エンジン始動時のシリンダ流入空気量補正方法、及びその方法を備えた燃料制御装置
【課題】エンジン始動時のスロットル開度が比較的閉じ気味のシステムや、エンジン回転数が計算できるようになる気筒判定が遅い等のシステムにおいては、クランキング開始直後から実際の吸気管圧力が低下し始めるが、吸気管圧力推定値はエンジン回転数が検出されるまでは初期値（大気圧）のままとなり、実際の吸気管圧力と吸気管圧力推定値の乖離が大きくなる。この結果、初爆後の回転上昇中におけるシリンダ流入空気量が多目に計算され、完爆時点での空燃比がリッチとなり、排気やドライバビリティを悪化させる恐れがあった。
【解決手段】エンジン始動時のクランキング時のエンジン回転数を算出し、その値に基づいて始動直後からシリンダ流入空気量を計算し、吸気管圧力の推定計算を開始する。更には、始動時のエンジン回転上昇中のシリンダ流入空気量をエンジン回転数の単位時間当りの変化量に応じて補正する。
【解決手段】エンジン始動時のクランキング時のエンジン回転数を算出し、その値に基づいて始動直後からシリンダ流入空気量を計算し、吸気管圧力の推定計算を開始する。更には、始動時のエンジン回転上昇中のシリンダ流入空気量をエンジン回転数の単位時間当りの変化量に応じて補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの気筒内に流入する空気流量を求めるエンジンの流入空気量検出方法、この方法を実行する装置、この装置を備えた燃料噴射量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術はと言えば、吸気管圧力を推定し、推定された吸気管圧力と、エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数とから、単位時間または単位エンジン回転数当りの、気筒内に流入する空気質量流量を推定する気筒空気量推定手段を備えていることを特徴とするエンジンの流入空気量検出装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許２９０８９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記の従来の方法は、エンジン回転数が検出されないと、シリンダへ流入する空気量が推定計算できないように構成されており、クランキング時の吸気管推定圧に関しては触れられていない。このため、エンジン始動時のスロットル開度が比較的閉じ気味のシステムや、エンジン回転数が計算できるようになる気筒判定が遅い等のシステムにおいては、クランキング開始直後から実際の吸気管圧力が低下し始めるが、吸気管圧力推定値はエンジン回転数が検出されるまでは初期値（大気圧）のままとなり、実際の吸気管圧力と吸気管圧力推定値の乖離が大きくなる。この結果、初爆後の回転上昇中におけるシリンダ流入空気量が多目に計算され、完爆時点での空燃比がリッチとなり、排気やドライバビリティを悪化させる恐れがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
エンジン始動時にスタータＳＷがＯＮした時、クランキング時のエンジン回転数を算出し、クランク角センサに基づいて算出するエンジン回転数が計算されるまでは、前記クランキング時のエンジン回転数を用いてシリンダ流入空気量を計算させることで吸気管圧力の推定計算を開始する。
【０００６】
また、初爆からのエンジン回転数の単位時間当りの変化量に基づき、エンジン回転上昇時に計算するシリンダ流入空気量を補正する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、エンジン始動のクランキング開始直後から吸気管圧力の推定を開始するので、始動時の吸気管圧力推定値と、実際の吸気管圧力との乖離を抑制できると共に、初爆後の回転上昇中におけるシリンダ流入空気量を補正できるため、結果的に完爆時点での空燃比悪化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の燃料制御装置の制御ブロックの一例。
【図２】本発明の燃料制御装置が制御するエンジン回りの一例。
【図３】本発明の燃料制御装置の内部構成の一例。
【図４】本発明のエンジンの吸気系の物理モデルの一例。
【図５】本発明の燃料制御装置のシリンダ流入空気量を求めるブロックの一例。
【図６】本発明の燃料制御装置のシリンダ流入空気量計算用のエンジン回転数を求めるブロックの一例。
【図７】本発明の燃料制御装置のシリンダ流入空気量計算用のエンジン回転数を求めるブロックの一例。
【図８】本発明の燃料制御装置のエンジン始動時におけるシリンダ流入空気量の補正比率を求めるブロックの一例。
【図９】本発明の燃料制御装置のシリンダ流入空気量算出を実現しているチャートの一例。
【図１０】図９に対してエンジン始動時におけるクランキング時の吸気管圧力低下を考慮した場合のチャートの一例。
【図１１】本発明の燃料制御装置の制御のフローチャートの一例。
【図１２】図５のシリンダ流入空気流量を求めるフローチャートの一例。
【図１３】図６のシリンダ流入空気量計算用のエンジン回転数を求めるフローチャートの他の例。
【図１４】図７のシリンダ流入空気量計算用のエンジン回転数を求めるフローチャートの他の例。
【図１５】図８のエンジン始動時におけるシリンダ流入空気量補正比率を求めるフローチャートの一例。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
エンジンの吸入する空気量を得る手段とエンジン始動時のエンジンの回転数を得る手段とエンジン始動時の吸気管圧力を推定する手段と前記エンジン回転数と前記吸気管圧力に基づいて、シリンダに流入する空気流量を得る手段とエンジン始動時のシリンダに流入する空気量を補正する補正比率を得る手段とを備えたことを特徴とするものである。
【実施例１】
【００１０】
以下、本発明の主な実施例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の対象となるエンジンのシリンダ流入空気量計測方法を備えた燃料制御装置の制御ブロックの一例である。ブロック１０１は、エンジン回転数計算手段のブロックである。エンジンの所定のクランク角度位置に設定されたクランク角度センサの電気的な信号、おもにパルス信号変化の単位時間当たりの入力数をカウントし、演算処理することで、エンジンの単位時間当りの回転数を計算する。ブロック１０２（吸入空気量計算手段）は、水温センサ出力、及びスタータＳＷ，Ｈ／Ｗセンサ出力，吸気温センサ出力，スロットルセンサ出力で、クランキング時のエンジン回転数，スロットル空気量，吸気管圧力推定値を演算し、それらを用いてエンジンのシリンダに流入する空気量を演算するブロックである。ブロック１０３は、前述のブロック１０１で演算されたエンジンの回転数、及び前述のエンジンのシリンダへ流入する空気量により、各領域におけるエンジンの要求する基本燃料及びエンジン負荷指標を計算する。ブロック１０４は、前述のブロック１０１で演算されたエンジンの回転数，前述のエンジン負荷により、前述のブロック１０３で計算された基本燃料のエンジンの各運転領域における補正係数を計算する。ブロック１０５は、前述のエンジン回転数、及び前述のエンジン負荷によりエンジンの各領域における最適な点火時期をマップ検索等で決定するブロックである。ブロック１０６は、前述のスロットル開度からエンジンの過渡判定を行い、過渡に伴う加減速燃料補正量を演算する。ブロック１０７は、エンジンのアイドリング回転数を一定に保つためにアイドリング時の目標回転数を設定し、ＩＳＣバルブ制御手段への目標流量及びＩＳＣ点火時期補正量を演算する。ブロック１０８は、エンジンの排気管に設定された酸素濃度センサの出力から、エンジンに供給される燃料と空気の混合気が後述する目標空燃比に保たれるように空燃比帰還制御係数を計算する。尚、前述の酸素濃度センサは、実施例では、排気空燃比に対して比例的な信号を出力するものを示しているが、排気ガスが理論空燃比に対して、リッチ側／リーン側の２つの信号を出力するものでも差し支えはない。ブロック１０９は、前述のエンジン回転数、及び前述のエンジン負荷によりエンジンの各領域における最適な目標空燃比をマップ検索等で決定する。本ブロックで決定された目標空燃比は、前述のブロック１０８の空燃比帰還制御に用いられる。ブロック１１０は、前述のブロック１０３で演算された基本燃料をブロック１０４の基本燃料補正係数，ブロック１０６の加減速燃料補正量、及びブロック１０８の空燃比帰還制御係数等による補正を施す。ブロック１１１は、前述のブロック１０４でマップ検索された点火時期を、前述のブロック１０６の加減速燃料補正量等で補正を施す。ブロック１１２〜１１５は、前述のブロック１１０で計算された燃料量をエンジンに供給する燃料噴射手段である。ブロック１１６〜１１９は、前述のブロック１１１で補正されたエンジンの要求点火時期に応じてシリンダに流入した燃料混合気を点火する点火手段である。ブロック１２０は、前述のブロック１０７で計算されたアイドリング時の目標流量となるようにＩＳＣバルブを駆動する手段である。
