内燃機関の燃料噴射制御装置
【課題】内燃機関の始動時の燃料噴射制御の精度を向上する。
【解決手段】各気筒の排気行程における所定のタイミングｔ１で、吸気圧検出値Ｐ１に基づいて、その直後に吸気行程が行われる気筒の該吸気行程終了時ｔ２における吸気圧Ｐ２を予測し、次いで、前記現在排気行程にある気筒の吸気行程終了時における吸気圧Ｐ３を予測した後、該吸気圧予測値に基づいて当該気筒の燃料噴射量を演算する。
【解決手段】各気筒の排気行程における所定のタイミングｔ１で、吸気圧検出値Ｐ１に基づいて、その直後に吸気行程が行われる気筒の該吸気行程終了時ｔ２における吸気圧Ｐ２を予測し、次いで、前記現在排気行程にある気筒の吸気行程終了時における吸気圧Ｐ３を予測した後、該吸気圧予測値に基づいて当該気筒の燃料噴射量を演算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、特に、始動時の燃料噴射量の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
始動時など過渡運転時には、エアフローメータではシリンダ吸入空気量を正しく検出できないため、特許文献１には、気筒毎の燃料噴射量演算時に吸気行程終了時（吸気弁閉時）の吸気圧を予測する際に、現在の機関回転速度から算出した時定数と、現在の吸気圧予測値から算出した体積効率を用いた技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２０１９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１では、例えば、４気筒機関で、排気行程で燃料噴射する際に、吸入空気量に見合った燃料噴射量とするためには、２気筒分が吸気行程を行うことによって変化する吸気圧を予測する必要があるが、燃料噴射量演算タイミングでの吸気圧に基づく体積効率を用いるため、十分な精度を得られなかった。
【０００４】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、各気筒の吸気行程終了時の吸気圧を高精度に予測し、該吸気圧予測値を用いて燃料噴射量を高精度に設定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、本発明は、
スロットル弁下流の吸気圧を検出する手段を備え、
各気筒の排気行程における所定のタイミングで、まず、前記手段による吸気圧検出値に基づいて、該所定のタイミング後、最初に吸気行程が行われる気筒の該吸気行程終了時における吸気圧を予測する。
【０００６】
次いで、引き続く各気筒の吸気行程終了時の吸気圧を、直前に予測された吸気圧予測値に基づき予測する。
そして、前記現在排気行程にある気筒の吸気行程終了時における吸気圧まで予測した後、該吸気圧予測値に基づいて当該気筒の燃料噴射量を演算する構成とした。
【発明の効果】
【０００７】
かかる構成とすれば、各気筒の吸気行程により変化する吸気行程終了時の吸気圧を、前回の吸気圧予測値を用いて予測しつつ、燃料噴射量を演算する気筒の吸気行程終了時の吸気圧を高精度に予測することができ、該吸気圧予測値を用いて燃料噴射量を高精度に演算することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明に係る燃料噴射制御装置を備えたエンジン（内燃機関）のシステム構成を示す。
直列４気筒のエンジン１の吸気通路２は、上流側から吸気を浄化するエアクリーナ３、吸気流量を質量流量で計測するエアフローメータ４、通路断面積を変化させて吸気流量を制御する電子制御式のスロットル弁５、コレクタ部６、各気筒の吸気ポート７、吸気バルブ１５を備え、吸気は、該吸気通路２を通って各気筒のシリンダに流入する。
【０００９】
前記各気筒の吸気ポート７には、燃料噴射弁８が設けられ、該燃料噴射弁８は、エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）２０からの制御信号によって駆動される。これにより、燃料噴射量が制御され、燃焼室内で吸入空気との混合気が、点火栓９により点火され燃焼する。
【００１０】
前記エアフローメータ４の他、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ１０、スロットル弁５の開度を検出するスロットルセンサ１１、エンジン水温を検出する水温センサ１２、コレクタ部６内の吸気圧Ｐを検出する吸気圧センサ１３、コレクタ部６内の吸気温度Ｔを検出する吸気温センサ１４等を設け、これらのセンサ類で検出された信号を、前記ＥＣＵ２０に入力する。
【００１１】
そして、前記ＥＣＵ２０は、始動後の通常運転時は、前記エアフローメータ４で検出した吸入空気量と、前記回転速度センサ１０で検出したエンジン回転速度とに基づいて、シリンダ吸入空気量（充填効率）を算出して、該充填効率に応じた燃料噴射量を算出し、前記燃料噴射弁８を駆動して燃料噴射制御している。
【００１２】
一方、始動時は、コレクタ部６内の空気が吸入されて吸気負圧が増大してから上流のエアフローメータ４で吸入空気量が検出されることになり、エアフローメータ４では検出遅れによってシリンダ吸入空気量を正しく検出できない。
【００１３】
そこで、始動時は、コレクタ部６内の圧力に基づいてシリンダ吸入空気量を推定し、この推定値に基づいて燃料噴射量を算出することで精度を確保する。
しかし、吸気ポートへの燃料噴射は、燃料の気化等を考慮して排気行程で開始するため、燃料噴射直前での燃料噴射量の演算タイミングとシリンダ吸入空気量が決定する吸気行程終了時（吸気弁閉時期）との間に吸気圧が大きく変化する。したがって、前記吸気圧センサ１３で検出した吸気圧をそのまま用いてシリンダ吸入空気量を推定するのでは、吸気圧誤差による吸入空気量の推定誤差が大きい。
【００１４】
また、前記特許文献１のようにエンジン回転速度から算出した時定数を用いて吸気圧変化に応じたシリンダ吸入空気量を予測する方式としても、燃料噴射量を演算する当該気筒（自気筒）の該演算タイミングから吸気行程終了時期までの間に、４気筒機関でも他の１気筒と自気筒とで２回の吸気行程が行われるので、この間の吸気圧力変化に対して精度よくシリンダ吸入空気量を推定できない。
【００１５】
そこで、本実施形態では、燃料噴射量の演算タイミングから吸気行程終了までの間で、他の気筒による吸気行程終了時の吸気圧（第２の吸気圧）を、吸気圧検出値（第１の吸気圧）を用いて推定し、続く自気筒の吸気行程終了時の吸気圧（第３の吸気圧）を、前記第２の吸気圧推定値を用いて推定する構成とする。
【００１６】
図２は、排気行程開始時期に燃料噴射量を演算する場合の各気筒の吸気行程と、吸気圧力変化を示し、図３は、吸気行程終了毎の吸気圧推定と、吸気圧推定値に基づく燃料噴射量演算のメインフローを示す。
【００１７】
図３において、ステップＳ１では、燃料噴射量の演算タイミングｔ１であるかを判定し、演算タイミングになったときに、ステップＳ２へ進む。
