内燃機関の制御装置
【課題】吸気脈動を考慮した吸入空気量を適切に算出することが可能な内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】エンジンは、気筒を有し、間欠吸気を行う。吸入空気量検出手段は、吸気弁が開弁状態となるタイミングでの吸入空気量と、前記吸気弁が閉弁状態となるタイミングでの吸入空気量とを検出する。差分算出手段は、吸気弁が開弁状態となるタイミングでの吸入空気量と、吸気弁が閉弁状態となるタイミングでの吸入空気量との差分を算出する。時間幅算出手段は、吸気弁が開弁してから閉弁するまでの時間幅を算出する。脈動波形算出手段は、吸入空気量の差分と、吸気弁が閉弁するまでの時間幅とに基づき、吸気通路の脈動波形を算出する。吸入空気量推定手段は、算出した脈動波形に基づき、気筒の燃焼室に吸入されると推定される吸入空気量を算出する。
【解決手段】エンジンは、気筒を有し、間欠吸気を行う。吸入空気量検出手段は、吸気弁が開弁状態となるタイミングでの吸入空気量と、前記吸気弁が閉弁状態となるタイミングでの吸入空気量とを検出する。差分算出手段は、吸気弁が開弁状態となるタイミングでの吸入空気量と、吸気弁が閉弁状態となるタイミングでの吸入空気量との差分を算出する。時間幅算出手段は、吸気弁が開弁してから閉弁するまでの時間幅を算出する。脈動波形算出手段は、吸入空気量の差分と、吸気弁が閉弁するまでの時間幅とに基づき、吸気通路の脈動波形を算出する。吸入空気量推定手段は、算出した脈動波形に基づき、気筒の燃焼室に吸入されると推定される吸入空気量を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関を備える車両の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、吸入空気量を実値に即して算出するための方法が知られている。例えば、特許文献１には、吸気弁開弁時の吸気量と、吸気弁閉弁時の吸気量と、実際の吸気量の重みを表す係数とを用いて吸入空気量の実値を算出する技術が開示されている。また、特許文献２には、吸気管に流入する空気量と、吸気弁の開弁による吸気管内の圧力降下量に基づき算出した脈動によって筒内に充填される余分空気量とを用いて筒内の充填空気量を算出する技術が開示されている。また、特許文献３には、吸気弁近傍の吸気圧力とエンジン回転数との関係より吸気圧と排気圧との圧力比を算出し、当該圧力比に基づき脈動補正値を求め、吸気圧力検出値に当該脈動補正値を加算することで、吸気弁近傍の脈動する吸気圧力を算出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１１６３６８号公報
【特許文献２】特開２００５−２８２５６３号公報
【特許文献３】特開２００５−３０７８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
３６０度位相が異なる２気筒エンジンなどの間欠吸気を行うエンジンでは、吸気脈動に起因して、吸入空気量を正確に算出することができず、充填効率の実値と算出値とが乖離してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、吸気脈動を考慮した吸入空気量を適切に算出することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの観点では、気筒と、前記気筒に設けられた吸気弁とを有し、間欠吸気を行うエンジンと、前記吸気弁が開弁状態となるタイミングでの吸入空気量と、前記吸気弁が閉弁状態となるタイミングでの吸入空気量とを検出する吸入空気量検出手段と、前記吸気弁が開弁状態となるタイミングでの吸入空気量と、前記吸気弁が閉弁状態となるタイミングでの吸入空気量との差分を算出する差分算出手段と、前記吸気弁が開弁してから閉弁するまでの時間幅を算出する時間幅算出手段と、前記差分及び前記時間幅に基づき、吸気通路の脈動波形を算出する脈動波形算出手段と、前記脈動波形に基づき、前記気筒の燃焼室に吸入されると推定される吸入空気量を算出する吸入空気量推定手段と、を備える。
【０００７】
上記の内燃機関の制御装置は、車両に搭載され、エンジンと、吸入空気量検出手段と、差分算出手段と、時間幅算出手段と、脈動波形算出手段と、吸入空気量推定手段とを備える。エンジンは、気筒を有し、間欠吸気を行う。吸入空気量検出手段は、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、エアフロメータなどにより、吸気弁が開弁（全開）状態となるタイミングでの吸入空気量と、前記吸気弁が閉弁（全閉）状態となるタイミングでの吸入空気量とを検出する。差分算出手段は、例えばＥＣＵであり、吸気弁が開弁状態となるタイミングでの吸入空気量と、吸気弁が閉弁状態となるタイミングでの吸入空気量との差分を算出する。時間幅算出手段は、例えばＥＣＵであり、吸気弁が開弁してから閉弁するまでの時間幅を算出する。脈動波形算出手段は、吸入空気量の差分と、吸気弁が閉弁するまでの時間幅とに基づき、吸気通路の脈動波形を算出する。吸入空気量推定手段は、例えばＥＣＵであり、算出した脈動波形に基づき、気筒の燃焼室に吸入されると推定される吸入空気量を算出する。
【０００８】
