを考慮した空気流量ＱＡ２を出力する。即ち、空気流量ＱＡ２は、空気流量ＱＡ１に対し時間遅れを有する値となる。
【００３４】
そして、空気流量ＱＡ２は、吸気管モデル７３に入力される。吸気管モデル７３には、吸気弁モデル７４が設定されており、流入する空気量（ＱＡ２）を入力することにより、気体の状態方程式（Ｐ・Ｖ＝ｍ・Ｒ・Ｔ）に基づき、時間遅れを含む吸気管圧力Ｐ２が算出される。なお、吸気管モデル７３は、上述した吸気管モデル６３、５３と同様な条件で設定されている。
【００３５】
一方、エアフローメータ２５の出力である空気流量ＱＡが吸気管モデル８３に入力される。吸気管モデル８３には、吸気弁モデル８４が設定されており、流入する空気流量（ＱＡ）の入力により、気体の状態方程式（Ｐ・Ｖ＝ｍ・Ｒ・Ｔ）に基づいて、時間遅れを含んだ吸気管圧力Ｐ３が算出される。なお、吸気管モデル８３は、上述した吸気管モデル７３、６３、５３と同様な条件で設定されている。
【００３６】
吸気管モデル８３から出力される吸気管圧力Ｐ３は、吸気管モデル７３から出力される吸気管圧力Ｐ２と同様に時間遅れを含むものであり、吸気管圧力Ｐ２と同応答なものである。
【００３７】
そして、吸気管モデル８３から出力される吸気管圧力Ｐ３に対し、吸気管モデル５３から出力される吸気管圧力Ｐ０が加算され、吸気管モデル７３から出力される吸気管圧力Ｐ２が減算され、予測圧力Ｐが算出される。この予測圧力Ｐは、パージ流量ＱＰを加味した吸気管圧力Ｐ０、Ｐ１により、エアフローメータ２５の出力ＱＡに基づき演算された吸気管圧力Ｐ３と実際の吸気管圧力との差を補正した圧力となっている。
【００３８】
そして、図２のＳ１６に移行し、Ｓ１４で算出された予測圧力Ｐに基づいて吸気弁３閉弁時における単位時間当たりの吸入空気量の演算が行われる。この吸入空気量の演算は、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。
【００３９】
以上のように、本実施形態に係る吸入空気量算出装置によれば、スロットルバルブ２３を通過せずパージ通路３０を通じてエンジン２に流入する吸入空気を加味して吸入空気量が算出される。このため、スロットルバルブ２３を通過せずにエンジン２に流入する吸入空気がある場合でも、吸入空気量が正確に算出できる。
【００４０】
また、応答遅れのあるエアフローメータ２５の出力ＱＡと応答遅れのないパージ流量ＱＰを直接加算せずに、エアフローメータ出力ＱＡとパージ流量ＱＰを個別に用いて吸気管圧力Ｐ０〜Ｐ４を算出し、各吸気管圧力に基づき吸入空気量又は吸気管圧力を算出することにより、応答遅れのあるエアフローメータ出力ＱＡと応答遅れのないパージ流量ＱＰとの不整合に基づく誤差を含むことなく、正確に吸入空気量又は吸気管圧力を算出することができる。
【００４１】
（第二実施形態）
次に第二実施形態に係る吸入空気量算出装置について説明する。
【００４２】
本実施形態に係る吸入空気量算出装置は、第一実施形態に係る吸入空気量算出装置とほぼ同様な構成を有するものであるが、図４に示すようにパージ通路３０の上流部分３１が吸気管２０のスロットル上流位置で連通している場合に適用したものである点で異なっている。図４中の符号３２は、チャコールキャニスタである。
【００４３】
図５に本実施形態に係る吸入空気量算出装置における吸気圧の演算ブロックの一形態を示す。本図に示すように、本実施形態に係る吸入空気量算出装置における吸気圧演算ブロックは、図３に示す第一実施形態の吸気圧演算ブロックとほぼ同様な構成を有するものであるが、ＡＦＭモデル７１に入力される空気流量がパージ流量ＱＰとＴＡモデル６２により演算された空気流量ＱＡ１を加算したものである点で異なっている。
【００４４】
このように吸気演算ブロックを構成することにより、図４に示すパージ通路３０の構成に応じた正確な吸入空気量の算出が可能である。また、本実施形態に係る吸入空気量算出装置にあっても、第一実施形態に係る吸入空気量算出装置と同様に、スロットルバルブ２３を通過せずパージ通路３０を通じてエンジン２に流入する吸入空気を加味して吸入空気量が算出されるため、スロットルバルブ２３を通過せずにエンジン２に流入する吸入空気がある場合でも、吸入空気量が正確に算出できる。