ステップＳ２では、現時点ｔ１（当該気筒の排気行程開始時期＝別気筒の吸気行程開始時期）での吸気圧検出値Ｐ１を用いて、現時点ｔ１から初めに他の気筒の吸気行程が終了した時点ｔ２での第２の吸気圧Ｐ２を推定する。
【００１８】
ステップＳ３では、前記推定した第２の吸気圧Ｐ２を用いて、燃料噴射量を演算している当該気筒の吸気行程が終了した時点ｔ３での第３の吸気圧Ｐ３を推定する。
ステップＳ４では、前記推定した第３の吸気圧Ｐ３を用いて、当該気筒のシリンダ吸入空気量を算出し、該シリンダ吸入空気量に応じた燃料噴射量を算出する。
【００１９】
次に、前記ステップＳ２での第２の吸気圧Ｐ２の具体的な推定について説明する。
現時点（演算タイミング）ｔ１でのコレクタ容積Ｖcol（固定値）内の吸気の質量をＭ１、吸気圧検出値をＰ１、コレクタ内吸気温度をＴcol、吸気のガス定数をＲ（固定値）とすると、状態方程式が、次式のように成立する。
【００２０】
Ｐ１・Ｖcol＝Ｍ１・Ｒ・Ｔcol・・・(1)
次に、現時点ｔ１から吸気行程が開始される気筒の吸気行程終了時ｔ２の状態方程式が、以下のように成立する。
【００２１】
ｔ１からｔ２までの間に、スロットル弁５からコレクタ部６内に流入した吸気量は、単位時間当たりの質量流量ｄｍ１と、現時点ｔ１でのエンジン回転速度Ｎ１から算出したｔ１からｔ２までの時間τとの積ｄｍ１・τとして求められる。
【００２２】
一方、吸気行程終了時の有効シリンダ容積は、シリンダ容積Ｖcyl（固定値）と、吸気圧Ｐ１、エンジン回転速度Ｎ１、吸気弁のバルブタイミングに基づいて算出した体積効率η１との積Ｖcyl・η１として算出される。
【００２３】
そして、前記現時点ｔ１でのコレクタ部６内の質量吸気量Ｍ１に、吸気行程中にコレクタ部６内に流入した質量吸気量ｄｍ１・τを加算した全質量吸気量が、コレクタ部６と有効シリンダ容積とを加算した吸気系容積に均一に拡散したときの吸気圧を、前記吸気行程終了時の第２の吸気圧Ｐ２として推定できる。
【００２４】
ここで、有効シリンダ容積は、シリンダ行程容積Ｖcylと体積効率η１との積として求められるが、シリンダ内吸気温度Ｔcylがコレクタ部内温度Ｔcolに対して上昇するので、コレクタ部内温度Ｔcolに維持されたときの容積に換算するため、Ｔcol／Ｔcylを乗じて補正する。
【００２５】
したがって、時点ｔ２での吸気系の状態方程式が、次式(2)のように成立する。
Ｐ２・（Ｖcol＋Ｖcyl・η１・Ｔcol／Ｔcyl）
＝（Ｍ１＋ｄｍ１・τ）・Ｒ・Ｔcol・・・(2)
(1)式と(2)式の比をとって
Ｐ２・（Ｖcol＋Ｖcyl・η１・Ｔcol／Ｔcyl）／（Ｐ１・Ｖcol）＝（Ｍ１＋ｄｍ１・τ）／Ｍ１・・・(3)
→
Ｐ２＝Ｐ１・[（Ｍ１＋ｄｍ１・τ）／Ｍ１]
・[Ｖcol／（Ｖcol＋Ｖcyl・η１・Ｔcol／Ｔcyl）]・・・(4)
ここで、コレクタ部６内の質量吸気量Ｍ１は、(1)式を変形した次式(5)により、検出値Ｐ１とＴcolを用いて算出できる。
【００２６】
Ｍ１＝Ｐ１・Ｖcol／（Ｒ・Ｔcol）・・・(5)
また、前記質量流量ｄｍ１は、次式(6)で算出される。
【００２７】
【数３】
【００２８】
ただし、Ａは、スロットル弁の開口面積で、スロットル弁開度をマップで変換して求める。また、Ｐ０は、大気圧で簡易的には固定値（７６０ｍｍＨｇ）を用いればよいが、エンジン停止時やスロットル全開運転時に吸気圧センサ１２で検出した吸気圧を用いると、精度を高めることができる。κは、吸気の比熱比（略空気の比熱比＝１．４１）である。
【００２９】
また、時間τ[秒]は、現時点ｔ１のエンジン回転速度Ｎｅ１[ｒｐｍ]に基づいて算出できる。具体的には、４気筒機関ではｔ１からｔ２までのクランク角が１８０度＝１／２回転なので、次式(7)により算出される。
【００３０】
τ＝６０／（２・Ｎｅ１）＝３０／Ｎｅ１・・・(7)
したがって、前記(4)式に、これら算出値Ｍ１、ｄｍ１、τを代入することにより、第２の吸気圧Ｐ２を推定できる。
【００３１】
図４は、上記ステップＳ２で第２の吸気圧Ｐ２を推定するサブフローを示す。
ステップＳ１１では、(5)式に基づき現時点でのコレクタ部６内の質量吸気量Ｍ１を算出する。
【００３２】
ステップＳ１２では、吸気圧Ｐ１、エンジン回転速度Ｎ１、吸気弁のバルブタイミング、冷却水温Ｔｗに基づいて体積効率η１を算出し、直前の気筒の吸気行程終了時点ｔ２での有効シリンダ容積Ｖcyl２（＝Ｖcyl・η１・Ｔcol／Ｔcyl）を算出する。
【００３３】
ここで、シリンダ内の吸気温度Ｔcylは、コレクタ部６の吸気温度Ｔcolを、始動時からの経過時間、冷却水温Ｔｗ、吸気圧Ｐ１で補正することにより、精度良く推定した値を用いる。
【００３４】
ステップＳ１３では、ｔ１からｔ２までの間に、スロットル弁５からコレクタ部６内に流入した吸気量は、単位時間当たりの質量流量ｄｍ１を、（6）式により算出する。
ステップＳ１４では、ｔ１からｔ２まで時間τを、現時点ｔ１のエンジン回転速度Ｎｅ１[ｒｐｍ]に基づいて、(7)式により算出する。
【００３５】
ステップＳ１５では、上記のように算出した各値Ｍ１、ｄｍ１、Ｖ２、Ｐ１、τを用いて、(4)式により第２の吸気圧Ｐ２を算出する。
次に、前記ステップＳ３での第３の吸気圧Ｐ３の具体的な推定について説明する。
【００３６】
時点ｔ１において、第１の吸気圧Ｐ１（検出値）を用いて第２の吸気圧Ｐ２を推定したのと同様に、推定したｔ２における第２の吸気圧Ｐ２を用いて、ｔ３における第３の吸気Ｐ３を推定できる。
【００３７】
すなわち、(4)式同様に、次式（8）が成立する。
Ｐ３＝Ｐ２・[（Ｍ２＋ｄｍ２・τ）／Ｍ２]・
[Ｖcol／（Ｖcol＋Ｖcyl・η２・Ｔcol／Ｔcyl）]・・・(8)
ここで、時点ｔ２でのコレクタ部６内の質量吸気量Ｍ２は、第２の吸気圧Ｐ２を用いたコレクタ部６内の状態方程式を変形した次式(9)により算出できる。
【００３８】
Ｍ２＝Ｐ２・Ｖcol／（Ｒ・Ｔcol）・・・(9)
また、(8)式において、ｄｍ２は、(6)式において、Ｐ１に代えてＰ２を用いた次式（10）により算出できる。
【００３９】
【数４】
【００４０】
また、体積効率η２は、時点ｔ２での吸気圧Ｐ２を用ると共に、時点ｔ１でのエンジン回転速度Ｎ１、冷却水温Ｔｗ、吸気弁のバルブタイミングに基づいて、精度よく算出できる。
【００４１】
以上算出した各値を用いて、（8)式により、第３の吸気圧Ｐ３を推定できる。
図５は、上記ステップＳ３で第３の吸気圧Ｐ３を推定するサブフローを示す。
ステップＳ２１では、第２の吸気圧Ｐ２を用い、（9）式に基づいて、時点ｔ２でのコレクタ部６内の質量吸気量Ｍ２を算出する。
【００４２】
ステップＳ２２で、吸気圧Ｐ２、エンジン回転速度Ｎ１、吸気弁のバルブタイミング、冷却水温Ｔｗに基づいて体積効率η２を算出し、吸気行程終了時点ｔ３直前でのスロットル弁５下流の吸気系容積Ｖ３（＝Ｖcol＋Ｖcyl・η２Ｔcol／Ｔcyl）を算出する。
【００４３】
ステップＳ２３では、ｔ１からｔ２までの間に、スロットル弁５からコレクタ部６内に流入した単位時間当たりの質量流量ｄｍ２を、（10）式により算出する。