一般に、吸気脈動が生じると、吸気通路内で検出した吸入空気量が逆流の影響により誤差が生じる。これを勘案し、上記の内燃機関の制御装置は、開弁状態となるタイミングでの吸入空気量と、吸気弁が閉弁状態となるタイミングでの吸入空気量との差分を用いることで、逆流の影響を好適に除外し、かつ、吸気弁が開弁してから閉弁するまでの時間幅を用いて、脈動波形を的確に求め、吸入空気量の推定値を高精度に算出することが可能となる。
【０００９】
上記の内燃機関の制御装置の一態様では、前記気筒は複数存在し、前記脈動波形算出手段は、前記気筒の各々の前記時間幅と、前記気筒の各々の吸気弁が開弁状態となるタイミングと、前記気筒の各々の吸気弁が閉弁状態となるタイミングとに基づき前記脈動波形を算出する。一般に、各気筒の吸気弁が開弁状態の場合には脈動波形は極大となり各気筒の吸気弁が閉弁状態の場合には脈動波形は極小となる。従って、この態様により、内燃機関の制御装置は、好適に、脈動波形を算出することができる。
【００１０】
上記の内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記脈動波形は、吸入空気量の時間関数であり、前記吸入空気量推定手段は、前記脈動波形が示す吸入空気量を、前記吸気弁が開弁している期間で積分することで、前記吸入空気量を算出する。これにより、内燃機関の制御装置は、好適に、気筒内に流入した吸入空気量の推定値を算出し、充填効率を算出することが可能となる。
【００１１】
上記の内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記エンジンは、３６０度位相がずれた２気筒エンジンである。この態様により、内燃機関の制御装置は、好適に、本発明を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】内燃機関の概略構成の一例を示す。
【図２】実施形態に係るタイムチャートの一例を示す。
【図３】実施形態における処理手順を示すフローチャートの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１４】
［内燃機関の概略構成］
図１は、本発明に係る内燃機関の制御装置が適用された内燃機関（エンジン）の概略構成図を示す。図中の実線矢印はガスの流れの一例を示している。
【００１５】
内燃機関１００は、主に、吸気通路１と、スロットルバルブ２と、エアフロメータ３と、排気通路４と、第１気筒１０と、第２気筒２０とを備える。
【００１６】
吸気通路１には外部から導入された吸気（空気）が通過し、スロットルバルブ２は吸気通路１を通過する吸気の流量を調整する。スロットルバルブ２は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号によって開度が制御される。また、吸気通路１には、第１気筒１０及び第２気筒２０に供給される吸入空気量を検出するエアフロメータ３が設けられている。エアフロメータ３は、検出した吸入空気量（以後、「検出吸入空気量Ｑ」とも呼ぶ。）に相当する検出信号Ｓ３を、ＥＣＵ５０へ送信する。
【００１７】
吸気通路１を通過した吸気は、第１気筒１０の燃焼室１７及び第２気筒２０の燃焼室２７に供給される。また、燃焼室１７には、燃料噴射弁（インジェクタ）１５によって噴射された燃料が供給され、燃焼室２７には、燃料噴射弁２５によって噴射された燃料が供給される。燃料噴射弁１５、２５は、それぞれ、ＥＣＵ５０から送信される制御信号Ｓ１５、Ｓ２５に基づき、燃料噴射量が制御される。
【００１８】
更に、燃焼室１７には、吸気弁１１と排気弁１３とが設けられ、燃焼室２７には、吸気弁２１と排気弁２３とが設けられている。吸気弁１１は、開閉することによって、吸気通路１と燃焼室１７との連通及び遮断を制御し、吸気弁２１は、開閉することによって、吸気通路１と燃焼室２７との連通及び遮断を制御する。また、吸気弁１１には、吸気弁１１のバルブ開度を検出するバルブ開度センサ１２が設けられ、吸気弁２１には、吸気弁２１のバルブ開度を検出するバルブ開度センサ２２が設けられている。バルブ開度センサ１２、２２は、検出した吸気弁１１、２１のバルブ開度の検出信号Ｓ１２、Ｓ２２をＥＣＵ５０へ送信する。排気弁１３は、開閉することによって、燃焼室１７と排気通路４との連通及び遮断を制御し、排気弁２３は、開閉することによって、燃焼室２７と排気通路４との連通及び遮断を制御する。
【００１９】
燃焼室１７、２７では、吸気行程において上記のように供給された吸気と燃料との混合気が、圧縮行程を経た後、それぞれ点火プラグ１４、２４によって点火されることにより膨張行程で燃焼される。この場合、燃焼によってピストン１８、２８が往復運動し、当該往復運動がコンロッド１９、２９を介してクランク軸（不図示）に伝達され、クランク軸が回転する。燃焼室１７、２７での燃焼により発生した排気ガスは、排気行程において排気通路４へ排出される。ここで、第１気筒１０と第２気筒２０とは、３６０度位相がずれて動作し、互いの吸気行程がオーバーラップしない。従って、内燃機関１００では、間欠吸気を行うことに起因して、吸気脈動が生じる。
【００２０】
ＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを備え、内燃機関１００の各構成要素に対して種々の制御を行う。例えば、ＥＣＵ５０は、上記のようにして供給された検出信号に基づいて、燃料噴射弁１５、２５等に対する制御を行う。そして、ＥＣＵ５０は、本発明における吸入空気量検出手段、差分算出手段、時間幅算出手段、脈動波形算出手段、及び吸入空気量推定手段として機能する。