【００１１】
図２は、本発明の対象となるシリンダ流入空気量計測方法を備えた内燃機関の制御装置が制御するエンジン回りの一例を示している。エンジン２００は、エンジンのスロットル部を通過する空気量を計測するＨ／Ｗセンサ２０１，吸入する空気量をスロットル絞り弁２０２をバイパスして吸気管２０４へ接続された流路の流路面積を制御することによりエンジンのアイドル時の回転数を制御するアイドルスピードコントロールバルブ２０３，吸気管２０４内の吸入空気量の吸気温を測定する吸気管圧力センサ２０５，エンジンの要求する燃料を供給する燃料噴射弁２０６，エンジンの所定のクランク角度位置に設定されたクランク角センサ２０７，エンジンのシリンダ内に供給された燃料の混合気に点火する点火栓に、エンジン制御装置２１２からの点火信号に基づいて点火エネルギを供給する点火モジュール２０８，エンジンのシリンダブロックに設定されエンジンの冷却水温を検出する水温センサ２０９，エンジンの排気管に設定され排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ２１０，エンジンの運転・停止のメインスイッチであるイグニッションキースイッチ２１１，排気ガスの一部を吸気管２０４内へ戻すＥＧＲバルブ２１３，エンジンの各補器類を制御するエンジン制御装置２１２が示されている。なお、吸気管圧力センサ２０５は、吸気の温度を計測する吸気温センサが一体化されている。
【００１２】
酸素濃度センサ３１０は、本実施例では、排気空燃比に対して比例的な信号を出力するものを用いているが、理論空燃比に対して排気ガスがリッチ側／リーン側の２つの信号を出力するものでもよい。なお、本実施例では内燃機関の燃料制御のパラメータとして、熱式空気流量計でスロットルを通過する空気量を検出し、吸気管圧力推定、シリンダ流入空気量計算をしているが、吸気管圧力はセンサにより検出して用いても良い。
【００１３】
図３は、本発明の対象となるエンジンのシリンダ流入空気量計測方法を備えた燃料制御装置の内部構成の一例である。ＣＰＵ３０１の内部にはエンジンに設置された各センサの電気的信号をデジタル演算処理用の信号に変換、及びデジタル演算用の制御信号を実際のアクチュエータの駆動信号に変換するＩ／Ｏ部３０２が設定されており、Ｉ／Ｏ部３０２には、吸入空気量センサ３０３，吸気温センサ３０４，水温センサ３０５，クランク角センサ３０６，スロットル開度センサ３０７，酸素濃度センサ３０８，イグニッションＳＷ３０９が入力されている。ＣＰＵ３０１からの出力信号ドライバ３１０を介して、燃料噴射弁３１１〜３１４，点火コイル３１５〜３１８、及びＩＳＣバルブへのＩＳＣ開度指令値３１９へ出力信号が送られる。
【００１４】
図４は、本発明の対象となるエンジンの吸気系の物理モデルの一例である。本吸気系の入り口には、Ｈ／Ｗセンサ４０１が設定されており、エンジンの吸入する空気量ＱＡ００４０２を検出する。シリンダ流入空気量ＱＡＲ４０６は前記吸気管圧力ＰＭＭＨＧ４０５，エンジン回転数，エンジン排気量，吸気温、及びエンジン領域で決まる非線形な吸気効率で決まる。
【００１５】
図５は、本発明の対象となるエンジンのシリンダ流入空気量計測方法を備えた燃料制御装置のシリンダ流入空気量を求めるブロック図概要の一例である。ブロック５０１は、シリンダ流入空気量計測用のエンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳを計算するブロックであり、詳細は後述する。ブロック５０２は吸気管圧力ＰＭＭＨＧを計算するブロックである。エンジンの吸入する空気量ＱＡ００，前回計算されたシリンダ流入空気量ＱＡＲＦ、及び前回計算されたＰＭＭＨＧを用いて、今回のＰＭＭＨＧを計算する。ブロック５０３は、エンジン回転数Ｎｅ及び前記吸気管圧力ＰＭＭＨＧから非線形要素である吸気効率ηをマップ検索して求める。ηは前記吸気管圧力に基づいて求めるシリンダ流入空気量の理論値からのズレを補正するものである。ブロック５０４は、前記吸気効率η，前記吸気管圧力ＰＭＭＨＧ，吸気温度ＴＨＡ、及びシリンダ流入空気量計測用エンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳによりシリンダ流入空気量ＱＡＲＦを計算する。ブロック５０５は、始動時ＱＡＲ補正率ＤＮＥＨＯＳを計算するブロックである。ＤＮＥＨＯＳは前記シリンダ流入空気量演算用エンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳの単位時間当りの変化量に基づき、始動時におけるエンジン回転数上昇時に推定されたシリンダ流入空気量を補正するものである。ブロック５０６は、シリンダ流入空気量ＱＡＲを計算するブロックである。前記シリンダ流入空気量ＱＡＲＦに前記始動時ＱＡＲ補正率ＤＮＥＨＯＳを乗じてシリンダ流入空気量ＱＡＲとするものである。このシリンダ流入空気量ＱＡＲは基本燃料等を計算するために用い、前述のシリンダ流入空気量ＱＡＲＦは吸気管圧力推定に用いる。尚、エンジンに吸気温センサが設定されていない場合は、吸気温度を所定の値（例えば２７℃）に固定して計算しても、誤差は問題にならない。
【００１６】
数１は、前述の図５の吸気管圧力ＰＭＭＨＧ及びシリンダ流入空気量ＱＡＲＦを求める理論式を示している。数１の（１）は、連続域での理論式を示しており、吸気管（スロットル弁−吸気弁間）への微小時間での空気の流入／流出が吸気管内の圧力勾配となることを示している。数１の（２）は、数１の（１）の式を離散化したものであり、本式を実行することで、吸気管圧力ＰＭＭＨＧを求めている。数１の（３）は、前記で求められた吸気管圧力からシリンダ流入空気量ＱＡＲＦを求める式を表しており、基本は理想気体の状態方程式であるが、吸気弁の開く状況及び排気弁の開く状況に応じて理論値から外れるため、非線形要素として吸気効率η、及び吸気効率補正係数ＶＶＴＣＲＧを乗じている。また前述したように吸気温度は所定の値と固定しておいてもよい。
【００１７】
【数１】
【００１８】
図６は、本発明の対象となるエンジンのシリンダ流入空気量計測方法を備えた燃料制御装置のシリンダ流入空気量計算に用いるエンジン回転数を求めるブロック図概要の一例である。ブロック６０１では、クランキング時のエンジン回転数をエンジン水温でテーブル検索する。乗算器６０２では、前記テーブル検索値に補正係数を乗じてクランキング時回転数とする。前記補正係数は、エンジンの機差ばらつきや経時劣化等を考慮し、少なくともエンジンオイル温度，バッテリ電圧に応じたエンジンオイル温度補正，バッテリ電圧補正を含むものとする。補正係数は、エンジンオイル温度，バッテリ電圧に応じた補正テーブルまたは補正マップにより算出するものとし、エンジンオイル温度は、オイル温度センサがあればその出力値を用い、オイル温度センサが無ければオイル温度を推定した値もしくは固定値を用いる。スイッチ６０３でスタータＳＷ ＯＮの時は、前述のクランキング時回転数を選択し、スタータＳＷ ＯＦＦの時は、０を選択する。ブロック６０４では、前述のブロック１０１においてクランク角センサ信号に基づいて算出したエンジン回転数Ｎｅと、前記クランキング時回転数との何れか大きい方の値を選択し、シリンダ流入空気量演算用エンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳとする。
【００１９】
実際にエンジンはクランキング中に回転し始めるが、気筒判定が終了するまでは前記エンジン回転数Ｎｅが算出されない。従って、図６のような構成とした場合は、エンジン回転数Ｎｅが算出されるまではクランキング時回転数が選択されるようにテーブルと補正係数を適合する必要がある。
【００２０】