ステップＳ２４では、上記のように算出した各値Ｍ２、ｄｍ２、Ｖ３、Ｐ２、τを用いて、(8)式により第３の吸気圧Ｐ３を算出する。
【００４４】
そして、ステップＳ２４において、第３の吸気圧Ｐ３を用いたシリンダ吸入空気量ｍcylを、次式（12）により算出する。
ｍcyl＝Ｐ３・Ｖcyl・η２／（Ｒ・Ｔ）・・・(11)
燃料噴射量ｆcylは、燃空比Ｆ／Ａを用いて、次式(12)により算出できる。
【００４５】
ｆcyl＝ｍcyl・Ｆ／Ａ・・・(12)
このようにすれば、排気行程開始時に燃料噴射量を演算する気筒の吸気行程終了時の吸気圧を高精度に予測することができ、該吸気圧予測値を用いて燃料噴射量を高精度に演算することができる。
【００４６】
次に、燃料噴射量の演算タイミングが排気行程の途中である場合の実施形態について説明する。燃料噴射の終了時期を固定した場合、燃料噴射量が減少すると燃料噴射開始時期は、排気行程の上死点から遅角側に設定される。
【００４７】
図６は、排気行程の途中で燃料噴射量を演算する場合の各気筒の吸気行程と、吸気圧力変化を示す。
この場合は、演算タイミングｔ１’で第２の吸気圧Ｐ２を推定する際に、自気筒の排気上死点からｔ１’までの間に、他の気筒での吸気行程が開始されているので、ｔ１’でのスロットル弁下流の吸気系容積が以下のように算出される。
【００４８】
前記排気上死点からｔ１までの間の吸気行程気筒における有効シリンダ容積を、シリンダ膨張容積Ｖcyl１に、吸気圧Ｐ１、エンジン回転速度Ｎ１、吸気弁のバルブタイミングに基づいて算出した体積効率η１と、Ｔcol／Ｔcylとを乗じてＶcyl１・η１・Ｔcol／Ｔcylとして算出する。なお、シリンダ膨張容積Ｖcyl１は、演算タイミングｔ１’におけるピストン位置によって定まり、燃料噴射量に応じてｔ１’が可変に設定される場合は、ｔ１’に応じたデータを記憶したマップからの検索などによって求めることができる。
【００４９】
したがって、時点ｔ１’でのスロットル弁下流の吸気系容積は、Ｖcol＋Ｖcyl１・η１・Ｔcol／Ｔcylとなり、該吸気系容積内の質量吸気量をＭ１’とすると、次式(13)が成立する。
【００５０】
Ｐ１・（Ｖcol＋Ｖcyl１・η１・Ｔcol／Ｔcyl）＝Ｍ１’・Ｒ・Ｔcol・・・(13)
次に、時点ｔ１’〜ｔ２までの時間τ’に吸気系内に流入した質量吸気量ｄｍ１・τ’を加算した全質量吸気量が、時点ｔ２で全吸気系容積に均一に拡散したときの吸気圧を、前記吸気行程終了時の第２の吸気圧Ｐ２として推定できる。
【００５１】
ここで、演算タイミングｔ１’が、排気行程開始時期（排気上死点）から所定量θ遅角した時期に設定される場合、ｔ１’からｔ２までの時間τ’[秒]は、次式(14)で算出できる。
【００５２】
τ’＝τ・（１８０−θ）／１８０
［＝（３０／Ｎｅ１）・（１８０−θ）／１８０］・・・(14)
したがって、時点ｔ２での、吸気系の状態方程式が、次式のように成立する。
【００５３】
Ｐ２・（Ｖcol＋Ｖcyl・η１・Ｔcol／Ｔcyl）
＝[Ｍ１’＋ｄｍ１・τ・（１８０−θ）／１８０]・Ｒ・Ｔcol・・・(15)
(14)式と(15)式より求めた次式（16）により、第２の吸気圧Ｐ２を算出することができる。
【００５４】
Ｐ２＝Ｐ１・[（Ｍ１’＋ｄｍ１・τ・（１８０−θ）／１８０）／Ｍ１’]
・[（Ｖcol＋Ｖcyl１・η１・Ｔcol／Ｔcyl）
／（Ｖcol＋Ｖcyl・η１・Ｔcol／Ｔcyl）]・・・(16)
なお、吸気系容積内の質量吸気量Ｍ１’は、(13)式を変形した次式(17)により、算出される。
【００５５】
Ｍ１’＝Ｐ１・（Ｖcol＋Ｖcyl１・η１・Ｔcol／Ｔcyl）／（Ｒ・Ｔcol）・・・(17)
図７は、第２の吸気圧Ｐ２を算出するフローを示す。
ステップＳ３１では、吸気圧Ｐ１、エンジン回転速度Ｎ１、吸気弁のバルブタイミング、冷却水温Ｔｗに基づいて体積効率η１を算出する。
【００５６】
ステップＳ３２では、自気筒の排気上死点からｔ１’までの吸気行程開始気筒におけるシリンダ膨張容積Ｖcyl１を算出する。
ステップＳ３３では、時点ｔ１’における有効シリンダ容積Ｖ１を、次式(18)により算出する。
【００５７】
Ｖ１＝Ｖcol＋Ｖcyl・η１・Ｔcol／Ｔcyl・・・(18)
ステップＳ３４では、時点ｔ１における吸気系容積Ｖ１内の質量吸気量Ｍ１’を、前記(17)式により算出する。
【００５８】
ステップＳ３５では、ｔ１’からｔ２までの間に、スロットル弁５からコレクタ部６内に流入した単位時間当たりの質量流量ｄｍ１を、前記（6）式により算出する。
ステップＳ３６では、ｔ１からｔ２まで時間τ’を、前記(14)式により算出する。
【００５９】
ステップＳ３７では、吸気圧Ｐ１、エンジン回転速度Ｎ１、吸気弁のバルブタイミング、冷却水温Ｔｗに基づいて体積効率η１を算出して、直前の気筒の吸気行程終了時点ｔ２でのスロットル弁５下流の吸気系容積Ｖ２を、次式(19)により算出する。
【００６０】
Ｖ２＝Ｖcol＋Ｖcyl・η１・Ｔcol／Ｔcyl・・・(19)
ステップＳ３８では、上記のように検出および算出した各値Ｐ１、Ｍ１’、ｄｍ１、Ｖ１、Ｖ２、τを用いて、(16)式により第２の吸気圧Ｐ２を算出する。
【００６１】
第３の吸気圧Ｐ３は、図５同様のフローにしたがい、前記(9)式での算出値Ｍ２を用いて(8)式と同一の次式（20）式で算出できる。
Ｐ３＝Ｐ２・[（Ｍ２＋ｄｍ２・τ）／Ｍ２]・[Ｖcol／（Ｖcol＋Ｖcyl・η２）]・・・(20)
このようにすれば、各気筒の排気行程の途中で燃料噴射量を演算する場合でも、吸気行程終了時の吸気圧を高精度に予測しつつ、該吸気圧予測値を用いて燃料噴射量を高精度に演算することができる。
【００６２】
図８は、６気筒エンジンに適用した実施形態の各気筒の吸気行程と、吸気圧力変化を示す。
本実施形態では、排気行程上死点での燃料噴射量演算タイミングｔ１から、自気筒の吸気行程終了までの間に、自気筒を含めて計３回の吸気行程が行われる。
【００６３】
６気筒エンジンでは、気筒間の行程位相差がクランク角１２０°であり、演算タイミングｔ１から１２０°の時点ｔ２で他の第１気筒の吸気行程が終了し、ｔ２から１２０°の時点ｔ３で他の第２気筒の吸気行程が終了し、ｔ３から１２０°の時点ｔ３で自気筒の吸気行程が終了する。
【００６４】
そこで、図９のメインフローに示すように、初めにｔ１での吸気圧検出値Ｐ１を用いてｔ２での第２の吸気圧Ｐ２を推定した後、該第２の吸気圧Ｐ２を用いて、ｔ３での第３の吸気圧Ｐ３を推定し、該第３の吸気圧Ｐ３を用いて、自気筒の吸気行程終了時ｔ４における第４の吸気圧Ｐ４を推定し、この第４の吸気圧Ｐ４を用いて、燃料噴射量を演算する。
【００６５】
なお、１２０°の間に２つの気筒の吸気行程が６０°オーバーラップするが、２気筒のシリンダ吸気量を合わせると１気筒の吸気行程分のシリンダ吸気量となるので、各時点での吸気圧の推定は、４気筒の場合と同様に行うことができる。
【００６６】