【００２１】
なお、図１の構成は、一例であり、本発明が適用可能な構成は、必ずしもこれに限定されない。例えば、内燃機関１００は、吸気ポートに燃料噴射弁１５、２５が設置されたポート噴射であったが、これに代えて、またはこれに加えて、燃焼室１７、２７に直接燃料を噴射する筒内噴射であってもよい。また、内燃機関１００は、点火プラグ１４、２４を備えない自己着火方式であってもよい。
【００２２】
［制御方法］
次に、ＥＣＵ５０が実行する制御について具体的に説明する。概略的には、ＥＣＵ５０は、吸気脈動が極大及び極小となるタイミングでの検出吸入空気量Ｑに基づき、吸気脈動の波形を推定し、当該吸気脈動波形に基づき燃焼室１７、２７内に流入した吸入空気量の推定値（「推定吸入空気量Ｑｅ」とも呼ぶ。）を算出する。これにより、ＥＣＵ５０は、空気の充填効率を精度よく推定し、空燃比の制御性を向上させる。
【００２３】
これについて、図２を参照して具体的に説明する。図２は、吸入空気量、第１気筒１０の行程、第２気筒２０の行程を示すタイムチャートの一例である。なお、各「Ｑ１」〜「Ｑ１０」は、各時刻「ｔ１」〜「ｔ１０」でエアフロメータ３により検出した検出吸入空気量を示し、グラフ「Ｂ１」は、推定される吸入空気量の波形（即ち、脈動波形）を示す。
【００２４】
まず、ＥＣＵ５０は、吸入空気量が極大及び極小となるタイミングで検出吸入空気量Ｑを計測する。具体的には、ＥＣＵ５０は、吸気弁１１、２１の開度が最大（全開）となる状態（「開弁状態」とも呼ぶ。）、及び当該開度が最小（全閉）となる状態（「閉弁状態」とも呼ぶ。）となるタイミングで、検出吸入空気量Ｑを計測する。図２では、ＥＣＵ５０は、吸気弁１１が開弁状態となる時刻ｔ２、ｔ６、ｔ１０でそれぞれ吸入空気量Ｑ２、Ｑ６、Ｑ１０を計測し、吸気弁２１が開弁状態となる時刻ｔ４、ｔ８でそれぞれ吸入空気量Ｑ４、Ｑ８を計測する。また、ＥＣＵ５０は、吸気弁１１、２１が共に閉弁状態となる時刻ｔ１、ｔ３、ｔ５、ｔ７、ｔ９でそれぞれ吸入空気量Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５、Ｑ７、Ｑ９を計測する。
【００２５】
次に、ＥＣＵ５０は、計測した検出吸入空気量Ｑから吸気脈動の波形を推定する。ここでは、ＥＣＵ５０は、正弦波（ＳＩＮ波）を吸気脈動の波形と推定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、吸気弁１１、２１の開弁状態での検出吸入空気量Ｑを「Ｑｃ」、吸気弁１１、２１の閉弁状態での検出吸入空気量Ｑを「Ｑｏ」とすると、これらの差分「ｄＱ」（＝Ｑｃ−Ｑｏ）を算出すると共に、吸気行程の時間幅に相当する吸気弁１１、２１が開弁してから閉弁するまでの時間幅「ｄＴ」を算出する。そして、ＥＣＵ５０は、差分ｄＱと時間幅ｄＴとを用いて、吸気脈動を考慮した吸入空気量の時間「ｔ」の関数（「吸入空気量時間関数Ｑｔｈ」とも呼ぶ。）を、以下の式（１）に示すように求める。
Ｑｔｈ＝ｄＱ・ｓｉｎ（２πｔ／４／ｄＴ） 式（１）
ここで、式（１）に示す吸入空気量時間関数Ｑｔｈは、極大値が「ｄＱ」となる周期「４・ｄＴ」の時間関数である。このように、吸気脈動を式（１）の吸入空気量時間関数Ｑｔｈにより表すことにより、吸気脈動に起因した吸気通路１内での逆流の影響を除外し、即ち逆流の影響を含めて積算してしまうことによる誤差を抑制し、より正確な吸入空気量を推定することが可能となる。
【００２６】
次に、図２に示す具体例を用いて、吸気脈動の波形の推定方法について説明する。図２の時刻ｔ２では、ＥＣＵ５０は、検出吸入空気量Ｑ１、Ｑ２に基づき差分ｄＱ（＝Ｑ２−Ｑ１）を定めると共に、吸気弁１１が開弁してから閉弁するまでの時間幅を時間幅ｄＴとする。そして、ＥＣＵ５０は、算出した差分ｄＱと時間幅ｄＴとに基づき、式（１）により脈動波形に相当する吸入空気量時間関数Ｑｔｈを求める。時刻ｔ４、時刻ｔ６、時刻ｔ８、時刻ｔ１０でも同様に、ＥＣＵ５０は、同時刻で取得した検出吸入空気量Ｑと、その直前に取得した検出吸入空気量Ｑとに基づき、差分ｄＱを算出すると共に、吸気弁１１が開弁してから閉弁するまでの時間幅を時間幅ｄＴに定める。そして、ＥＣＵ５０は、算出した差分ｄＱ及び時間幅ｄＴに基づき、式（１）により脈動波形に相当する吸入空気量時間関数Ｑｔｈを求める。
【００２７】
そして、ＥＣＵ５０は、式（１）を吸気弁１１、２１の各々の開弁期間で積分することにより、第１気筒１０及び第２気筒２０のそれぞれに流入した空気量の推定値である推定吸入空気量Ｑｅを算出し、当該推定吸入空気量Ｑｅに基づき第１気筒１０及び第２気筒２０の充填効率を求める。具体的には、ＥＣＵ５０は、吸気弁１１の開弁期間で式（１）を時間積分することで、第１気筒１０の燃焼室１７に流入した推定吸入空気量Ｑｅを算出する。そして、ＥＣＵ５０は、当該推定吸入空気量Ｑｅに基づき、予め作成された式又はマップを参照して、充填効率を算出する。同様に、ＥＣＵ５０は、吸気弁２１の開弁期間で式（１）を時間積分することで、第２気筒２０の燃焼室２７に流入した推定吸入空気量Ｑｅを算出する。そして、ＥＣＵ５０は、当該推定吸入空気量Ｑｅに基づき、予め作成された式又はマップを参照して、充填効率を算出する。