図７は、図６に対し、クランク角センサ信号に基づいて算出したエンジン回転数Ｎｅと、前記クランキング時回転数との切替え方法を変更したものである。ブロック７０１〜ブロック７０３については、前述したブロック６０１〜ブロック６０３と同じである。スイッチ７０４では、前記クランク角センサ信号に基づいて算出したエンジン回転数Ｎｅが０より大きければ、前記エンジン回転数Ｎｅを選択し、前記エンジン回転数Ｎｅが０より大きくなければ（エンジン回転数Ｎｅ＝０のとき）、前記クランキング時回転数を選択してシリンダ流入空気量演算用エンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳとする。本実施例においては、クランキング時回転数はエンジン水温に応じたテーブル検索値に少なくともエンジンオイル温度補正，バッテリ電圧補正を含んだ補正係数を乗じて算出する構成としているが、クランキング時回転数を理論式や実験式で近似して算出しても良いし、固定値として算出するよう構成しても良い。
【００２１】
図８は、本発明の対象となるエンジンのシリンダ流入空気量計測方法を備えた燃料制御装置のエンジン始動時のシリンダ流入空気量を補正する補正比率を求めるブロック図概要の一例である。ブロック８０１では、前記シリンダ流入空気量演算用エンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳの現在値から過去ｎ回前に算出したＨＮＤＡＴＡＳを出力する。「過去ｎ回前」の「ｎ」はシリンダ流入空気量ＱＡＲＦに応じて決定するが、シリンダ流入空気量によらず、例えば過去２回前というように「ｎ」を固定値としても良い。減算器８０２では、前記シリンダ流入空気量演算用エンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳの現在値から過去ｎ回前に算出したＨＮＤＡＴＡＳを減算してエンジン回転数の単位時間当りの変化量を算出する。ブロック８０３では前記ＨＮＤＡＴＡＳ差分に加重平均を施して値をなましたものを始動時回転上昇率とする。ブロック８０４では前記始動時回転上昇率に応じて始動時のシリンダ流入空気量ＱＡＲ補正比率をテーブル検索する。スイッチ８０５では始動時のシリンダ流入空気量補正の補正解除条件が成立した場合、始動時ＱＡＲ補正比率ＤＮＥＨＯＳは１.０を選択して補正無効とし、前記補正解除条件不成立時は、前記テーブル検索値を選択する。ブロック８０６では前記補正解除条件を算出する。補正解除条件は、イグニッションキーＯＮ後に、「エンジン回転数が所定値以上」，「Ｈ／Ｗセンサで計測した流量とシリンダ流入空気量の差分が所定値以下」，「ＩＤＬＥスイッチＯＮ→ＯＦＦに反転した」、の何れかを経験した場合に補正解除条件成立とする。イグニッションＯＦＦ後に再度イグニッションキーＯＮ後となった場合や、スタータスイッチがＯＮされた場合は前記の経験をクリアする。
【００２２】
図９は、本発明の対象となるエンジンのシリンダ流入空気量計測方法を備えた燃料制御装置のシリンダ流入空気量算出を実現しているチャートの一例である。エンジン始動時のスロットル開度が比較的閉じ気味のシステムや、エンジン回転数が計算できるようになる気筒判定が遅い等のシステムにおいては、クランキング開始時点から実吸気管圧力が低下し始める。本例の前提は、気筒判定終了し、エンジン回転数が計算されるまで、吸気管推定圧の初期値が大気圧のままとなっており、クランキング時の吸気管圧力の低下を考慮していないものである。ライン９０１は吸気管推定圧力、ライン９０２は実吸気管圧力、ライン９０４はエンジン回転数、ライン９０５はシリンダ流入空気量、ライン９０６は本来のシリンダ流入空気量期待値、ライン９０８は空燃比、ライン９０９は本来の空燃比期待値を示す。本例の場合は、前述したがクランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮していないため、エリア９０３で示すように、実吸気管圧力は低下しているが、吸気管推定圧力は、気筒判定終了し、エンジン回転数が計算されるまで、初期値（大気圧）のままとなるため、実圧と推定圧の乖離が発生する。この結果、エリア９０７で示すように、本来のシリンダ流入空気量期待値に対してシリンダ流入空気量が多目に計算され、エリア９０９に示すように、本来の空燃比期待値に対して空燃比がリッチになり、排気やドライバビリティに影響することとなる。
【００２３】
図１０は前述の図９に対してクランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮した場合の一例である。ライン１００１はクランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮していない場合の吸気管推定圧力、ライン１００２はクランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮した場合の吸気管推定圧力、ライン１００３はクランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮していない場合のエンジン回転数、ライン１００４はクランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮した場合のエンジン回転数、ライン１００６はクランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮していない場合のシリンダ流入空気量、ライン１００７はクランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮した場合のシリンダ流入空気量、ライン１００９はクランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮していない場合の空燃比、ライン１０１０はクランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮した場合の空燃比を示す。
【００２４】
本例の場合は、クランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮し、スタータＳＷ ＯＮとなったら、エリア１００３に示すように、クランキング時のエンジン回転数を算出し、気筒判定終了後のエンジン回転数が計算されるまで、前記クランキング時回転数を用いてシリンダ流入空気流量の計算及び吸気管圧力推定を開始する。更に、エンジン始動後の回転上昇時は、その上昇傾き（エンジン回転上昇率）に応じた始動後シリンダ流入空気量補正により、始動直後の空燃比を調整できるようにしている。尚、始動後シリンダ流入空気量補正は、イグニッションキーＯＮ後、「エンジン回転数が所定値異常となった」，「Ｈ／Ｗセンサ計測流量とシリンダ流入空気量の差分が所定値以下となった」，「アイドルスイッチＯＮ→ＯＦＦに反転した」のいずれかを経験した場合に補正解除する。この結果、エリア１００８に示すように、クランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮していない場合のシリンダ流入空気量に比べて低目にシリンダ流入空気量が計算され、エリア１０１１に示すように、クランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮していない場合の空燃比のリッチを抑えることができ、排気，ドライバビリティを向上させることができる。
【００２５】
図１１は、本発明の対象となるエンジンのシリンダ流入空気量計測方法を備えた燃料制御装置の詳細なフローチャートの一例である。ステップ１１０１でクランク角度センサの電気的な信号を処理し、エンジン回転数を計算する。ステップ１１０２でＨ／Ｗセンサ，吸気温センサ，水温センサ、及びスロットルセンサの出力を読み込む。ステップ１１０３で今回の演算がイグニッションキーＯＮ後初回の演算であるか否かを判断する。初回の演算であると判断された場合は、ステップ１１０４で吸気管圧力の推定値を初期化する。初期化は主に大気圧とするが、大気圧センサ等を具備している場合は、その出力値を用いてもよい。ステップ１１０５で、始動時か否かを判定する。本実施例ではスタータＳＷ ＯＮとなったら始動と判定し、ステップ１１０６の始動時処理に進み、始動時でなければステップ１１０６をスキップしてステップ１１０７へ進む。ステップ１１０６の始動時処理においては、シリンダ流入空気計測用エンジン回転数と、始動時シリンダ流入空気量補正比率を算出する。
【００２６】
ステップ１１０７で吸気管圧力ＰＭＭＨＧを計算する。ステップ１１０８でシリンダ流入空気量ＱＡＲを計算する。ステップ１１０９で基本燃料量及びエンジン負荷を計算する。ステップ１１１０で基本燃料補正係数をマップ検索する。ステップ１１１１ではスロットルセンサ出力で加減速判定を行い、ステップ１１１２で加減速時燃料補正量を計算する。ステップ１１１３で酸素濃度センサの出力を読み込む。ステップ１１１４で目標空燃比を設定する。ステップ１１１５で前記目標空燃比が実現できるよう空燃比帰還制御係数を計算する。ステップ１１１６で前記基本燃料補正係数、及び空燃比帰還制御係数等を基本燃料量に補正する。ステップ１１１７で基本点火時期をマップ検索する。ステップ１１１８で加減速点火時期補正量を計算し、ステップ１１１９で基本点火時期を補正する。ステップ１１２０でＩＳＣの目標回転数を設定し、ステップ１１２１でＩＳＣ目標流量を計算し、ＩＳＣバルブを制御する。