第２及び第３の吸気圧Ｐ２、Ｐ３の推定のフローは、図４，５と同様であり、第４の吸気圧Ｐ４の推定は、図１０に示すとおりである。
また、６気筒エンジンで自気筒の排気行程途中に燃料噴射量演算タイミングｔ１’がある場合は、第２の吸気圧Ｐ２を推定する際に、自気筒の排気上死点が、吸気行程途中にある他気筒の吸気行程開始から６０°になっているので、そこからｔ１’までの該他気筒におけるシリンダ膨張容積を算出すれば、第２の実施形態と同様に実施できる。
【００６７】
図示しないが、８気筒エンジンに適用した場合は、排気行程での燃料噴射量演算タイミングから、自気筒の吸気行程終了までの間に、自気筒を含めて計４回の吸気行程が行われる。したがって、上記度同様に、第４の吸気圧Ｐ４までを推定した後、さらに、第４の吸気圧Ｐ４を用いて、自気筒の吸気行程終了時における第５の吸気圧Ｐ５を推定し、この第５の吸気圧Ｐ５を用いて、燃料噴射量を演算する。
【００６８】
このように、気筒数が増えても、同様に始動時に各気筒の吸気行程終了時の吸気圧を高精度に予測しつつ、該吸気圧予測値を用いて燃料噴射量を高精度に演算することができる。
【００６９】
また、以上の実施形態では、吸気ポートに燃料噴射する機関について示したが、燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁を備えた機関でも、始動時の均質燃焼時に吸気行程終了近傍で燃料噴射し、その燃料噴射量をその前の排気行程で演算するような場合は、同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料噴射制御装置のシステム構成を示す平面図。
【図２】第１実施形態における各気筒の吸気行程と、吸気圧力変化を示すタイムチャート。
【図３】第１実施形態における燃料噴射制御のメインフローを示すフローチャート。
【図４】第１実施形態における第２の吸気圧を予測するサブフローを示すフローチャート。
【図５】第１実施形態における第３の吸気圧を予測するサブフローを示すフローチャート。
【図６】第２実施形態における各気筒の吸気行程と、吸気圧力変化を示すタイムチャート。
【図７】第２実施形態における第２の吸気圧を予測するサブフローを示すフローチャート。
【図８】第３実施形態における各気筒の吸気行程と、吸気圧力変化を示すタイムチャート。
【図９】第３実施形態における燃料噴射制御のメインフローを示すフローチャート。
【図１０】第３実施形態における第４の吸気圧を予測するサブフローを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７１】
１ エンジン、
２ 吸気通路
４ エアフローメータ
５ スロットル弁
６ コレクタ部
８ 燃料噴射弁
１０ 回転速度センサ
１２ 水温センサ
１３ 吸気圧センサ
１４ 吸気温センサ
２０ エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、特に、始動時の燃料噴射量の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
始動時など過渡運転時には、エアフローメータではシリンダ吸入空気量を正しく検出できないため、特許文献１には、気筒毎の燃料噴射量演算時に吸気行程終了時（吸気弁閉時）の吸気圧を予測する際に、現在の機関回転速度から算出した時定数と、現在の吸気圧予測値から算出した体積効率を用いた技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２０１９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１では、例えば、４気筒機関で、排気行程で燃料噴射する際に、吸入空気量に見合った燃料噴射量とするためには、２気筒分が吸気行程を行うことによって変化する吸気圧を予測する必要があるが、燃料噴射量演算タイミングでの吸気圧に基づく体積効率を用いるため、十分な精度を得られなかった。
【０００４】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、各気筒の吸気行程終了時の吸気圧を高精度に予測し、該吸気圧予測値を用いて燃料噴射量を高精度に設定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、本発明は、
スロットル弁下流の吸気圧を検出する手段を備え、
各気筒の排気行程における所定のタイミングで、まず、前記手段による吸気圧検出値に基づいて、該所定のタイミング後、最初に吸気行程が行われる気筒の該吸気行程終了時における吸気圧を予測する。
【０００６】
次いで、引き続く各気筒の吸気行程終了時の吸気圧を、直前に予測された吸気圧予測値に基づき予測する。
そして、前記現在排気行程にある気筒の吸気行程終了時における吸気圧まで予測した後、該吸気圧予測値に基づいて当該気筒の燃料噴射量を演算する構成とした。
【発明の効果】
【０００７】
かかる構成とすれば、各気筒の吸気行程により変化する吸気行程終了時の吸気圧を、前回の吸気圧予測値を用いて予測しつつ、燃料噴射量を演算する気筒の吸気行程終了時の吸気圧を高精度に予測することができ、該吸気圧予測値を用いて燃料噴射量を高精度に演算することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明に係る燃料噴射制御装置を備えたエンジン（内燃機関）のシステム構成を示す。
直列４気筒のエンジン１の吸気通路２は、上流側から吸気を浄化するエアクリーナ３、吸気流量を質量流量で計測するエアフローメータ４、通路断面積を変化させて吸気流量を制御する電子制御式のスロットル弁５、コレクタ部６、各気筒の吸気ポート７、吸気バルブ１５を備え、吸気は、該吸気通路２を通って各気筒のシリンダに流入する。
【０００９】
前記各気筒の吸気ポート７には、燃料噴射弁８が設けられ、該燃料噴射弁８は、エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）２０からの制御信号によって駆動される。これにより、燃料噴射量が制御され、燃焼室内で吸入空気との混合気が、点火栓９により点火され燃焼する。
【００１０】
前記エアフローメータ４の他、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ１０、スロットル弁５の開度を検出するスロットルセンサ１１、エンジン水温を検出する水温センサ１２、コレクタ部６内の吸気圧Ｐを検出する吸気圧センサ１３、コレクタ部６内の吸気温度Ｔを検出する吸気温センサ１４等を設け、これらのセンサ類で検出された信号を、前記ＥＣＵ２０に入力する。
【００１１】
そして、前記ＥＣＵ２０は、始動後の通常運転時は、前記エアフローメータ４で検出した吸入空気量と、前記回転速度センサ１０で検出したエンジン回転速度とに基づいて、シリンダ吸入空気量（充填効率）を算出して、該充填効率に応じた燃料噴射量を算出し、前記燃料噴射弁８を駆動して燃料噴射制御している。