【００２８】
そして、ＥＣＵ５０は、吸気脈動を考慮して算出した上述の充填効率と、目標空燃比とに基づき、例えば予め作成された式又はマップを参照して、燃料噴射弁１５、２５の燃料噴射量を決定し、制御信号Ｓ１５、Ｓ２５により燃料噴射弁１５、２５の制御を行う。
【００２９】
このようにすることで、ＥＣＵ５０は、吸気脈動が生じる場合であっても、吸気脈動を考慮したより的確な充填効率を算出し、空燃比を目標空燃比に精度よく合わせることができる。従って、ＥＣＵ５０は、吸気脈動による空燃比の目標値と実値とのずれに起因した燃費悪化、エミッション悪化などを抑制することができる。
【００３０】
（処理フロー）
図３は、本実施形態における処理手順を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートは、ＥＣＵ５０により所定の周期に従い繰り返し実行される。
【００３１】
まず、ＥＣＵ５０は、第１気筒１０の吸気弁１１又は第２気筒２０の吸気弁２１が開弁状態又は閉弁状態であるか否か判定する（ステップＳ１０１）。具体的には、ＥＣＵ５０は、各吸気弁１１、２１が開弁状態か閉弁状態かをバルブ開度センサ１２、２２の検出信号Ｓ１２、Ｓ２２に基づき特定する。そして、ＥＣＵ５０は、吸気弁１１又は吸気弁２１が開弁状態又は閉弁状態ではないと判断した場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、フローチャートの処理を終了する。
【００３２】
次に、ＥＣＵ５０は、吸気弁１１又は吸気弁２１が、開弁状態又は閉弁状態であると判断した場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、検出吸入空気量Ｑを計測する（ステップＳ１０２）。具体的には、ＥＣＵ５０は、吸気弁１１又は吸気弁２２が開弁状態又は閉弁状態の場合に、エアフロメータ３から受信した検出信号Ｓ３に基づき、当該検出吸入空気量Ｑを特定する。
【００３３】
そして、ＥＣＵ５０は、吸気脈動波形に相当する吸入空気量時間関数Ｑｔｈを算出する（ステップＳ１０３）。具体的には、ＥＣＵ５０は、上述した差分ｄＱ及び時間幅ｄＴに基づき、式（１）を用いて、吸入空気量時間関数Ｑｔｈを算出する。
【００３４】
次に、ＥＣＵ５０は、吸入空気量時間関数Ｑｔｈを積分し、推定吸入空気量Ｑｅを算出し、さらに当該推定吸入空気量Ｑｅに基づき充填効率を算出する（ステップＳ１０４）。具体的には、ＥＣＵ５０は、吸入空気量時間関数Ｑｔｈを、吸気弁１１、２２が開弁している（即ち、閉弁状態ではない）期間で時間積分することにより、当該期間で燃焼室１７、２７に流入した推定吸入空気量Ｑｅを推定し、当該推定吸入空気量Ｑｅから充填効率を求める。
【００３５】
そして、ＥＣＵ５０は、算出した充填効率と、目標空燃比とに基づき、燃料噴射弁１５、２５で噴射すべき燃料噴射量を算出し、燃料噴射弁１５、２５の燃料噴射制御を行う（ステップＳ１０５）。
【００３６】
［変形例］
図１等の説明では、内燃機関１００は、３６０度位相の異なる２気筒を有していた。しかし、本発明が適用可能な構成は、これに限定されない。これに代えて、内燃機関１００は、２気筒以外の気筒数を有する構成、または／及び、各気筒が３６０度以外の所定度だけ異なる位相を有する構成であってもよい。この場合であっても、内燃機関１００は、各気筒の吸気行程がオーバーラップせず、間欠吸気を行う構成を有する。そして、ＥＣＵ５０は、各気筒の吸気弁が開弁状態又は閉弁状態となるタイミングでの検出吸入空気量Ｑに基づき、式（１）に相当する吸気脈動波形を推定し、当該吸気脈動波形を吸気弁の開弁期間で積分することで、推定吸入空気量Ｑｅを算出する。これによっても、ＥＣＵ５０は、吸気脈動を考慮して充填効率を高精度に算出することが可能となる。
【符号の説明】
【００３７】
１ 吸気通路
２ スロットルバルブ
３ エアフロメータ
４ 排気通路
１０ 第１気筒
１１、２１ 吸気弁
１２、２２ バルブ開度センサ
１３、２３ 排気弁
１７、２７ 燃焼室
２０ 第２気筒
５０ ＥＣＵ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関を備える車両の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、吸入空気量を実値に即して算出するための方法が知られている。例えば、特許文献１には、吸気弁開弁時の吸気量と、吸気弁閉弁時の吸気量と、実際の吸気量の重みを表す係数とを用いて吸入空気量の実値を算出する技術が開示されている。また、特許文献２には、吸気管に流入する空気量と、吸気弁の開弁による吸気管内の圧力降下量に基づき算出した脈動によって筒内に充填される余分空気量とを用いて筒内の充填空気量を算出する技術が開示されている。また、特許文献３には、吸気弁近傍の吸気圧力とエンジン回転数との関係より吸気圧と排気圧との圧力比を算出し、当該圧力比に基づき脈動補正値を求め、吸気圧力検出値に当該脈動補正値を加算することで、吸気弁近傍の脈動する吸気圧力を算出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１１６３６８号公報
【特許文献２】特開２００５−２８２５６３号公報