【００２７】
図１２は前述の図５のシリンダ流入空気量ＱＡＲを求めるブロック図に対するフローチャートの一例である。ステップ１２０１で水温センサ出力ＴＷＮ，クランク角センサに基づき算出するエンジン回転数Ｎｅ，Ｈ／Ｗセンサ出力ＱＡ００，吸気温センサ出力ＴＨＡを読み込む。ステップ１２０２でシリンダ流入空気量計算用のエンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳを計算する。ステップ１２０３で前記ＴＨＡ，ＱＡ００，前回計算されたシリンダ流入空気量ＱＡＲＦ、及び前回計算されたＰＭＭＨＧで今回のＰＭＭＨＧを計算する。ステップ１２０４で前記エンジン回転数Ｎｅ、及び前記ＰＭＭＨＧで吸気効率ηを検索する。ステップ１２０５で前記エンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳ，ＴＨＡ，前記ＰＭＭＨＧ、及び前記ηでシリンダ流入空気量ＱＡＲＦを計算する。ステップ１２０６で前記ＨＮＤＡＴＡＳの上昇率に応じて始動時ＱＡＲ補正比率ＤＮＥＨＯＳを計算する。ステップ１２０７で前記ＱＡＲＦに前記ＤＮＥＨＯＳを乗じてシリンダ流入空気量ＱＡＲを計算する。
【００２８】
図１３は、前述の図６のシリンダ流入空気計算用エンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳを求めるブロック図に対するフローチャートの一例である。ステップ１３０１でクランク角センサに基づき算出するエンジン回転数Ｎｅ，水温センサ出力ＴＷＮ，スタータＳＷを読み込む。ステップ１３０２でＴＷＮでクランキング時回転数ベース値をテーブル検索する。ステップ１３０３で前記クランキング時回転数ベース値にエンジンオイル温度補正，バッテリ電圧補正を含む補正係数を乗じる。ステップ１３０４で始動時か否かを判定する。本実施例では、スタータＳＷ ＯＮで始動と判定する。始動時であれば、ステップ１３０５に進み、始動時でなければステップ１３０６に進む。ステップ１３０５でクランキング時回転数は前記テーブル検索値に前記補正係数を乗じたものを選択する。ステップ１３０６でクランキング時回転数は０を選択する。ステップ１３０７で前記Ｎｅと前記クランキング時回転数のどちらか大きい方の値をシリンダ流入空気量計算用エンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳとする。
【００２９】
図１４は、前述の図７のシリンダ流入空気計算用エンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳを求めるブロック図に対するフローチャートの一例である。ステップ１４０１でクランク角センサに基づき算出するエンジン回転数Ｎｅ，水温センサ出力ＴＷＮ，スタータＳＷを読み込む。ステップ１４０２でＴＷＮでクランキング時回転数ベース値をテーブル検索する。ステップ１４０３で前記クランキング時回転数ベース値にエンジンオイル温度補正，バッテリ電圧補正を含む補正係数を乗じる。ステップ１４０４で始動時か否かを判定する。本実施例では、スタータＳＷ ＯＮで始動と判定する。始動時であれば、ステップ１４０５に進み、始動時でなければステップ１４０６に進む。ステップ１４０５でクランキング時回転数は前記テーブル検索値に前記補正係数を乗じたものを選択する。ステップ１４０６でクランキング時回転数は０を選択する。ステップ１４０７で前記Ｎｅが０より大きいかどうか（Ｎｅ＞０？）を判定する。Ｎｅ＞０であれば、ステップ１４０８に進み、Ｎｅ＞０でなければ、ステップ１４０９に進む。ステップ１４０８で前記Ｎｅをシリンダ流入空気量計算用エンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳとする。ステップ１４０９で前記クランキング時回転数をシリンダ流入空気量計算用エンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳとする。
【００３０】
図１５は、前述の図８の始動時ＱＡＲ補正比率ＤＮＥＨＯＳを求めるブロック図に対するフローチャートの一例である。ステップ１５０１で前記ＱＡＲＦ，ＱＡ００，スタータＳＷ，アイドルＳＷ，前記ＨＮＤＡＴＡＳを読み込む。ステップ１５０２で始動時ＱＡＲ補正解除条件を計算する。ステップ１５０３でＨＮＤＡＴＡＳとＱＡＲＦからエンジン回転数の単位時間当りの変化量を計算する。ステップ１５０４で前記エンジン回転数の単位時間当りの変化量に加重平均を施し、始動時回転上昇率を計算する。ステップ１５０５で前記始動時回転上昇率で始動時ＱＡＲ補正比率をテーブル検索する。ステップ１５０６で前述の始動時ＱＡＲ補正解除条件が成立しているか判定する。補正解除条件成立時は、ステップ１５０７に進み、補正解除条件不成立時は、ステップ１５０８に進む。ステップ１５０７では始動時ＱＡＲ補正比率ＤＮＥＨＯＳを１.０に選択する。ステップ１５０８で前記ＤＮＥＨＯＳを前記テーブル検索値に選択する。
【００３１】
以上、本発明の一実施形態について、詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではない。また、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３２】
２０１，４０１ Ｈ／Ｗセンサ
２０２，４０３ スロットル絞り弁
２０５ 吸気管圧力センサ
２０６ 燃料噴射弁
２０７ クランク角センサ
２１０ 酸素濃度センサ
２１２ エンジン制御装置
４０２ 吸入空気量
４０５ 吸気管圧力
４０６ シリンダ流入空気量
５０１ シリンダ流入空気量計算用のエンジン回転数演算ブロック
５０５ 始動時のシリンダ流入空気量の補正率演算ブロック
８０５ 始動時のシリンダ流入空気量補正の補正解除条件判定ブロック
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの気筒内に流入する空気流量を求めるエンジンの流入空気量検出方法、この方法を実行する装置、この装置を備えた燃料噴射量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術はと言えば、吸気管圧力を推定し、推定された吸気管圧力と、エンジン回転数検出手段で検出されたエンジン回転数とから、単位時間または単位エンジン回転数当りの、気筒内に流入する空気質量流量を推定する気筒空気量推定手段を備えていることを特徴とするエンジンの流入空気量検出装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許２９０８９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記の従来の方法は、エンジン回転数が検出されないと、シリンダへ流入する空気量が推定計算できないように構成されており、クランキング時の吸気管推定圧に関しては触れられていない。このため、エンジン始動時のスロットル開度が比較的閉じ気味のシステムや、エンジン回転数が計算できるようになる気筒判定が遅い等のシステムにおいては、クランキング開始直後から実際の吸気管圧力が低下し始めるが、吸気管圧力推定値はエンジン回転数が検出されるまでは初期値（大気圧）のままとなり、実際の吸気管圧力と吸気管圧力推定値の乖離が大きくなる。この結果、初爆後の回転上昇中におけるシリンダ流入空気量が多目に計算され、完爆時点での空燃比がリッチとなり、排気やドライバビリティを悪化させる恐れがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
エンジン始動時にスタータＳＷがＯＮした時、クランキング時のエンジン回転数を算出し、クランク角センサに基づいて算出するエンジン回転数が計算されるまでは、前記クランキング時のエンジン回転数を用いてシリンダ流入空気量を計算させることで吸気管圧力の推定計算を開始する。
【０００６】