【００１２】
一方、始動時は、コレクタ部６内の空気が吸入されて吸気負圧が増大してから上流のエアフローメータ４で吸入空気量が検出されることになり、エアフローメータ４では検出遅れによってシリンダ吸入空気量を正しく検出できない。
【００１３】
そこで、始動時は、コレクタ部６内の圧力に基づいてシリンダ吸入空気量を推定し、この推定値に基づいて燃料噴射量を算出することで精度を確保する。
しかし、吸気ポートへの燃料噴射は、燃料の気化等を考慮して排気行程で開始するため、燃料噴射直前での燃料噴射量の演算タイミングとシリンダ吸入空気量が決定する吸気行程終了時（吸気弁閉時期）との間に吸気圧が大きく変化する。したがって、前記吸気圧センサ１３で検出した吸気圧をそのまま用いてシリンダ吸入空気量を推定するのでは、吸気圧誤差による吸入空気量の推定誤差が大きい。
【００１４】
また、前記特許文献１のようにエンジン回転速度から算出した時定数を用いて吸気圧変化に応じたシリンダ吸入空気量を予測する方式としても、燃料噴射量を演算する当該気筒（自気筒）の該演算タイミングから吸気行程終了時期までの間に、４気筒機関でも他の１気筒と自気筒とで２回の吸気行程が行われるので、この間の吸気圧力変化に対して精度よくシリンダ吸入空気量を推定できない。
【００１５】
そこで、本実施形態では、燃料噴射量の演算タイミングから吸気行程終了までの間で、他の気筒による吸気行程終了時の吸気圧（第２の吸気圧）を、吸気圧検出値（第１の吸気圧）を用いて推定し、続く自気筒の吸気行程終了時の吸気圧（第３の吸気圧）を、前記第２の吸気圧推定値を用いて推定する構成とする。
【００１６】
図２は、排気行程開始時期に燃料噴射量を演算する場合の各気筒の吸気行程と、吸気圧力変化を示し、図３は、吸気行程終了毎の吸気圧推定と、吸気圧推定値に基づく燃料噴射量演算のメインフローを示す。
【００１７】
図３において、ステップＳ１では、燃料噴射量の演算タイミングｔ１であるかを判定し、演算タイミングになったときに、ステップＳ２へ進む。
ステップＳ２では、現時点ｔ１（当該気筒の排気行程開始時期＝別気筒の吸気行程開始時期）での吸気圧検出値Ｐ１を用いて、現時点ｔ１から初めに他の気筒の吸気行程が終了した時点ｔ２での第２の吸気圧Ｐ２を推定する。
【００１８】
ステップＳ３では、前記推定した第２の吸気圧Ｐ２を用いて、燃料噴射量を演算している当該気筒の吸気行程が終了した時点ｔ３での第３の吸気圧Ｐ３を推定する。
ステップＳ４では、前記推定した第３の吸気圧Ｐ３を用いて、当該気筒のシリンダ吸入空気量を算出し、該シリンダ吸入空気量に応じた燃料噴射量を算出する。
【００１９】
次に、前記ステップＳ２での第２の吸気圧Ｐ２の具体的な推定について説明する。
現時点（演算タイミング）ｔ１でのコレクタ容積Ｖcol（固定値）内の吸気の質量をＭ１、吸気圧検出値をＰ１、コレクタ内吸気温度をＴcol、吸気のガス定数をＲ（固定値）とすると、状態方程式が、次式のように成立する。
【００２０】
Ｐ１・Ｖcol＝Ｍ１・Ｒ・Ｔcol・・・(1)
次に、現時点ｔ１から吸気行程が開始される気筒の吸気行程終了時ｔ２の状態方程式が、以下のように成立する。
【００２１】
ｔ１からｔ２までの間に、スロットル弁５からコレクタ部６内に流入した吸気量は、単位時間当たりの質量流量ｄｍ１と、現時点ｔ１でのエンジン回転速度Ｎ１から算出したｔ１からｔ２までの時間τとの積ｄｍ１・τとして求められる。
【００２２】
一方、吸気行程終了時の有効シリンダ容積は、シリンダ容積Ｖcyl（固定値）と、吸気圧Ｐ１、エンジン回転速度Ｎ１、吸気弁のバルブタイミングに基づいて算出した体積効率η１との積Ｖcyl・η１として算出される。
【００２３】
そして、前記現時点ｔ１でのコレクタ部６内の質量吸気量Ｍ１に、吸気行程中にコレクタ部６内に流入した質量吸気量ｄｍ１・τを加算した全質量吸気量が、コレクタ部６と有効シリンダ容積とを加算した吸気系容積に均一に拡散したときの吸気圧を、前記吸気行程終了時の第２の吸気圧Ｐ２として推定できる。
【００２４】
ここで、有効シリンダ容積は、シリンダ行程容積Ｖcylと体積効率η１との積として求められるが、シリンダ内吸気温度Ｔcylがコレクタ部内温度Ｔcolに対して上昇するので、コレクタ部内温度Ｔcolに維持されたときの容積に換算するため、Ｔcol／Ｔcylを乗じて補正する。
【００２５】
したがって、時点ｔ２での吸気系の状態方程式が、次式(2)のように成立する。
Ｐ２・（Ｖcol＋Ｖcyl・η１・Ｔcol／Ｔcyl）
＝（Ｍ１＋ｄｍ１・τ）・Ｒ・Ｔcol・・・(2)
(1)式と(2)式の比をとって
Ｐ２・（Ｖcol＋Ｖcyl・η１・Ｔcol／Ｔcyl）／（Ｐ１・Ｖcol）＝（Ｍ１＋ｄｍ１・τ）／Ｍ１・・・(3)
→
Ｐ２＝Ｐ１・[（Ｍ１＋ｄｍ１・τ）／Ｍ１]
・[Ｖcol／（Ｖcol＋Ｖcyl・η１・Ｔcol／Ｔcyl）]・・・(4)
ここで、コレクタ部６内の質量吸気量Ｍ１は、(1)式を変形した次式(5)により、検出値Ｐ１とＴcolを用いて算出できる。
【００２６】
Ｍ１＝Ｐ１・Ｖcol／（Ｒ・Ｔcol）・・・(5)
また、前記質量流量ｄｍ１は、次式(6)で算出される。
【００２７】
【数３】
【００２８】
ただし、Ａは、スロットル弁の開口面積で、スロットル弁開度をマップで変換して求める。また、Ｐ０は、大気圧で簡易的には固定値（７６０ｍｍＨｇ）を用いればよいが、エンジン停止時やスロットル全開運転時に吸気圧センサ１２で検出した吸気圧を用いると、精度を高めることができる。κは、吸気の比熱比（略空気の比熱比＝１．４１）である。
【００２９】
また、時間τ[秒]は、現時点ｔ１のエンジン回転速度Ｎｅ１[ｒｐｍ]に基づいて算出できる。具体的には、４気筒機関ではｔ１からｔ２までのクランク角が１８０度＝１／２回転なので、次式(7)により算出される。
【００３０】
τ＝６０／（２・Ｎｅ１）＝３０／Ｎｅ１・・・(7)
したがって、前記(4)式に、これら算出値Ｍ１、ｄｍ１、τを代入することにより、第２の吸気圧Ｐ２を推定できる。
【００３１】
図４は、上記ステップＳ２で第２の吸気圧Ｐ２を推定するサブフローを示す。
ステップＳ１１では、(5)式に基づき現時点でのコレクタ部６内の質量吸気量Ｍ１を算出する。
【００３２】
ステップＳ１２では、吸気圧Ｐ１、エンジン回転速度Ｎ１、吸気弁のバルブタイミング、冷却水温Ｔｗに基づいて体積効率η１を算出し、直前の気筒の吸気行程終了時点ｔ２での有効シリンダ容積Ｖcyl２（＝Ｖcyl・η１・Ｔcol／Ｔcyl）を算出する。
【００３３】
ここで、シリンダ内の吸気温度Ｔcylは、コレクタ部６の吸気温度Ｔcolを、始動時からの経過時間、冷却水温Ｔｗ、吸気圧Ｐ１で補正することにより、精度良く推定した値を用いる。
【００３４】
ステップＳ１３では、ｔ１からｔ２までの間に、スロットル弁５からコレクタ部６内に流入した吸気量は、単位時間当たりの質量流量ｄｍ１を、（6）式により算出する。
ステップＳ１４では、ｔ１からｔ２まで時間τを、現時点ｔ１のエンジン回転速度Ｎｅ１[ｒｐｍ]に基づいて、(7)式により算出する。