【特許文献３】特開２００５−３０７８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
３６０度位相が異なる２気筒エンジンなどの間欠吸気を行うエンジンでは、吸気脈動に起因して、吸入空気量を正確に算出することができず、充填効率の実値と算出値とが乖離してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、吸気脈動を考慮した吸入空気量を適切に算出することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの観点では、気筒と、前記気筒に設けられた吸気弁とを有し、間欠吸気を行うエンジンと、前記吸気弁が開弁状態となるタイミングでの吸入空気量と、前記吸気弁が閉弁状態となるタイミングでの吸入空気量とを検出する吸入空気量検出手段と、前記吸気弁が開弁状態となるタイミングでの吸入空気量と、前記吸気弁が閉弁状態となるタイミングでの吸入空気量との差分を算出する差分算出手段と、前記吸気弁が開弁してから閉弁するまでの時間幅を算出する時間幅算出手段と、前記差分及び前記時間幅に基づき、吸気通路の脈動波形を算出する脈動波形算出手段と、前記脈動波形に基づき、前記気筒の燃焼室に吸入されると推定される吸入空気量を算出する吸入空気量推定手段と、を備える。
【０００７】
上記の内燃機関の制御装置は、車両に搭載され、エンジンと、吸入空気量検出手段と、差分算出手段と、時間幅算出手段と、脈動波形算出手段と、吸入空気量推定手段とを備える。エンジンは、気筒を有し、間欠吸気を行う。吸入空気量検出手段は、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、エアフロメータなどにより、吸気弁が開弁（全開）状態となるタイミングでの吸入空気量と、前記吸気弁が閉弁（全閉）状態となるタイミングでの吸入空気量とを検出する。差分算出手段は、例えばＥＣＵであり、吸気弁が開弁状態となるタイミングでの吸入空気量と、吸気弁が閉弁状態となるタイミングでの吸入空気量との差分を算出する。時間幅算出手段は、例えばＥＣＵであり、吸気弁が開弁してから閉弁するまでの時間幅を算出する。脈動波形算出手段は、吸入空気量の差分と、吸気弁が閉弁するまでの時間幅とに基づき、吸気通路の脈動波形を算出する。吸入空気量推定手段は、例えばＥＣＵであり、算出した脈動波形に基づき、気筒の燃焼室に吸入されると推定される吸入空気量を算出する。
【０００８】
一般に、吸気脈動が生じると、吸気通路内で検出した吸入空気量が逆流の影響により誤差が生じる。これを勘案し、上記の内燃機関の制御装置は、開弁状態となるタイミングでの吸入空気量と、吸気弁が閉弁状態となるタイミングでの吸入空気量との差分を用いることで、逆流の影響を好適に除外し、かつ、吸気弁が開弁してから閉弁するまでの時間幅を用いて、脈動波形を的確に求め、吸入空気量の推定値を高精度に算出することが可能となる。
【０００９】
上記の内燃機関の制御装置の一態様では、前記気筒は複数存在し、前記脈動波形算出手段は、前記気筒の各々の前記時間幅と、前記気筒の各々の吸気弁が開弁状態となるタイミングと、前記気筒の各々の吸気弁が閉弁状態となるタイミングとに基づき前記脈動波形を算出する。一般に、各気筒の吸気弁が開弁状態の場合には脈動波形は極大となり各気筒の吸気弁が閉弁状態の場合には脈動波形は極小となる。従って、この態様により、内燃機関の制御装置は、好適に、脈動波形を算出することができる。
【００１０】
上記の内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記脈動波形は、吸入空気量の時間関数であり、前記吸入空気量推定手段は、前記脈動波形が示す吸入空気量を、前記吸気弁が開弁している期間で積分することで、前記吸入空気量を算出する。これにより、内燃機関の制御装置は、好適に、気筒内に流入した吸入空気量の推定値を算出し、充填効率を算出することが可能となる。
【００１１】
上記の内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記エンジンは、３６０度位相がずれた２気筒エンジンである。この態様により、内燃機関の制御装置は、好適に、本発明を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】内燃機関の概略構成の一例を示す。
【図２】実施形態に係るタイムチャートの一例を示す。
【図３】実施形態における処理手順を示すフローチャートの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１４】
［内燃機関の概略構成］
図１は、本発明に係る内燃機関の制御装置が適用された内燃機関（エンジン）の概略構成図を示す。図中の実線矢印はガスの流れの一例を示している。
【００１５】
内燃機関１００は、主に、吸気通路１と、スロットルバルブ２と、エアフロメータ３と、排気通路４と、第１気筒１０と、第２気筒２０とを備える。
【００１６】
吸気通路１には外部から導入された吸気（空気）が通過し、スロットルバルブ２は吸気通路１を通過する吸気の流量を調整する。スロットルバルブ２は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号によって開度が制御される。また、吸気通路１には、第１気筒１０及び第２気筒２０に供給される吸入空気量を検出するエアフロメータ３が設けられている。エアフロメータ３は、検出した吸入空気量（以後、「検出吸入空気量Ｑ」とも呼ぶ。）に相当する検出信号Ｓ３を、ＥＣＵ５０へ送信する。
