JP2002180877A

JP2002180877A - 内燃機関制御装置

Info

Publication number: JP2002180877A
Application number: JP2001289312A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Kobayashi; 大介小林; Akira Ohata; 明大畠; Harufumi Muto; 晴文武藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-10-05
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2002-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関に吸入される空気量を正確かつ簡易
に算出できる内燃機関制御装置を提供すること。【解決手段】可変バルブタイミング機構を備えたエン
ジンに吸入される吸入空気量を算出する内燃機関制御装
置であり、内燃機関に接続される吸気管の吸気圧Ｐｍが
所定の吸気圧Ｐｃ以下であるか否かを判定し（Ｓ１
２）、吸気管の吸気圧Ｐｍが所定の吸気圧Ｐｃ以下であ
るときに吸気管の吸気圧の一次式である第一関係式に基
づいて吸入空気量Ｍｃを算出し（Ｓ１４）、吸気管の吸
気圧Ｐｍが所定の吸気圧Ｐｃ以下でないときに吸気管の
吸気圧の一次式であって第一関係式と異なる傾きである
第二関係式に基づいて吸入空気量Ｍｃを算出する（Ｓ１
６）。

Description

【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
れる空気量などを算出する内燃機関制御装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】車両の内燃機関において、良好な空燃比
制御を実現するためには、気筒内に供給される正確な吸
気量を把握することが必要である。従来、内燃機関に吸
気される空気の吸入空気量を算出する算出するものとし
て、特開平８−３３４０５０号公報に記載されるよう
に、吸気管圧力時間微分値を吸気管圧力の関数として吸
気管における状態方程式を微分方程式に変形し、その関
数を一次関数に近似してなまし処理を行うことにより、
スロットル弁開度及び機関回転数の変化後における経過
時間毎の吸気管圧力を算出し、その算出した吸気管圧力
を一次式に基づいて吸気弁通過空気量として求めるもの
が知られている（当該公報の図３（Ｂ））。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述した装置では、吸
気管圧力と吸入空気量を吸気管圧力の全域において一次
式で近似するため、演算装置のメモリ負荷や演算負荷を
低減すること可能となる。

【０００４】しかしながら、現実の吸気管圧力と吸入空
気量の対応関係が一次式とは異なるため、全域である程
度の誤差を含んでしまうという問題点がある。特に、可
変動弁機構を備えた内燃機関において、吸気弁と排気弁
が同時に開弁状態となるオーバーラップ時に吸入空気量
の算出誤差が大きくなる。

【０００５】また、吸入空気量を正確に算出するため
に、吸気管圧力と吸入空気量に関するマップを用いてマ
ップ処理することが考えられる。しかしながら、この場
合、データ量が大きくなり、大きなＲＯＭ容量が必要と
なるとともに、演算負荷も大きくなってしまう。

【０００６】そこで本発明は、このような問題点を解決
するためになされたものであって、内燃機関に吸入され
る空気量などを正確かつ簡易に算出できる内燃機関制御
装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明に係る
内燃機関制御装置は、内燃機関に吸入される吸入空気量
を算出する内燃機関制御装置において、内燃機関に接続
される吸気管の吸気圧が所定の吸気圧以下であるか否か
を判定する判定手段と、判定手段により吸気管の吸気圧
が所定の吸気圧以下であると判定されたときに吸気管の
吸気圧の一次式である第一関係式に基づいて吸入空気量
を算出し、判定手段により吸気管の吸気圧が所定の吸気
圧以下でないと判定されたときに吸気管の吸気圧の一次
式であって第一関係式と異なる傾きである第二関係式に
基づいて吸入空気量を算出する演算手段とを備えたこと
を特徴とする。

【０００８】この発明によれば、吸気管の吸気圧に応じ
少なくとも二つの関係式に基づいて吸入空気量を算出す
ることにより、吸入空気量と吸気管の吸気圧の関係を実
際の状態に近似させることができ、吸入空気量を正確に
算出することができる。また、吸入空気量を関係式に基
づいて算出するため、吸気圧と吸入空気量の関係をマッ
プ化して処理する場合と比べ、吸入空気量の算出が簡易
なものとなる。

【０００９】また本発明に係る内燃機関制御装置は、第
一関係式及び第二関係式が、吸気圧と吸入空気量の座標
系にて所定の吸気圧で同一点を通るように設定されてい
ることを特徴とする。

【００１０】この発明によれば、第一関係式及び第二関
係式が同一点を通るように設定されているため、吸気圧
と吸入空気量の座標系にて第一関係式と第二関係式に係
る直線が必ず連続となる。このため、第一関係式及び第
二関係式を特定する係数などを設定変更しても、第一関
係式と第二関係式に係る直線の連続性が保たれ、内燃機
関を適正に制御できる。また、第一関係式と第二関係式
の逆関数式を用いて吸入空気量に基づいて吸気圧を逆算
することが可能となる。

【００１１】また、第一関係式及び第二関係式を所定の
傾きとし所定の同一点を通る式として設定すればよいの
で、設定データが少なくて済み、メモリ容量の低減及び
計算負荷の低減が図れる。