【００３５】
ステップＳ１５では、上記のように算出した各値Ｍ１、ｄｍ１、Ｖ２、Ｐ１、τを用いて、(4)式により第２の吸気圧Ｐ２を算出する。
次に、前記ステップＳ３での第３の吸気圧Ｐ３の具体的な推定について説明する。
【００３６】
時点ｔ１において、第１の吸気圧Ｐ１（検出値）を用いて第２の吸気圧Ｐ２を推定したのと同様に、推定したｔ２における第２の吸気圧Ｐ２を用いて、ｔ３における第３の吸気Ｐ３を推定できる。
【００３７】
すなわち、(4)式同様に、次式（8）が成立する。
Ｐ３＝Ｐ２・[（Ｍ２＋ｄｍ２・τ）／Ｍ２]・
[Ｖcol／（Ｖcol＋Ｖcyl・η２・Ｔcol／Ｔcyl）]・・・(8)
ここで、時点ｔ２でのコレクタ部６内の質量吸気量Ｍ２は、第２の吸気圧Ｐ２を用いたコレクタ部６内の状態方程式を変形した次式(9)により算出できる。
【００３８】
Ｍ２＝Ｐ２・Ｖcol／（Ｒ・Ｔcol）・・・(9)
また、(8)式において、ｄｍ２は、(6)式において、Ｐ１に代えてＰ２を用いた次式（10）により算出できる。
【００３９】
【数４】
【００４０】
また、体積効率η２は、時点ｔ２での吸気圧Ｐ２を用ると共に、時点ｔ１でのエンジン回転速度Ｎ１、冷却水温Ｔｗ、吸気弁のバルブタイミングに基づいて、精度よく算出できる。
【００４１】
以上算出した各値を用いて、（8)式により、第３の吸気圧Ｐ３を推定できる。
図５は、上記ステップＳ３で第３の吸気圧Ｐ３を推定するサブフローを示す。
ステップＳ２１では、第２の吸気圧Ｐ２を用い、（9）式に基づいて、時点ｔ２でのコレクタ部６内の質量吸気量Ｍ２を算出する。
【００４２】
ステップＳ２２で、吸気圧Ｐ２、エンジン回転速度Ｎ１、吸気弁のバルブタイミング、冷却水温Ｔｗに基づいて体積効率η２を算出し、吸気行程終了時点ｔ３直前でのスロットル弁５下流の吸気系容積Ｖ３（＝Ｖcol＋Ｖcyl・η２Ｔcol／Ｔcyl）を算出する。
【００４３】
ステップＳ２３では、ｔ１からｔ２までの間に、スロットル弁５からコレクタ部６内に流入した単位時間当たりの質量流量ｄｍ２を、（10）式により算出する。
ステップＳ２４では、上記のように算出した各値Ｍ２、ｄｍ２、Ｖ３、Ｐ２、τを用いて、(8)式により第３の吸気圧Ｐ３を算出する。
【００４４】
そして、ステップＳ２４において、第３の吸気圧Ｐ３を用いたシリンダ吸入空気量ｍcylを、次式（12）により算出する。
ｍcyl＝Ｐ３・Ｖcyl・η２／（Ｒ・Ｔ）・・・(11)
燃料噴射量ｆcylは、燃空比Ｆ／Ａを用いて、次式(12)により算出できる。
【００４５】
ｆcyl＝ｍcyl・Ｆ／Ａ・・・(12)
このようにすれば、排気行程開始時に燃料噴射量を演算する気筒の吸気行程終了時の吸気圧を高精度に予測することができ、該吸気圧予測値を用いて燃料噴射量を高精度に演算することができる。
【００４６】
次に、燃料噴射量の演算タイミングが排気行程の途中である場合の実施形態について説明する。燃料噴射の終了時期を固定した場合、燃料噴射量が減少すると燃料噴射開始時期は、排気行程の上死点から遅角側に設定される。
【００４７】
図６は、排気行程の途中で燃料噴射量を演算する場合の各気筒の吸気行程と、吸気圧力変化を示す。
この場合は、演算タイミングｔ１’で第２の吸気圧Ｐ２を推定する際に、自気筒の排気上死点からｔ１’までの間に、他の気筒での吸気行程が開始されているので、ｔ１’でのスロットル弁下流の吸気系容積が以下のように算出される。
【００４８】
前記排気上死点からｔ１までの間の吸気行程気筒における有効シリンダ容積を、シリンダ膨張容積Ｖcyl１に、吸気圧Ｐ１、エンジン回転速度Ｎ１、吸気弁のバルブタイミングに基づいて算出した体積効率η１と、Ｔcol／Ｔcylとを乗じてＶcyl１・η１・Ｔcol／Ｔcylとして算出する。なお、シリンダ膨張容積Ｖcyl１は、演算タイミングｔ１’におけるピストン位置によって定まり、燃料噴射量に応じてｔ１’が可変に設定される場合は、ｔ１’に応じたデータを記憶したマップからの検索などによって求めることができる。
【００４９】
したがって、時点ｔ１’でのスロットル弁下流の吸気系容積は、Ｖcol＋Ｖcyl１・η１・Ｔcol／Ｔcylとなり、該吸気系容積内の質量吸気量をＭ１’とすると、次式(13)が成立する。
【００５０】
Ｐ１・（Ｖcol＋Ｖcyl１・η１・Ｔcol／Ｔcyl）＝Ｍ１’・Ｒ・Ｔcol・・・(13)
次に、時点ｔ１’〜ｔ２までの時間τ’に吸気系内に流入した質量吸気量ｄｍ１・τ’を加算した全質量吸気量が、時点ｔ２で全吸気系容積に均一に拡散したときの吸気圧を、前記吸気行程終了時の第２の吸気圧Ｐ２として推定できる。
【００５１】
ここで、演算タイミングｔ１’が、排気行程開始時期（排気上死点）から所定量θ遅角した時期に設定される場合、ｔ１’からｔ２までの時間τ’[秒]は、次式(14)で算出できる。
【００５２】
τ’＝τ・（１８０−θ）／１８０
［＝（３０／Ｎｅ１）・（１８０−θ）／１８０］・・・(14)
したがって、時点ｔ２での、吸気系の状態方程式が、次式のように成立する。
【００５３】
Ｐ２・（Ｖcol＋Ｖcyl・η１・Ｔcol／Ｔcyl）
＝[Ｍ１’＋ｄｍ１・τ・（１８０−θ）／１８０]・Ｒ・Ｔcol・・・(15)
(14)式と(15)式より求めた次式（16）により、第２の吸気圧Ｐ２を算出することができる。
【００５４】
Ｐ２＝Ｐ１・[（Ｍ１’＋ｄｍ１・τ・（１８０−θ）／１８０）／Ｍ１’]
・[（Ｖcol＋Ｖcyl１・η１・Ｔcol／Ｔcyl）
／（Ｖcol＋Ｖcyl・η１・Ｔcol／Ｔcyl）]・・・(16)
なお、吸気系容積内の質量吸気量Ｍ１’は、(13)式を変形した次式(17)により、算出される。
【００５５】
Ｍ１’＝Ｐ１・（Ｖcol＋Ｖcyl１・η１・Ｔcol／Ｔcyl）／（Ｒ・Ｔcol）・・・(17)
図７は、第２の吸気圧Ｐ２を算出するフローを示す。
ステップＳ３１では、吸気圧Ｐ１、エンジン回転速度Ｎ１、吸気弁のバルブタイミング、冷却水温Ｔｗに基づいて体積効率η１を算出する。
【００５６】
ステップＳ３２では、自気筒の排気上死点からｔ１’までの吸気行程開始気筒におけるシリンダ膨張容積Ｖcyl１を算出する。
ステップＳ３３では、時点ｔ１’における有効シリンダ容積Ｖ１を、次式(18)により算出する。
【００５７】
Ｖ１＝Ｖcol＋Ｖcyl・η１・Ｔcol／Ｔcyl・・・(18)
ステップＳ３４では、時点ｔ１における吸気系容積Ｖ１内の質量吸気量Ｍ１’を、前記(17)式により算出する。
【００５８】
ステップＳ３５では、ｔ１’からｔ２までの間に、スロットル弁５からコレクタ部６内に流入した単位時間当たりの質量流量ｄｍ１を、前記（6）式により算出する。
ステップＳ３６では、ｔ１からｔ２まで時間τ’を、前記(14)式により算出する。
【００５９】
ステップＳ３７では、吸気圧Ｐ１、エンジン回転速度Ｎ１、吸気弁のバルブタイミング、冷却水温Ｔｗに基づいて体積効率η１を算出して、直前の気筒の吸気行程終了時点ｔ２でのスロットル弁５下流の吸気系容積Ｖ２を、次式(19)により算出する。