【００１７】
吸気通路１を通過した吸気は、第１気筒１０の燃焼室１７及び第２気筒２０の燃焼室２７に供給される。また、燃焼室１７には、燃料噴射弁（インジェクタ）１５によって噴射された燃料が供給され、燃焼室２７には、燃料噴射弁２５によって噴射された燃料が供給される。燃料噴射弁１５、２５は、それぞれ、ＥＣＵ５０から送信される制御信号Ｓ１５、Ｓ２５に基づき、燃料噴射量が制御される。
【００１８】
更に、燃焼室１７には、吸気弁１１と排気弁１３とが設けられ、燃焼室２７には、吸気弁２１と排気弁２３とが設けられている。吸気弁１１は、開閉することによって、吸気通路１と燃焼室１７との連通及び遮断を制御し、吸気弁２１は、開閉することによって、吸気通路１と燃焼室２７との連通及び遮断を制御する。また、吸気弁１１には、吸気弁１１のバルブ開度を検出するバルブ開度センサ１２が設けられ、吸気弁２１には、吸気弁２１のバルブ開度を検出するバルブ開度センサ２２が設けられている。バルブ開度センサ１２、２２は、検出した吸気弁１１、２１のバルブ開度の検出信号Ｓ１２、Ｓ２２をＥＣＵ５０へ送信する。排気弁１３は、開閉することによって、燃焼室１７と排気通路４との連通及び遮断を制御し、排気弁２３は、開閉することによって、燃焼室２７と排気通路４との連通及び遮断を制御する。
【００１９】
燃焼室１７、２７では、吸気行程において上記のように供給された吸気と燃料との混合気が、圧縮行程を経た後、それぞれ点火プラグ１４、２４によって点火されることにより膨張行程で燃焼される。この場合、燃焼によってピストン１８、２８が往復運動し、当該往復運動がコンロッド１９、２９を介してクランク軸（不図示）に伝達され、クランク軸が回転する。燃焼室１７、２７での燃焼により発生した排気ガスは、排気行程において排気通路４へ排出される。ここで、第１気筒１０と第２気筒２０とは、３６０度位相がずれて動作し、互いの吸気行程がオーバーラップしない。従って、内燃機関１００では、間欠吸気を行うことに起因して、吸気脈動が生じる。
【００２０】
ＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを備え、内燃機関１００の各構成要素に対して種々の制御を行う。例えば、ＥＣＵ５０は、上記のようにして供給された検出信号に基づいて、燃料噴射弁１５、２５等に対する制御を行う。そして、ＥＣＵ５０は、本発明における吸入空気量検出手段、差分算出手段、時間幅算出手段、脈動波形算出手段、及び吸入空気量推定手段として機能する。
【００２１】
なお、図１の構成は、一例であり、本発明が適用可能な構成は、必ずしもこれに限定されない。例えば、内燃機関１００は、吸気ポートに燃料噴射弁１５、２５が設置されたポート噴射であったが、これに代えて、またはこれに加えて、燃焼室１７、２７に直接燃料を噴射する筒内噴射であってもよい。また、内燃機関１００は、点火プラグ１４、２４を備えない自己着火方式であってもよい。
【００２２】
［制御方法］
次に、ＥＣＵ５０が実行する制御について具体的に説明する。概略的には、ＥＣＵ５０は、吸気脈動が極大及び極小となるタイミングでの検出吸入空気量Ｑに基づき、吸気脈動の波形を推定し、当該吸気脈動波形に基づき燃焼室１７、２７内に流入した吸入空気量の推定値（「推定吸入空気量Ｑｅ」とも呼ぶ。）を算出する。これにより、ＥＣＵ５０は、空気の充填効率を精度よく推定し、空燃比の制御性を向上させる。
【００２３】
これについて、図２を参照して具体的に説明する。図２は、吸入空気量、第１気筒１０の行程、第２気筒２０の行程を示すタイムチャートの一例である。なお、各「Ｑ１」〜「Ｑ１０」は、各時刻「ｔ１」〜「ｔ１０」でエアフロメータ３により検出した検出吸入空気量を示し、グラフ「Ｂ１」は、推定される吸入空気量の波形（即ち、脈動波形）を示す。
【００２４】
まず、ＥＣＵ５０は、吸入空気量が極大及び極小となるタイミングで検出吸入空気量Ｑを計測する。具体的には、ＥＣＵ５０は、吸気弁１１、２１の開度が最大（全開）となる状態（「開弁状態」とも呼ぶ。）、及び当該開度が最小（全閉）となる状態（「閉弁状態」とも呼ぶ。）となるタイミングで、検出吸入空気量Ｑを計測する。図２では、ＥＣＵ５０は、吸気弁１１が開弁状態となる時刻ｔ２、ｔ６、ｔ１０でそれぞれ吸入空気量Ｑ２、Ｑ６、Ｑ１０を計測し、吸気弁２１が開弁状態となる時刻ｔ４、ｔ８でそれぞれ吸入空気量Ｑ４、Ｑ８を計測する。また、ＥＣＵ５０は、吸気弁１１、２１が共に閉弁状態となる時刻ｔ１、ｔ３、ｔ５、ｔ７、ｔ９でそれぞれ吸入空気量Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５、Ｑ７、Ｑ９を計測する。
【００２５】
次に、ＥＣＵ５０は、計測した検出吸入空気量Ｑから吸気脈動の波形を推定する。ここでは、ＥＣＵ５０は、正弦波（ＳＩＮ波）を吸気脈動の波形と推定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、吸気弁１１、２１の開弁状態での検出吸入空気量Ｑを「Ｑｃ」、吸気弁１１、２１の閉弁状態での検出吸入空気量Ｑを「Ｑｏ」とすると、これらの差分「ｄＱ」（＝Ｑｃ−Ｑｏ）を算出すると共に、吸気行程の時間幅に相当する吸気弁１１、２１が開弁してから閉弁するまでの時間幅「ｄＴ」を算出する。そして、ＥＣＵ５０は、差分ｄＱと時間幅ｄＴとを用いて、吸気脈動を考慮した吸入空気量の時間「ｔ」の関数（「吸入空気量時間関数Ｑｔｈ」とも呼ぶ。）を、以下の式（１）に示すように求める。