【００１２】また本発明に係る内燃機関制御装置は、内
燃機関に吸入される吸入空気量を算出する内燃機関制御
装置において、内燃機関に接続される吸気管の吸気圧が
所定の吸気圧以下であるか否かを判定する判定手段と、
判定手段により吸気管の吸気圧が所定の吸気圧以下であ
ると判定されたときに吸気管の吸気圧の一次式に基づい
て吸入空気量を算出し、判定手段により吸気管の吸気圧
が所定の吸気圧以下でないと判定されたときに吸気管の
吸気圧の二次以上の式に基づいて吸入空気量を算出する
演算手段とを備えたことを特徴とする。

【００１３】この発明によれば、より正確に吸入空気量
を算出することが可能となる。

【００１４】また本発明に係る内燃機関制御装置は、内
燃機関に接続される吸気管の吸気圧を算出する内燃機関
制御装置において、内燃機関に吸入される吸入空気量が
所定の吸入空気量以下であるか否かを判定する判定手段
と、判定手段により内燃機関に吸入される吸入空気量が
所定の吸入空気量以下であると判定されたときに内燃機
関に吸入される吸入空気量の一次式である第一関係式に
基づいて吸気圧を算出し、判定手段により内燃機関に吸
入される吸入空気量が所定の吸入空気量以下でないと判
定されたときに内燃機関に吸入される吸入空気量の一次
式であって第一関係式と異なる傾きである第二関係式に
基づいて吸気圧を算出する演算手段と、を備えたことを
特徴とする。

【００１５】また本発明に係る内燃機関制御装置は、第
一関係式及び第二関係式が吸気圧と吸入空気量の座標系
にて所定の吸入空気量で同一点を通るように設定されて
いることを特徴する。

【００１６】これらの発明によれば、吸入空気量に応じ
少なくとも二つの関係式に基づいて吸気圧を算出するこ
とにより、吸入空気量と吸気管の吸気圧の関係を実際の
状態に近似させることができ、吸気圧を正確に算出する
ことができる。また、吸気圧を関係式に基づいて算出す
るため、吸気圧と吸入空気量の関係をマップ化して処理
する場合と比べ、吸気圧の算出が簡易なものとなる。

【００１７】また、第一関係式及び第二関係式を同一点
を通るように設定することにより、吸気圧と吸入空気量
の座標系にて第一関係式と第二関係式に係る直線が必ず
連続となる。このため、第一関係式及び第二関係式を特
定する係数などを設定変更しても、第一関係式と第二関
係式に係る直線の連続性が保たれ、内燃機関を適正に制
御できる。また、第一関係式と第二関係式の逆関数式を
用いて吸気圧に基づいて吸入空気量を逆算することも可
能となる。

【００１８】更に、第一関係式及び第二関係式を所定の
傾きとし所定の同一点を通る式として設定すればよいの
で、設定データが少なくて済み、メモリ容量の低減及び
計算負荷の低減が図れる。

【００１９】また本発明に係る内燃機関制御装置は、内
燃機関が可変動弁機構を備えたものであることを特徴と
する。

【００２０】この発明によれば、可変動弁機構の動弁特
性に応じて所定の吸気圧を設定し、設定された吸気圧の
高圧側と低圧側の各領域で異なる関係式に基づいて吸入
空気量を算出することにより、可変動弁機構の動弁特性
に応じて正確に吸入空気量を算出することができる。ま
た、可変動弁機構の動弁特性に応じて所定の吸入空気量
を設定し、設定された吸入空気量より多い側と少ない側
の各領域で異なる関係式に基づいて吸気圧を算出するこ
とにより、可変動弁機構の動弁特性に応じて正確に吸気
圧を算出することができる。

【００２１】

【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。（第一実施形態）図１に本実施形態に係る内燃機関制御
装置の説明図を示す。

【００２２】本図に示すように、内燃機関制御装置は、
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、可変動弁機構を備えたものである。例
えば、エンジン２は、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。

【００２３】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１
２は、エンジン回転数を検出するセンサであり、ＥＣＵ
６と接続され、ＥＣＵ６に対し検出信号を出力する。

【００２４】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。

【００２５】吸気弁３の上流側には、インテークマニホ
ルド２０が接続されている。インテークマニホルド２０
の上流側には、サージタンク２１が接続されている。イ
ンテークマニホルド２０及びサージタンク２１は、エン
ジン２に接続される吸気管を構成するものである。更
に、サージタンク２１の上流側の吸気通路には、エアク
リーナ２２が設置されている。

【００２６】サージタンク２１の上流位置には、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２
３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。

【００２７】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２
５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。

【００２８】ＥＣＵ６は、内燃機関制御装置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。ＲＯ
Ｍには、吸入空気量算出ルーチンを含む各種制御ルーチ
ンが記憶されている。