【００６０】
Ｖ２＝Ｖcol＋Ｖcyl・η１・Ｔcol／Ｔcyl・・・(19)
ステップＳ３８では、上記のように検出および算出した各値Ｐ１、Ｍ１’、ｄｍ１、Ｖ１、Ｖ２、τを用いて、(16)式により第２の吸気圧Ｐ２を算出する。
【００６１】
第３の吸気圧Ｐ３は、図５同様のフローにしたがい、前記(9)式での算出値Ｍ２を用いて(8)式と同一の次式（20）式で算出できる。
Ｐ３＝Ｐ２・[（Ｍ２＋ｄｍ２・τ）／Ｍ２]・[Ｖcol／（Ｖcol＋Ｖcyl・η２）]・・・(20)
このようにすれば、各気筒の排気行程の途中で燃料噴射量を演算する場合でも、吸気行程終了時の吸気圧を高精度に予測しつつ、該吸気圧予測値を用いて燃料噴射量を高精度に演算することができる。
【００６２】
図８は、６気筒エンジンに適用した実施形態の各気筒の吸気行程と、吸気圧力変化を示す。
本実施形態では、排気行程上死点での燃料噴射量演算タイミングｔ１から、自気筒の吸気行程終了までの間に、自気筒を含めて計３回の吸気行程が行われる。
【００６３】
６気筒エンジンでは、気筒間の行程位相差がクランク角１２０°であり、演算タイミングｔ１から１２０°の時点ｔ２で他の第１気筒の吸気行程が終了し、ｔ２から１２０°の時点ｔ３で他の第２気筒の吸気行程が終了し、ｔ３から１２０°の時点ｔ３で自気筒の吸気行程が終了する。
【００６４】
そこで、図９のメインフローに示すように、初めにｔ１での吸気圧検出値Ｐ１を用いてｔ２での第２の吸気圧Ｐ２を推定した後、該第２の吸気圧Ｐ２を用いて、ｔ３での第３の吸気圧Ｐ３を推定し、該第３の吸気圧Ｐ３を用いて、自気筒の吸気行程終了時ｔ４における第４の吸気圧Ｐ４を推定し、この第４の吸気圧Ｐ４を用いて、燃料噴射量を演算する。
【００６５】
なお、１２０°の間に２つの気筒の吸気行程が６０°オーバーラップするが、２気筒のシリンダ吸気量を合わせると１気筒の吸気行程分のシリンダ吸気量となるので、各時点での吸気圧の推定は、４気筒の場合と同様に行うことができる。
【００６６】
第２及び第３の吸気圧Ｐ２、Ｐ３の推定のフローは、図４，５と同様であり、第４の吸気圧Ｐ４の推定は、図１０に示すとおりである。
また、６気筒エンジンで自気筒の排気行程途中に燃料噴射量演算タイミングｔ１’がある場合は、第２の吸気圧Ｐ２を推定する際に、自気筒の排気上死点が、吸気行程途中にある他気筒の吸気行程開始から６０°になっているので、そこからｔ１’までの該他気筒におけるシリンダ膨張容積を算出すれば、第２の実施形態と同様に実施できる。
【００６７】
図示しないが、８気筒エンジンに適用した場合は、排気行程での燃料噴射量演算タイミングから、自気筒の吸気行程終了までの間に、自気筒を含めて計４回の吸気行程が行われる。したがって、上記度同様に、第４の吸気圧Ｐ４までを推定した後、さらに、第４の吸気圧Ｐ４を用いて、自気筒の吸気行程終了時における第５の吸気圧Ｐ５を推定し、この第５の吸気圧Ｐ５を用いて、燃料噴射量を演算する。
【００６８】
このように、気筒数が増えても、同様に始動時に各気筒の吸気行程終了時の吸気圧を高精度に予測しつつ、該吸気圧予測値を用いて燃料噴射量を高精度に演算することができる。
【００６９】
また、以上の実施形態では、吸気ポートに燃料噴射する機関について示したが、燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁を備えた機関でも、始動時の均質燃焼時に吸気行程終了近傍で燃料噴射し、その燃料噴射量をその前の排気行程で演算するような場合は、同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料噴射制御装置のシステム構成を示す平面図。
【図２】第１実施形態における各気筒の吸気行程と、吸気圧力変化を示すタイムチャート。
【図３】第１実施形態における燃料噴射制御のメインフローを示すフローチャート。
【図４】第１実施形態における第２の吸気圧を予測するサブフローを示すフローチャート。
【図５】第１実施形態における第３の吸気圧を予測するサブフローを示すフローチャート。
【図６】第２実施形態における各気筒の吸気行程と、吸気圧力変化を示すタイムチャート。
【図７】第２実施形態における第２の吸気圧を予測するサブフローを示すフローチャート。
【図８】第３実施形態における各気筒の吸気行程と、吸気圧力変化を示すタイムチャート。
【図９】第３実施形態における燃料噴射制御のメインフローを示すフローチャート。
【図１０】第３実施形態における第４の吸気圧を予測するサブフローを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７１】
１ エンジン、
２ 吸気通路
４ エアフローメータ
５ スロットル弁
６ コレクタ部
８ 燃料噴射弁
１０ 回転速度センサ
１２ 水温センサ
１３ 吸気圧センサ
１４ 吸気温センサ
２０ エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットル弁下流の吸気圧を検出する手段と、
各気筒の排気行程における所定のタイミングで、前記手段による吸気圧検出値に基づいて、該所定のタイミング後、最初に吸気行程が行われる気筒の該吸気行程終了時における吸気圧を予測し、引き続く各気筒の吸気行程終了時の吸気圧を、直前に予測された吸気圧予測値に基づき予測して、前記現在排気行程にある気筒の吸気行程終了時における吸気圧まで予測した後、該吸気圧予測値に基づいて当該気筒の燃料噴射量を演算する手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記各気筒の吸気行程終了時における吸気圧を、該吸気行程によって吸気系に流入する吸気の流量と吸気系容積の変化に応じた吸気圧変化に基づいて予測することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記各気筒の吸気行程終了時における吸気圧の予測を、吸気圧検出値または１気筒前の吸気行程終了時における吸気圧予測値と、該吸気圧を検出しまたは１気筒前の吸気行程が終了した時点におけるスロットル弁下流の吸気系容積と、該時点から当該吸気圧の予測時点までにスロットル弁下流に流入する吸気量の予測値と、当該吸気圧の予測時点におけるスロットル弁下流の吸気系容積と、に基づいて算出することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記所定のタイミングｔ１後、初回の吸気行程終了時ｔ２における吸気圧Ｐ２を、次式によって予測することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
Ｐ２＝Ｐ１・[（Ｍ１＋ｄｍ１・τ）／Ｍ１]
・[Ｖcol／（Ｖcol＋Ｖcyl・η１・Ｔcol／Ｔcyl）]
Ｐ１：所定のタイミングｔ１における吸気圧の検出値
Ｍ１：ｔ１が、燃料噴射量が演算される気筒の排気上死点のときは、ｔ１でのコレクタ部内の質量吸気量、ｔ１が排気行程途中のときは、ｔ１でのスロットル弁下流の吸気系容積における質量吸気量