また、初爆からのエンジン回転数の単位時間当りの変化量に基づき、エンジン回転上昇時に計算するシリンダ流入空気量を補正する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、エンジン始動のクランキング開始直後から吸気管圧力の推定を開始するので、始動時の吸気管圧力推定値と、実際の吸気管圧力との乖離を抑制できると共に、初爆後の回転上昇中におけるシリンダ流入空気量を補正できるため、結果的に完爆時点での空燃比悪化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の燃料制御装置の制御ブロックの一例。
【図２】本発明の燃料制御装置が制御するエンジン回りの一例。
【図３】本発明の燃料制御装置の内部構成の一例。
【図４】本発明のエンジンの吸気系の物理モデルの一例。
【図５】本発明の燃料制御装置のシリンダ流入空気量を求めるブロックの一例。
【図６】本発明の燃料制御装置のシリンダ流入空気量計算用のエンジン回転数を求めるブロックの一例。
【図７】本発明の燃料制御装置のシリンダ流入空気量計算用のエンジン回転数を求めるブロックの一例。
【図８】本発明の燃料制御装置のエンジン始動時におけるシリンダ流入空気量の補正比率を求めるブロックの一例。
【図９】本発明の燃料制御装置のシリンダ流入空気量算出を実現しているチャートの一例。
【図１０】図９に対してエンジン始動時におけるクランキング時の吸気管圧力低下を考慮した場合のチャートの一例。
【図１１】本発明の燃料制御装置の制御のフローチャートの一例。
【図１２】図５のシリンダ流入空気流量を求めるフローチャートの一例。
【図１３】図６のシリンダ流入空気量計算用のエンジン回転数を求めるフローチャートの他の例。
【図１４】図７のシリンダ流入空気量計算用のエンジン回転数を求めるフローチャートの他の例。
【図１５】図８のエンジン始動時におけるシリンダ流入空気量補正比率を求めるフローチャートの一例。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
エンジンの吸入する空気量を得る手段とエンジン始動時のエンジンの回転数を得る手段とエンジン始動時の吸気管圧力を推定する手段と前記エンジン回転数と前記吸気管圧力に基づいて、シリンダに流入する空気流量を得る手段とエンジン始動時のシリンダに流入する空気量を補正する補正比率を得る手段とを備えたことを特徴とするものである。
【実施例１】
【００１０】
以下、本発明の主な実施例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の対象となるエンジンのシリンダ流入空気量計測方法を備えた燃料制御装置の制御ブロックの一例である。ブロック１０１は、エンジン回転数計算手段のブロックである。エンジンの所定のクランク角度位置に設定されたクランク角度センサの電気的な信号、おもにパルス信号変化の単位時間当たりの入力数をカウントし、演算処理することで、エンジンの単位時間当りの回転数を計算する。ブロック１０２（吸入空気量計算手段）は、水温センサ出力、及びスタータＳＷ，Ｈ／Ｗセンサ出力，吸気温センサ出力，スロットルセンサ出力で、クランキング時のエンジン回転数，スロットル空気量，吸気管圧力推定値を演算し、それらを用いてエンジンのシリンダに流入する空気量を演算するブロックである。ブロック１０３は、前述のブロック１０１で演算されたエンジンの回転数、及び前述のエンジンのシリンダへ流入する空気量により、各領域におけるエンジンの要求する基本燃料及びエンジン負荷指標を計算する。ブロック１０４は、前述のブロック１０１で演算されたエンジンの回転数，前述のエンジン負荷により、前述のブロック１０３で計算された基本燃料のエンジンの各運転領域における補正係数を計算する。ブロック１０５は、前述のエンジン回転数、及び前述のエンジン負荷によりエンジンの各領域における最適な点火時期をマップ検索等で決定するブロックである。ブロック１０６は、前述のスロットル開度からエンジンの過渡判定を行い、過渡に伴う加減速燃料補正量を演算する。ブロック１０７は、エンジンのアイドリング回転数を一定に保つためにアイドリング時の目標回転数を設定し、ＩＳＣバルブ制御手段への目標流量及びＩＳＣ点火時期補正量を演算する。ブロック１０８は、エンジンの排気管に設定された酸素濃度センサの出力から、エンジンに供給される燃料と空気の混合気が後述する目標空燃比に保たれるように空燃比帰還制御係数を計算する。尚、前述の酸素濃度センサは、実施例では、排気空燃比に対して比例的な信号を出力するものを示しているが、排気ガスが理論空燃比に対して、リッチ側／リーン側の２つの信号を出力するものでも差し支えはない。ブロック１０９は、前述のエンジン回転数、及び前述のエンジン負荷によりエンジンの各領域における最適な目標空燃比をマップ検索等で決定する。本ブロックで決定された目標空燃比は、前述のブロック１０８の空燃比帰還制御に用いられる。ブロック１１０は、前述のブロック１０３で演算された基本燃料をブロック１０４の基本燃料補正係数，ブロック１０６の加減速燃料補正量、及びブロック１０８の空燃比帰還制御係数等による補正を施す。ブロック１１１は、前述のブロック１０４でマップ検索された点火時期を、前述のブロック１０６の加減速燃料補正量等で補正を施す。ブロック１１２〜１１５は、前述のブロック１１０で計算された燃料量をエンジンに供給する燃料噴射手段である。ブロック１１６〜１１９は、前述のブロック１１１で補正されたエンジンの要求点火時期に応じてシリンダに流入した燃料混合気を点火する点火手段である。ブロック１２０は、前述のブロック１０７で計算されたアイドリング時の目標流量となるようにＩＳＣバルブを駆動する手段である。
【００１１】
図２は、本発明の対象となるシリンダ流入空気量計測方法を備えた内燃機関の制御装置が制御するエンジン回りの一例を示している。エンジン２００は、エンジンのスロットル部を通過する空気量を計測するＨ／Ｗセンサ２０１，吸入する空気量をスロットル絞り弁２０２をバイパスして吸気管２０４へ接続された流路の流路面積を制御することによりエンジンのアイドル時の回転数を制御するアイドルスピードコントロールバルブ２０３，吸気管２０４内の吸入空気量の吸気温を測定する吸気管圧力センサ２０５，エンジンの要求する燃料を供給する燃料噴射弁２０６，エンジンの所定のクランク角度位置に設定されたクランク角センサ２０７，エンジンのシリンダ内に供給された燃料の混合気に点火する点火栓に、エンジン制御装置２１２からの点火信号に基づいて点火エネルギを供給する点火モジュール２０８，エンジンのシリンダブロックに設定されエンジンの冷却水温を検出する水温センサ２０９，エンジンの排気管に設定され排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ２１０，エンジンの運転・停止のメインスイッチであるイグニッションキースイッチ２１１，排気ガスの一部を吸気管２０４内へ戻すＥＧＲバルブ２１３，エンジンの各補器類を制御するエンジン制御装置２１２が示されている。なお、吸気管圧力センサ２０５は、吸気の温度を計測する吸気温センサが一体化されている。
【００１２】
酸素濃度センサ３１０は、本実施例では、排気空燃比に対して比例的な信号を出力するものを用いているが、理論空燃比に対して排気ガスがリッチ側／リーン側の２つの信号を出力するものでもよい。なお、本実施例では内燃機関の燃料制御のパラメータとして、熱式空気流量計でスロットルを通過する空気量を検出し、吸気管圧力推定、シリンダ流入空気量計算をしているが、吸気管圧力はセンサにより検出して用いても良い。
【００１３】
図３は、本発明の対象となるエンジンのシリンダ流入空気量計測方法を備えた燃料制御装置の内部構成の一例である。ＣＰＵ３０１の内部にはエンジンに設置された各センサの電気的信号をデジタル演算処理用の信号に変換、及びデジタル演算用の制御信号を実際のアクチュエータの駆動信号に変換するＩ／Ｏ部３０２が設定されており、Ｉ／Ｏ部３０２には、吸入空気量センサ３０３，吸気温センサ３０４，水温センサ３０５，クランク角センサ３０６，スロットル開度センサ３０７，酸素濃度センサ３０８，イグニッションＳＷ３０９が入力されている。ＣＰＵ３０１からの出力信号ドライバ３１０を介して、燃料噴射弁３１１〜３１４，点火コイル３１５〜３１８、及びＩＳＣバルブへのＩＳＣ開度指令値３１９へ出力信号が送られる。
【００１４】
図４は、本発明の対象となるエンジンの吸気系の物理モデルの一例である。本吸気系の入り口には、Ｈ／Ｗセンサ４０１が設定されており、エンジンの吸入する空気量ＱＡ００４０２を検出する。シリンダ流入空気量ＱＡＲ４０６は前記吸気管圧力ＰＭＭＨＧ４０５，エンジン回転数，エンジン排気量，吸気温、及びエンジン領域で決まる非線形な吸気効率で決まる。
【００１５】