Ｑｔｈ＝ｄＱ・ｓｉｎ（２πｔ／４／ｄＴ） 式（１）
ここで、式（１）に示す吸入空気量時間関数Ｑｔｈは、極大値が「ｄＱ」となる周期「４・ｄＴ」の時間関数である。このように、吸気脈動を式（１）の吸入空気量時間関数Ｑｔｈにより表すことにより、吸気脈動に起因した吸気通路１内での逆流の影響を除外し、即ち逆流の影響を含めて積算してしまうことによる誤差を抑制し、より正確な吸入空気量を推定することが可能となる。
【００２６】
次に、図２に示す具体例を用いて、吸気脈動の波形の推定方法について説明する。図２の時刻ｔ２では、ＥＣＵ５０は、検出吸入空気量Ｑ１、Ｑ２に基づき差分ｄＱ（＝Ｑ２−Ｑ１）を定めると共に、吸気弁１１が開弁してから閉弁するまでの時間幅を時間幅ｄＴとする。そして、ＥＣＵ５０は、算出した差分ｄＱと時間幅ｄＴとに基づき、式（１）により脈動波形に相当する吸入空気量時間関数Ｑｔｈを求める。時刻ｔ４、時刻ｔ６、時刻ｔ８、時刻ｔ１０でも同様に、ＥＣＵ５０は、同時刻で取得した検出吸入空気量Ｑと、その直前に取得した検出吸入空気量Ｑとに基づき、差分ｄＱを算出すると共に、吸気弁１１が開弁してから閉弁するまでの時間幅を時間幅ｄＴに定める。そして、ＥＣＵ５０は、算出した差分ｄＱ及び時間幅ｄＴに基づき、式（１）により脈動波形に相当する吸入空気量時間関数Ｑｔｈを求める。
【００２７】
そして、ＥＣＵ５０は、式（１）を吸気弁１１、２１の各々の開弁期間で積分することにより、第１気筒１０及び第２気筒２０のそれぞれに流入した空気量の推定値である推定吸入空気量Ｑｅを算出し、当該推定吸入空気量Ｑｅに基づき第１気筒１０及び第２気筒２０の充填効率を求める。具体的には、ＥＣＵ５０は、吸気弁１１の開弁期間で式（１）を時間積分することで、第１気筒１０の燃焼室１７に流入した推定吸入空気量Ｑｅを算出する。そして、ＥＣＵ５０は、当該推定吸入空気量Ｑｅに基づき、予め作成された式又はマップを参照して、充填効率を算出する。同様に、ＥＣＵ５０は、吸気弁２１の開弁期間で式（１）を時間積分することで、第２気筒２０の燃焼室２７に流入した推定吸入空気量Ｑｅを算出する。そして、ＥＣＵ５０は、当該推定吸入空気量Ｑｅに基づき、予め作成された式又はマップを参照して、充填効率を算出する。
【００２８】
そして、ＥＣＵ５０は、吸気脈動を考慮して算出した上述の充填効率と、目標空燃比とに基づき、例えば予め作成された式又はマップを参照して、燃料噴射弁１５、２５の燃料噴射量を決定し、制御信号Ｓ１５、Ｓ２５により燃料噴射弁１５、２５の制御を行う。
【００２９】
このようにすることで、ＥＣＵ５０は、吸気脈動が生じる場合であっても、吸気脈動を考慮したより的確な充填効率を算出し、空燃比を目標空燃比に精度よく合わせることができる。従って、ＥＣＵ５０は、吸気脈動による空燃比の目標値と実値とのずれに起因した燃費悪化、エミッション悪化などを抑制することができる。
【００３０】
（処理フロー）
図３は、本実施形態における処理手順を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートは、ＥＣＵ５０により所定の周期に従い繰り返し実行される。
【００３１】
まず、ＥＣＵ５０は、第１気筒１０の吸気弁１１又は第２気筒２０の吸気弁２１が開弁状態又は閉弁状態であるか否か判定する（ステップＳ１０１）。具体的には、ＥＣＵ５０は、各吸気弁１１、２１が開弁状態か閉弁状態かをバルブ開度センサ１２、２２の検出信号Ｓ１２、Ｓ２２に基づき特定する。そして、ＥＣＵ５０は、吸気弁１１又は吸気弁２１が開弁状態又は閉弁状態ではないと判断した場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、フローチャートの処理を終了する。
【００３２】
次に、ＥＣＵ５０は、吸気弁１１又は吸気弁２１が、開弁状態又は閉弁状態であると判断した場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、検出吸入空気量Ｑを計測する（ステップＳ１０２）。具体的には、ＥＣＵ５０は、吸気弁１１又は吸気弁２２が開弁状態又は閉弁状態の場合に、エアフロメータ３から受信した検出信号Ｓ３に基づき、当該検出吸入空気量Ｑを特定する。
【００３３】
そして、ＥＣＵ５０は、吸気脈動波形に相当する吸入空気量時間関数Ｑｔｈを算出する（ステップＳ１０３）。具体的には、ＥＣＵ５０は、上述した差分ｄＱ及び時間幅ｄＴに基づき、式（１）を用いて、吸入空気量時間関数Ｑｔｈを算出する。
【００３４】
次に、ＥＣＵ５０は、吸入空気量時間関数Ｑｔｈを積分し、推定吸入空気量Ｑｅを算出し、さらに当該推定吸入空気量Ｑｅに基づき充填効率を算出する（ステップＳ１０４）。具体的には、ＥＣＵ５０は、吸入空気量時間関数Ｑｔｈを、吸気弁１１、２２が開弁している（即ち、閉弁状態ではない）期間で時間積分することにより、当該期間で燃焼室１７、２７に流入した推定吸入空気量Ｑｅを推定し、当該推定吸入空気量Ｑｅから充填効率を求める。
【００３５】