【００４５】
また、応答遅れのあるエアフローメータ２５の出力ＱＡと応答遅れのないパージ流量ＱＰを直接加算せずに、演算により得られた所定時間後の空気流量ＱＡ０及び現在の空気流量ＱＡ１とパージ流量ＱＰを加算して吸気管圧力Ｐ０、Ｐ１を算出することにより、時間応答の差による算出誤差の低減が図れる。
【００４６】
（第三実施形態）
次に第三実施形態に係る吸入空気量算出装置について説明する。
【００４７】
本実施形態に係る吸入空気量算出装置は、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置を設けたエンジン２に吸入される吸入空気量を算出する場合に適用されるものである。
【００４８】
この場合、図６に示すように、吸気管２０の途中に排気ガス再循環通路３５が接続され、前述したパージ通路３０と同様にスロットルバルブ２３を通過しない空気がエンジン２に吸入されることとなる。このため、前述のパージ流量ＱＡを排気ガスの流入量に置き換えて吸入空気量を算出することにより、第一実施形態に係る吸入空気量算出装置と同様に正確な吸入空気量の算出が可能となる。
【００４９】
なお、本発明に係る吸入空気量算出装置は、スロットルバルブ２３を通過せずに吸気管２０に流入する空気が存在する場合であれば、上述のようにＥＧＲ装置が設けられる場合又は第一実施形態のようにパージの場合に限られず、その他の場合に適用することもできる。
【００５０】
（第四実施形態）
次に本発明の実施形態に係る吸気圧算出装置について説明する。
【００５１】
第一実施形態から第三実施形態では吸入空気量算出装置について説明したが、これらの吸入空気量算出装置において、ＥＣＵ６にて図２のＳ１４の吸気圧演算までの処理を行う吸気圧算出装置としてもよい。この場合であっても、吸気圧算出装置により演算された吸気圧に基づいて吸入空気量を演算すれば、第一実施形態から第三実施形態までの吸入空気量算出装置と同様な作用効果が得られる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、スロットルバルブを通過せずパージ通路などを通じて内燃機関に流入する合流空気を含めて吸入空気量を算出するため、スロットルバルブを通過せずに内燃機関に流入する吸入空気がある場合でも、吸入空気量又は吸気管圧力が正確に算出できる。
【００５３】
また、応答遅れのあるエアフローメータ出力と応答遅れのないパージ流量などを直接加算せずに、エアフローメータ出力とパージ流量などを個別に用いて吸気管圧力を算出し、各吸気管圧力に基づき吸入空気量又は吸気管圧力を算出することにより、応答遅れのあるエアフローメータ出力と応答遅れのないパージ流量などとの不整合に基づく誤差を含むことなく、正確に吸入空気量又は吸気管圧力を算出することができる。
【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算出装置の説明図である。
【図２】図１の吸入空気量算出装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】図１の吸入空気量算出装置における吸気圧演算のブロック図である。
【図４】第二実施形態に係る吸入空気量算出装置の説明図である。
【図５】第二実施形態に係る吸入空気量算出装置における吸気圧演算のブロック図である。
【図６】第三実施形態に係る吸入空気量算出装置の説明図である。
【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、２０…吸気管、２３…スロットルバルブ、２４…スロットルポジションセンサ、２５…エアフローメータ、３０…パージ通路、Ｐ０…吸気管予測圧力（第一吸気管圧力）、Ｐ３…吸気管圧力（第二吸気管圧力）。
【図１】
0003760757.tif 000002
【図２】
0003760757.tif 000003
【図３】
0003760757.tif 000004
【図４】
0003760757.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003760757.tif 000007