図５は、本発明の対象となるエンジンのシリンダ流入空気量計測方法を備えた燃料制御装置のシリンダ流入空気量を求めるブロック図概要の一例である。ブロック５０１は、シリンダ流入空気量計測用のエンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳを計算するブロックであり、詳細は後述する。ブロック５０２は吸気管圧力ＰＭＭＨＧを計算するブロックである。エンジンの吸入する空気量ＱＡ００，前回計算されたシリンダ流入空気量ＱＡＲＦ、及び前回計算されたＰＭＭＨＧを用いて、今回のＰＭＭＨＧを計算する。ブロック５０３は、エンジン回転数Ｎｅ及び前記吸気管圧力ＰＭＭＨＧから非線形要素である吸気効率ηをマップ検索して求める。ηは前記吸気管圧力に基づいて求めるシリンダ流入空気量の理論値からのズレを補正するものである。ブロック５０４は、前記吸気効率η，前記吸気管圧力ＰＭＭＨＧ，吸気温度ＴＨＡ、及びシリンダ流入空気量計測用エンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳによりシリンダ流入空気量ＱＡＲＦを計算する。ブロック５０５は、始動時ＱＡＲ補正率ＤＮＥＨＯＳを計算するブロックである。ＤＮＥＨＯＳは前記シリンダ流入空気量演算用エンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳの単位時間当りの変化量に基づき、始動時におけるエンジン回転数上昇時に推定されたシリンダ流入空気量を補正するものである。ブロック５０６は、シリンダ流入空気量ＱＡＲを計算するブロックである。前記シリンダ流入空気量ＱＡＲＦに前記始動時ＱＡＲ補正率ＤＮＥＨＯＳを乗じてシリンダ流入空気量ＱＡＲとするものである。このシリンダ流入空気量ＱＡＲは基本燃料等を計算するために用い、前述のシリンダ流入空気量ＱＡＲＦは吸気管圧力推定に用いる。尚、エンジンに吸気温センサが設定されていない場合は、吸気温度を所定の値（例えば２７℃）に固定して計算しても、誤差は問題にならない。
【００１６】
数１は、前述の図５の吸気管圧力ＰＭＭＨＧ及びシリンダ流入空気量ＱＡＲＦを求める理論式を示している。数１の（１）は、連続域での理論式を示しており、吸気管（スロットル弁−吸気弁間）への微小時間での空気の流入／流出が吸気管内の圧力勾配となることを示している。数１の（２）は、数１の（１）の式を離散化したものであり、本式を実行することで、吸気管圧力ＰＭＭＨＧを求めている。数１の（３）は、前記で求められた吸気管圧力からシリンダ流入空気量ＱＡＲＦを求める式を表しており、基本は理想気体の状態方程式であるが、吸気弁の開く状況及び排気弁の開く状況に応じて理論値から外れるため、非線形要素として吸気効率η、及び吸気効率補正係数ＶＶＴＣＲＧを乗じている。また前述したように吸気温度は所定の値と固定しておいてもよい。
【００１７】
【数１】
【００１８】
図６は、本発明の対象となるエンジンのシリンダ流入空気量計測方法を備えた燃料制御装置のシリンダ流入空気量計算に用いるエンジン回転数を求めるブロック図概要の一例である。ブロック６０１では、クランキング時のエンジン回転数をエンジン水温でテーブル検索する。乗算器６０２では、前記テーブル検索値に補正係数を乗じてクランキング時回転数とする。前記補正係数は、エンジンの機差ばらつきや経時劣化等を考慮し、少なくともエンジンオイル温度，バッテリ電圧に応じたエンジンオイル温度補正，バッテリ電圧補正を含むものとする。補正係数は、エンジンオイル温度，バッテリ電圧に応じた補正テーブルまたは補正マップにより算出するものとし、エンジンオイル温度は、オイル温度センサがあればその出力値を用い、オイル温度センサが無ければオイル温度を推定した値もしくは固定値を用いる。スイッチ６０３でスタータＳＷ ＯＮの時は、前述のクランキング時回転数を選択し、スタータＳＷ ＯＦＦの時は、０を選択する。ブロック６０４では、前述のブロック１０１においてクランク角センサ信号に基づいて算出したエンジン回転数Ｎｅと、前記クランキング時回転数との何れか大きい方の値を選択し、シリンダ流入空気量演算用エンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳとする。
【００１９】
実際にエンジンはクランキング中に回転し始めるが、気筒判定が終了するまでは前記エンジン回転数Ｎｅが算出されない。従って、図６のような構成とした場合は、エンジン回転数Ｎｅが算出されるまではクランキング時回転数が選択されるようにテーブルと補正係数を適合する必要がある。
【００２０】
図７は、図６に対し、クランク角センサ信号に基づいて算出したエンジン回転数Ｎｅと、前記クランキング時回転数との切替え方法を変更したものである。ブロック７０１〜ブロック７０３については、前述したブロック６０１〜ブロック６０３と同じである。スイッチ７０４では、前記クランク角センサ信号に基づいて算出したエンジン回転数Ｎｅが０より大きければ、前記エンジン回転数Ｎｅを選択し、前記エンジン回転数Ｎｅが０より大きくなければ（エンジン回転数Ｎｅ＝０のとき）、前記クランキング時回転数を選択してシリンダ流入空気量演算用エンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳとする。本実施例においては、クランキング時回転数はエンジン水温に応じたテーブル検索値に少なくともエンジンオイル温度補正，バッテリ電圧補正を含んだ補正係数を乗じて算出する構成としているが、クランキング時回転数を理論式や実験式で近似して算出しても良いし、固定値として算出するよう構成しても良い。
【００２１】
図８は、本発明の対象となるエンジンのシリンダ流入空気量計測方法を備えた燃料制御装置のエンジン始動時のシリンダ流入空気量を補正する補正比率を求めるブロック図概要の一例である。ブロック８０１では、前記シリンダ流入空気量演算用エンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳの現在値から過去ｎ回前に算出したＨＮＤＡＴＡＳを出力する。「過去ｎ回前」の「ｎ」はシリンダ流入空気量ＱＡＲＦに応じて決定するが、シリンダ流入空気量によらず、例えば過去２回前というように「ｎ」を固定値としても良い。減算器８０２では、前記シリンダ流入空気量演算用エンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳの現在値から過去ｎ回前に算出したＨＮＤＡＴＡＳを減算してエンジン回転数の単位時間当りの変化量を算出する。ブロック８０３では前記ＨＮＤＡＴＡＳ差分に加重平均を施して値をなましたものを始動時回転上昇率とする。ブロック８０４では前記始動時回転上昇率に応じて始動時のシリンダ流入空気量ＱＡＲ補正比率をテーブル検索する。スイッチ８０５では始動時のシリンダ流入空気量補正の補正解除条件が成立した場合、始動時ＱＡＲ補正比率ＤＮＥＨＯＳは１.０を選択して補正無効とし、前記補正解除条件不成立時は、前記テーブル検索値を選択する。ブロック８０６では前記補正解除条件を算出する。補正解除条件は、イグニッションキーＯＮ後に、「エンジン回転数が所定値以上」，「Ｈ／Ｗセンサで計測した流量とシリンダ流入空気量の差分が所定値以下」，「ＩＤＬＥスイッチＯＮ→ＯＦＦに反転した」、の何れかを経験した場合に補正解除条件成立とする。イグニッションＯＦＦ後に再度イグニッションキーＯＮ後となった場合や、スタータスイッチがＯＮされた場合は前記の経験をクリアする。
【００２２】
図９は、本発明の対象となるエンジンのシリンダ流入空気量計測方法を備えた燃料制御装置のシリンダ流入空気量算出を実現しているチャートの一例である。エンジン始動時のスロットル開度が比較的閉じ気味のシステムや、エンジン回転数が計算できるようになる気筒判定が遅い等のシステムにおいては、クランキング開始時点から実吸気管圧力が低下し始める。本例の前提は、気筒判定終了し、エンジン回転数が計算されるまで、吸気管推定圧の初期値が大気圧のままとなっており、クランキング時の吸気管圧力の低下を考慮していないものである。ライン９０１は吸気管推定圧力、ライン９０２は実吸気管圧力、ライン９０４はエンジン回転数、ライン９０５はシリンダ流入空気量、ライン９０６は本来のシリンダ流入空気量期待値、ライン９０８は空燃比、ライン９０９は本来の空燃比期待値を示す。本例の場合は、前述したがクランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮していないため、エリア９０３で示すように、実吸気管圧力は低下しているが、吸気管推定圧力は、気筒判定終了し、エンジン回転数が計算されるまで、初期値（大気圧）のままとなるため、実圧と推定圧の乖離が発生する。この結果、エリア９０７で示すように、本来のシリンダ流入空気量期待値に対してシリンダ流入空気量が多目に計算され、エリア９０９に示すように、本来の空燃比期待値に対して空燃比がリッチになり、排気やドライバビリティに影響することとなる。