ｄｍ１：、次式で算出されるｔ１〜ｔ２の間の単位時間当たりの質量吸気流量
【数１】
Ｐ０：大気圧
τ１：ｔ１からｔ２までの時間
Ｖcol：コレクタ部容積
Ｖcyl１：ｔ１が燃料噴射量が演算される気筒の排気上死点のときは０、排気行程途中のときは、ｔ１で吸気行程中にある気筒の吸気行程開始からｔ１までのシリンダ膨張容積
η１：シリンダ体積効率
Ｖcyl：シリンダ行程容積
Ｔcol：コレクタ部内吸気温度
Ｔcyl：シリンダ内吸気温度
【請求項５】
前記所定のタイミング後、２回目以降の吸気行程終了時ｔｎにおける吸気圧Ｐｎを、次式によって予測することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
Ｐｎ＝Ｐｎ−１・[（Ｍｎ−１＋ｄｍｎ−１・τｎ−１）／Ｍｎ−１]
・[Ｖcol／（Ｖcol＋Ｖcyl・ηｎ−１・Ｔcol／Ｔcyl）]
Ｐｎ−１：１気筒前の吸気行程終了時ｔｎ−１における吸気圧の予測値
Ｍｎ−１：ｔｎ−１におけるコレクタ部内の質量吸気量
ｄｍｎ−１：、次式で算出されるｔｎ−１〜ｔｎの間の単位時間当たりの質量吸気流量
【数２】
τｎ−１：ｔｎ−１〜ｔｎの時間
【請求項６】
前記コレクタ部内の質量吸気量Ｍｎ−１を、次式によって算出することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
Ｍｎ−１＝Ｐｎ−１・Ｖcol／（Ｒ・Ｔcol）
Ｔcyl：シリンダ内吸気温度
Ｒ：吸気のガス定数
Ｔ：コレクタ部内吸気温度
【請求項７】
前記シリンダ内吸気温度は、機関始動後経過時間、コレクタ部内吸気温度、水温、ｔｎ−１での吸気圧予測値に基づいて算出することを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項８】
前記体積効率η１、ηｎ−１は、吸気圧検出値Ｐ１またはｔｎ−１での吸気圧予測値と、ｔ１での機関回転速度、機関水温、吸気弁のバルブタイミングに基づいて算出することを特徴とする請求項４〜請求項７のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１】
スロットル弁下流の吸気圧を検出する手段と、
各気筒の排気行程における所定のタイミングで、前記手段による吸気圧検出値に基づいて、該所定のタイミング後、最初に吸気行程が行われる気筒の該吸気行程終了時における吸気圧を予測し、引き続く各気筒の吸気行程終了時の吸気圧を、直前に予測された吸気圧予測値に基づき予測して、前記現在排気行程にある気筒の吸気行程終了時における吸気圧まで予測した後、該吸気圧予測値に基づいて当該気筒の燃料噴射量を演算する手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記各気筒の吸気行程終了時における吸気圧を、該吸気行程によって吸気系に流入する吸気の流量と吸気系容積の変化に応じた吸気圧変化に基づいて予測することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記各気筒の吸気行程終了時における吸気圧の予測を、吸気圧検出値または１気筒前の吸気行程終了時における吸気圧予測値と、該吸気圧を検出しまたは１気筒前の吸気行程が終了した時点におけるスロットル弁下流の吸気系容積と、該時点から当該吸気圧の予測時点までにスロットル弁下流に流入する吸気量の予測値と、当該吸気圧の予測時点におけるスロットル弁下流の吸気系容積と、に基づいて算出することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記所定のタイミングｔ１後、初回の吸気行程終了時ｔ２における吸気圧Ｐ２を、次式によって予測することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
Ｐ２＝Ｐ１・[（Ｍ１＋ｄｍ１・τ）／Ｍ１]
・[Ｖcol／（Ｖcol＋Ｖcyl・η１・Ｔcol／Ｔcyl）]
Ｐ１：所定のタイミングｔ１における吸気圧の検出値
Ｍ１：ｔ１が、燃料噴射量が演算される気筒の排気上死点のときは、ｔ１でのコレクタ部内の質量吸気量、ｔ１が排気行程途中のときは、ｔ１でのスロットル弁下流の吸気系容積における質量吸気量
ｄｍ１：、次式で算出されるｔ１〜ｔ２の間の単位時間当たりの質量吸気流量
【数１】
Ｐ０：大気圧
τ１：ｔ１からｔ２までの時間
Ｖcol：コレクタ部容積
Ｖcyl１：ｔ１が燃料噴射量が演算される気筒の排気上死点のときは０、排気行程途中のときは、ｔ１で吸気行程中にある気筒の吸気行程開始からｔ１までのシリンダ膨張容積
η１：シリンダ体積効率
Ｖcyl：シリンダ行程容積
Ｔcol：コレクタ部内吸気温度
Ｔcyl：シリンダ内吸気温度
【請求項５】
前記所定のタイミング後、２回目以降の吸気行程終了時ｔｎにおける吸気圧Ｐｎを、次式によって予測することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
Ｐｎ＝Ｐｎ−１・[（Ｍｎ−１＋ｄｍｎ−１・τｎ−１）／Ｍｎ−１]
・[Ｖcol／（Ｖcol＋Ｖcyl・ηｎ−１・Ｔcol／Ｔcyl）]
Ｐｎ−１：１気筒前の吸気行程終了時ｔｎ−１における吸気圧の予測値
Ｍｎ−１：ｔｎ−１におけるコレクタ部内の質量吸気量
ｄｍｎ−１：、次式で算出されるｔｎ−１〜ｔｎの間の単位時間当たりの質量吸気流量
【数２】
τｎ−１：ｔｎ−１〜ｔｎの時間
【請求項６】
前記コレクタ部内の質量吸気量Ｍｎ−１を、次式によって算出することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
Ｍｎ−１＝Ｐｎ−１・Ｖcol／（Ｒ・Ｔcol）
Ｔcyl：シリンダ内吸気温度
Ｒ：吸気のガス定数
Ｔ：コレクタ部内吸気温度
【請求項７】
前記シリンダ内吸気温度は、機関始動後経過時間、コレクタ部内吸気温度、水温、ｔｎ−１での吸気圧予測値に基づいて算出することを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項８】
前記体積効率η１、ηｎ−１は、吸気圧検出値Ｐ１またはｔｎ−１での吸気圧予測値と、ｔ１での機関回転速度、機関水温、吸気弁のバルブタイミングに基づいて算出することを特徴とする請求項４〜請求項７のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−１９７７５３（Ｐ２００９−１９７７５３Ａ）
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４２７５０（Ｐ２００８−４２７５０）
【出願日】平成２０年２月２５日（２００８．２．２５）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２５日（２００８．２．２５）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]