そして、ＥＣＵ５０は、算出した充填効率と、目標空燃比とに基づき、燃料噴射弁１５、２５で噴射すべき燃料噴射量を算出し、燃料噴射弁１５、２５の燃料噴射制御を行う（ステップＳ１０５）。
【００３６】
［変形例］
図１等の説明では、内燃機関１００は、３６０度位相の異なる２気筒を有していた。しかし、本発明が適用可能な構成は、これに限定されない。これに代えて、内燃機関１００は、２気筒以外の気筒数を有する構成、または／及び、各気筒が３６０度以外の所定度だけ異なる位相を有する構成であってもよい。この場合であっても、内燃機関１００は、各気筒の吸気行程がオーバーラップせず、間欠吸気を行う構成を有する。そして、ＥＣＵ５０は、各気筒の吸気弁が開弁状態又は閉弁状態となるタイミングでの検出吸入空気量Ｑに基づき、式（１）に相当する吸気脈動波形を推定し、当該吸気脈動波形を吸気弁の開弁期間で積分することで、推定吸入空気量Ｑｅを算出する。これによっても、ＥＣＵ５０は、吸気脈動を考慮して充填効率を高精度に算出することが可能となる。
【符号の説明】
【００３７】
１ 吸気通路
２ スロットルバルブ
３ エアフロメータ
４ 排気通路
１０ 第１気筒
１１、２１ 吸気弁
１２、２２ バルブ開度センサ
１３、２３ 排気弁
１７、２７ 燃焼室
２０ 第２気筒
５０ ＥＣＵ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒と、前記気筒に設けられた吸気弁とを有し、間欠吸気を行うエンジンと、
前記吸気弁が開弁状態となるタイミングでの吸入空気量と、前記吸気弁が閉弁状態となるタイミングでの吸入空気量とを検出する吸入空気量検出手段と、
前記吸気弁が開弁状態となるタイミングでの吸入空気量と、前記吸気弁が閉弁状態となるタイミングでの吸入空気量との差分を算出する差分算出手段と、
前記吸気弁が開弁してから閉弁するまでの時間幅を算出する時間幅算出手段と、
前記差分及び前記時間幅に基づき、吸気通路の脈動波形を算出する脈動波形算出手段と、
前記脈動波形に基づき、前記気筒の燃焼室に吸入されると推定される吸入空気量を算出する吸入空気量推定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記気筒は複数存在し、
前記脈動波形算出手段は、前記気筒の各々の前記時間幅と、前記気筒の各々の吸気弁が開弁状態となるタイミングと、前記気筒の各々の吸気弁が閉弁状態となるタイミングとに基づき前記脈動波形を算出する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記脈動波形は、吸入空気量の時間関数であり、
前記吸入空気量推定手段は、前記脈動波形が示す吸入空気量を、前記吸気弁が開弁している期間で積分することで、前記吸入空気量を算出する請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記エンジンは、３６０度位相がずれた２気筒エンジンであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
気筒と、前記気筒に設けられた吸気弁とを有し、間欠吸気を行うエンジンと、
前記吸気弁が開弁状態となるタイミングでの吸入空気量と、前記吸気弁が閉弁状態となるタイミングでの吸入空気量とを検出する吸入空気量検出手段と、
前記吸気弁が開弁状態となるタイミングでの吸入空気量と、前記吸気弁が閉弁状態となるタイミングでの吸入空気量との差分を算出する差分算出手段と、
前記吸気弁が開弁してから閉弁するまでの時間幅を算出する時間幅算出手段と、
前記差分及び前記時間幅に基づき、吸気通路の脈動波形を算出する脈動波形算出手段と、
前記脈動波形に基づき、前記気筒の燃焼室に吸入されると推定される吸入空気量を算出する吸入空気量推定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記気筒は複数存在し、
前記脈動波形算出手段は、前記気筒の各々の前記時間幅と、前記気筒の各々の吸気弁が開弁状態となるタイミングと、前記気筒の各々の吸気弁が閉弁状態となるタイミングとに基づき前記脈動波形を算出する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記脈動波形は、吸入空気量の時間関数であり、
前記吸入空気量推定手段は、前記脈動波形が示す吸入空気量を、前記吸気弁が開弁している期間で積分することで、前記吸入空気量を算出する請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記エンジンは、３６０度位相がずれた２気筒エンジンであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２２９６４４（Ｐ２０１２−２２９６４４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９７９２６（Ｐ２０１１−９７９２６）
【出願日】平成２３年４月２６日（２０１１．４．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２６日（２０１１．４．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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