【００２３】
図１０は前述の図９に対してクランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮した場合の一例である。ライン１００１はクランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮していない場合の吸気管推定圧力、ライン１００２はクランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮した場合の吸気管推定圧力、ライン１００３はクランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮していない場合のエンジン回転数、ライン１００４はクランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮した場合のエンジン回転数、ライン１００６はクランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮していない場合のシリンダ流入空気量、ライン１００７はクランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮した場合のシリンダ流入空気量、ライン１００９はクランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮していない場合の空燃比、ライン１０１０はクランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮した場合の空燃比を示す。
【００２４】
本例の場合は、クランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮し、スタータＳＷ ＯＮとなったら、エリア１００３に示すように、クランキング時のエンジン回転数を算出し、気筒判定終了後のエンジン回転数が計算されるまで、前記クランキング時回転数を用いてシリンダ流入空気流量の計算及び吸気管圧力推定を開始する。更に、エンジン始動後の回転上昇時は、その上昇傾き（エンジン回転上昇率）に応じた始動後シリンダ流入空気量補正により、始動直後の空燃比を調整できるようにしている。尚、始動後シリンダ流入空気量補正は、イグニッションキーＯＮ後、「エンジン回転数が所定値異常となった」，「Ｈ／Ｗセンサ計測流量とシリンダ流入空気量の差分が所定値以下となった」，「アイドルスイッチＯＮ→ＯＦＦに反転した」のいずれかを経験した場合に補正解除する。この結果、エリア１００８に示すように、クランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮していない場合のシリンダ流入空気量に比べて低目にシリンダ流入空気量が計算され、エリア１０１１に示すように、クランキング時の実吸気管圧力の低下を考慮していない場合の空燃比のリッチを抑えることができ、排気，ドライバビリティを向上させることができる。
【００２５】
図１１は、本発明の対象となるエンジンのシリンダ流入空気量計測方法を備えた燃料制御装置の詳細なフローチャートの一例である。ステップ１１０１でクランク角度センサの電気的な信号を処理し、エンジン回転数を計算する。ステップ１１０２でＨ／Ｗセンサ，吸気温センサ，水温センサ、及びスロットルセンサの出力を読み込む。ステップ１１０３で今回の演算がイグニッションキーＯＮ後初回の演算であるか否かを判断する。初回の演算であると判断された場合は、ステップ１１０４で吸気管圧力の推定値を初期化する。初期化は主に大気圧とするが、大気圧センサ等を具備している場合は、その出力値を用いてもよい。ステップ１１０５で、始動時か否かを判定する。本実施例ではスタータＳＷ ＯＮとなったら始動と判定し、ステップ１１０６の始動時処理に進み、始動時でなければステップ１１０６をスキップしてステップ１１０７へ進む。ステップ１１０６の始動時処理においては、シリンダ流入空気計測用エンジン回転数と、始動時シリンダ流入空気量補正比率を算出する。
【００２６】
ステップ１１０７で吸気管圧力ＰＭＭＨＧを計算する。ステップ１１０８でシリンダ流入空気量ＱＡＲを計算する。ステップ１１０９で基本燃料量及びエンジン負荷を計算する。ステップ１１１０で基本燃料補正係数をマップ検索する。ステップ１１１１ではスロットルセンサ出力で加減速判定を行い、ステップ１１１２で加減速時燃料補正量を計算する。ステップ１１１３で酸素濃度センサの出力を読み込む。ステップ１１１４で目標空燃比を設定する。ステップ１１１５で前記目標空燃比が実現できるよう空燃比帰還制御係数を計算する。ステップ１１１６で前記基本燃料補正係数、及び空燃比帰還制御係数等を基本燃料量に補正する。ステップ１１１７で基本点火時期をマップ検索する。ステップ１１１８で加減速点火時期補正量を計算し、ステップ１１１９で基本点火時期を補正する。ステップ１１２０でＩＳＣの目標回転数を設定し、ステップ１１２１でＩＳＣ目標流量を計算し、ＩＳＣバルブを制御する。
【００２７】
図１２は前述の図５のシリンダ流入空気量ＱＡＲを求めるブロック図に対するフローチャートの一例である。ステップ１２０１で水温センサ出力ＴＷＮ，クランク角センサに基づき算出するエンジン回転数Ｎｅ，Ｈ／Ｗセンサ出力ＱＡ００，吸気温センサ出力ＴＨＡを読み込む。ステップ１２０２でシリンダ流入空気量計算用のエンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳを計算する。ステップ１２０３で前記ＴＨＡ，ＱＡ００，前回計算されたシリンダ流入空気量ＱＡＲＦ、及び前回計算されたＰＭＭＨＧで今回のＰＭＭＨＧを計算する。ステップ１２０４で前記エンジン回転数Ｎｅ、及び前記ＰＭＭＨＧで吸気効率ηを検索する。ステップ１２０５で前記エンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳ，ＴＨＡ，前記ＰＭＭＨＧ、及び前記ηでシリンダ流入空気量ＱＡＲＦを計算する。ステップ１２０６で前記ＨＮＤＡＴＡＳの上昇率に応じて始動時ＱＡＲ補正比率ＤＮＥＨＯＳを計算する。ステップ１２０７で前記ＱＡＲＦに前記ＤＮＥＨＯＳを乗じてシリンダ流入空気量ＱＡＲを計算する。
【００２８】
図１３は、前述の図６のシリンダ流入空気計算用エンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳを求めるブロック図に対するフローチャートの一例である。ステップ１３０１でクランク角センサに基づき算出するエンジン回転数Ｎｅ，水温センサ出力ＴＷＮ，スタータＳＷを読み込む。ステップ１３０２でＴＷＮでクランキング時回転数ベース値をテーブル検索する。ステップ１３０３で前記クランキング時回転数ベース値にエンジンオイル温度補正，バッテリ電圧補正を含む補正係数を乗じる。ステップ１３０４で始動時か否かを判定する。本実施例では、スタータＳＷ ＯＮで始動と判定する。始動時であれば、ステップ１３０５に進み、始動時でなければステップ１３０６に進む。ステップ１３０５でクランキング時回転数は前記テーブル検索値に前記補正係数を乗じたものを選択する。ステップ１３０６でクランキング時回転数は０を選択する。ステップ１３０７で前記Ｎｅと前記クランキング時回転数のどちらか大きい方の値をシリンダ流入空気量計算用エンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳとする。
【００２９】
図１４は、前述の図７のシリンダ流入空気計算用エンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳを求めるブロック図に対するフローチャートの一例である。ステップ１４０１でクランク角センサに基づき算出するエンジン回転数Ｎｅ，水温センサ出力ＴＷＮ，スタータＳＷを読み込む。ステップ１４０２でＴＷＮでクランキング時回転数ベース値をテーブル検索する。ステップ１４０３で前記クランキング時回転数ベース値にエンジンオイル温度補正，バッテリ電圧補正を含む補正係数を乗じる。ステップ１４０４で始動時か否かを判定する。本実施例では、スタータＳＷ ＯＮで始動と判定する。始動時であれば、ステップ１４０５に進み、始動時でなければステップ１４０６に進む。ステップ１４０５でクランキング時回転数は前記テーブル検索値に前記補正係数を乗じたものを選択する。ステップ１４０６でクランキング時回転数は０を選択する。ステップ１４０７で前記Ｎｅが０より大きいかどうか（Ｎｅ＞０？）を判定する。Ｎｅ＞０であれば、ステップ１４０８に進み、Ｎｅ＞０でなければ、ステップ１４０９に進む。ステップ１４０８で前記Ｎｅをシリンダ流入空気量計算用エンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳとする。ステップ１４０９で前記クランキング時回転数をシリンダ流入空気量計算用エンジン回転数ＨＮＤＡＴＡＳとする。
【００３０】
図１５は、前述の図８の始動時ＱＡＲ補正比率ＤＮＥＨＯＳを求めるブロック図に対するフローチャートの一例である。ステップ１５０１で前記ＱＡＲＦ，ＱＡ００，スタータＳＷ，アイドルＳＷ，前記ＨＮＤＡＴＡＳを読み込む。ステップ１５０２で始動時ＱＡＲ補正解除条件を計算する。ステップ１５０３でＨＮＤＡＴＡＳとＱＡＲＦからエンジン回転数の単位時間当りの変化量を計算する。ステップ１５０４で前記エンジン回転数の単位時間当りの変化量に加重平均を施し、始動時回転上昇率を計算する。ステップ１５０５で前記始動時回転上昇率で始動時ＱＡＲ補正比率をテーブル検索する。ステップ１５０６で前述の始動時ＱＡＲ補正解除条件が成立しているか判定する。補正解除条件成立時は、ステップ１５０７に進み、補正解除条件不成立時は、ステップ１５０８に進む。ステップ１５０７では始動時ＱＡＲ補正比率ＤＮＥＨＯＳを１.０に選択する。ステップ１５０８で前記ＤＮＥＨＯＳを前記テーブル検索値に選択する。
【００３１】
以上、本発明の一実施形態について、詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではない。また、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３２】
２０１，４０１ Ｈ／Ｗセンサ
２０２，４０３ スロットル絞り弁
２０５ 吸気管圧力センサ
２０６ 燃料噴射弁
２０７ クランク角センサ
２１０ 酸素濃度センサ
２１２ エンジン制御装置
４０２ 吸入空気量
４０５ 吸気管圧力
４０６ シリンダ流入空気量
５０１ シリンダ流入空気量計算用のエンジン回転数演算ブロック
５０５ 始動時のシリンダ流入空気量の補正率演算ブロック
８０５ 始動時のシリンダ流入空気量補正の補正解除条件判定ブロック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸入する空気量を得る手段と
エンジン始動時のエンジンの回転数を得る手段と
エンジン始動時の吸気管圧力を推定する手段と
前記エンジン回転数と前記吸気管圧力に基づいて、シリンダに流入する空気流量を得る手段と
エンジン始動時のシリンダに流入する空気量を補正する補正比率を得る手段と
を備えたことを特徴とするエンジンの燃料制御装置。
【請求項２】
前記エンジンの始動時は、スタータによるクランキング中であることを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃料制御装置。
【請求項３】
前記エンジン始動時のクランキング中のエンジン回転数を得る手段は
エンジン水温，エンジンオイル温度，バッテリ電圧の少なくとも一つ以上に基づいて得ることを特徴とする請求項２記載のエンジンの燃料制御装置。
【請求項４】
前記エンジン始動時のエンジンの回転数を得る手段は
クランキング時のエンジン回転数と
クランク角センサの信号に基づいて得るエンジン回転数と
を切り替えて用いることを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃料制御装置。
【請求項５】
前記クランキング時のエンジン回転数と
前記クランク角センサの信号に基づいて得るエンジン回転数と
を切り替える手段は、
前記クランキング時のエンジン回転数と
前記クランク角センサの信号に基づいて得るエンジン回転数のどちらか大きい値の方を選択して用いることを第１の特徴とする請求項１記載のエンジンの燃料制御装置。
【請求項６】
前記クランキング時のエンジン回転数と
前記クランク角センサの信号に基づいて得るエンジン回転数と
を切り替える手段は、
最初は前記クランキング時のエンジン回転数を用い、前記クランク角センサの信号に基づいて得るエンジン回転数の値が０より大きくなった場合に前記クランク角センサの信号に基づいて得るエンジン回転数に切替えることを第２の特徴とする請求項１記載のエンジンの燃料制御装置。
【請求項７】
前記始動時の吸気管圧力は、前記クランキング時のエンジン回転数を用いて計算したシリンダ流入空気量から推定することを特徴とする請求項１記載のエンジンンの燃料制御装置。
【請求項８】
前記エンジン始動時のシリンダに流入する空気量を補正する補正比率を得る手段は初爆からのエンジン回転数の単位時間当りの変化量に応じて補正量を得ることを特徴とする請求項１記載のエンジンンの燃料制御装置。
【請求項９】
前記エンジン回転数の単位時間は、シリンダに流入する空気量によりその時間を決定することを特徴とする請求項１記載のエンジンンの燃料制御装置。
【請求項１】
エンジンの吸入する空気量を得る手段と
エンジン始動時のエンジンの回転数を得る手段と
エンジン始動時の吸気管圧力を推定する手段と
前記エンジン回転数と前記吸気管圧力に基づいて、シリンダに流入する空気流量を得る手段と
エンジン始動時のシリンダに流入する空気量を補正する補正比率を得る手段と
を備えたことを特徴とするエンジンの燃料制御装置。
【請求項２】
前記エンジンの始動時は、スタータによるクランキング中であることを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃料制御装置。
【請求項３】
前記エンジン始動時のクランキング中のエンジン回転数を得る手段は
エンジン水温，エンジンオイル温度，バッテリ電圧の少なくとも一つ以上に基づいて得ることを特徴とする請求項２記載のエンジンの燃料制御装置。
【請求項４】
前記エンジン始動時のエンジンの回転数を得る手段は
クランキング時のエンジン回転数と
クランク角センサの信号に基づいて得るエンジン回転数と
を切り替えて用いることを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃料制御装置。
【請求項５】
前記クランキング時のエンジン回転数と
前記クランク角センサの信号に基づいて得るエンジン回転数と
を切り替える手段は、
前記クランキング時のエンジン回転数と
前記クランク角センサの信号に基づいて得るエンジン回転数のどちらか大きい値の方を選択して用いることを第１の特徴とする請求項１記載のエンジンの燃料制御装置。
【請求項６】
前記クランキング時のエンジン回転数と
前記クランク角センサの信号に基づいて得るエンジン回転数と
を切り替える手段は、
最初は前記クランキング時のエンジン回転数を用い、前記クランク角センサの信号に基づいて得るエンジン回転数の値が０より大きくなった場合に前記クランク角センサの信号に基づいて得るエンジン回転数に切替えることを第２の特徴とする請求項１記載のエンジンの燃料制御装置。
【請求項７】
前記始動時の吸気管圧力は、前記クランキング時のエンジン回転数を用いて計算したシリンダ流入空気量から推定することを特徴とする請求項１記載のエンジンンの燃料制御装置。
【請求項８】
前記エンジン始動時のシリンダに流入する空気量を補正する補正比率を得る手段は初爆からのエンジン回転数の単位時間当りの変化量に応じて補正量を得ることを特徴とする請求項１記載のエンジンンの燃料制御装置。
【請求項９】
前記エンジン回転数の単位時間は、シリンダに流入する空気量によりその時間を決定することを特徴とする請求項１記載のエンジンンの燃料制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−１２２４５６（Ｐ２０１１−１２２４５６Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７８１０７（Ｐ２００９−２７８１０７）
【出願日】平成２１年１２月８日（２００９．１２．８）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月８日（２００９．１２．８）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
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