【００２９】次に、本実施形態に係る内燃機関制御装置
の動作について説明する。

【００３０】図２は、内燃機関制御装置の動作を示すフ
ローチャートである。

【００３１】本図のステップＳ１０（以下、単に「Ｓ１
０」と示す。他のステップについても同様とする。）に
て、吸気管の吸気圧Ｐｍの演算が行われる。この吸気管
の吸気圧Ｐｍは、吸気管におけるスロットルバルブ２３
下流側の吸気管圧力であり、例えばエアフローメータ２
５により検出される吸入空気量に基づき演算される。

【００３２】また、吸気管の吸気圧Ｐｍは、スロットル
バルブ２３のスロットル開度に基づいて演算してもよ
い。更に、吸気管に吸気圧を直接検出する圧力センサを
設け、その圧力センサの検出信号を読み込んで吸気圧Ｐ
ｍとしてもよい。

【００３３】そして、Ｓ１２に移行し、吸気管の吸気圧
Ｐｍが予めＥＣＵ６に設定される所定の吸気圧Ｐｃ以下
であるか否かが判定される。吸気圧Ｐｃは、可変バルブ
タイミング機構５の動弁特性に基づき、クランクポジシ
ョンセンサ１２により検出されるエンジン回転数、検出
センサ７により検出されるバルブタイミングなどに応じ
て設定されている。例えば、吸気圧Ｐｃは、可変バルブ
タイミング機構５の動弁特性に基づいて、エンジン回転
数が大きい場合には小さく設定され、エンジン回転数が
小さい場合には大きく設定される。

【００３４】Ｓ１２において、吸気管の吸気圧Ｐｍが設
定された吸気圧Ｐｃ以下であると判定されたときには、
Ｓ１４に移行し、吸気管の吸気圧Ｐｍの一次式である次
の第一関係式（１）に基づいて、吸入空気量Ｍｃが算出
される。

【００３５】Ｍｃ＝ａｌ・Ｐｍ−ｂｌ ‥‥（１）一方、Ｓ１２において、吸気管の吸気圧Ｐｍが設定され
た吸気圧Ｐｃ以下でないと判定されたときには、Ｓ１６
に移行し、吸気管の吸気圧Ｐｍの一次式であって第一関
係式と異なる傾きである次の第二関係式（２）に基づい
て、吸入空気量Ｍｃが算出される。

【００３６】Ｍｃ＝ａｈ・Ｐｍ−ｂｈ ‥‥（２）ここで、図３に、Ｓ１４及びＳ１６における吸入空気量
Ｍｃの演算における吸気圧Ｐｍと吸入空気量Ｍｃの関係
を示す。

【００３７】図３において実線で示すように、吸気管の
吸気圧Ｐｍが設定吸気圧Ｐｃ以下の場合には第一関係式
（Ｍｃ＝ａｌ・Ｐｍ−ｂｌ）に基づいて吸気量Ｍｃが算
出され、吸気管の吸気圧Ｐｍが設定吸気圧Ｐｃより大き
い場合には第二関係式（Ｍｃ＝ａｈ・Ｐｍ−ｂｈ）に基
づいて吸気量Ｍｃが算出される。

【００３８】このとき、第一関係式の傾きａｌと第二関
係式の傾きａｈは互いに異なる値に設定され、例えば、
第一関係式の傾きａｌは第二関係式の傾きａｈより小さ
く設定される。これにより、図３の破線で示すように吸
気圧の全域を一つの一次式のみで吸気量を算出する場合
に比べ、現実の吸気量に近い吸気量を算出することがで
きる。

【００３９】また、第一関係式の傾きａｌ、切片ｂｌ、
第二関係式の傾きａｈ及び切片ｂｈは、可変バルブタイ
ミング機構５のバルブタイミングやエンジン回転数に依
存するパラメータである。第一関係式の傾きａｌと第二
関係式の傾きａｈは、可変バルブタイミング機構５のバ
ルブタイミングの状態に応じて異なる値に設定され、例
えば、吸気弁３と排気弁４が同時に開いた状態（バルブ
オーバーラップ）が長くなるに従い、第一関係式の傾き
ａｌがより小さく設定され、第二関係式の傾きａｈがよ
り大きく設定される。これにより、現実の吸気量に近い
吸気量の算出が可能となる。

【００４０】また、可変バルブタイミング機構５が位相
及びリフト量を可変できる場合には、それらの位相及び
リフト量に応じて、第一関係式の傾きａｌ、切片ｂｌ、
第二関係式の傾きａｈ及び切片ｂｈが設定される。

【００４１】ところで、図３において、エンジン２の駆
動時に吸気弁３と排気弁４が同時に開いた状態とならな
い場合（バルブオーバーラップなしの場合）には、破線
で示すように、吸入空気量Ｍｃを吸気管の吸気圧の全域
を一つの直線、即ち一つの一次式で演算することが可能
である。

【００４２】すなわち、エンジン２の筒内の空気量を状
態方程式Ｐ・Ｖ＝Ｍ・Ｒ・Ｔを用いて算出する場合、吸
気弁３が閉じた瞬間の筒内圧力Ｐがほぼ吸気管圧力と等
しくなることから圧力Ｐとして吸気管圧力を代入し、吸
気弁３が閉じたときのシリンダ容積をＶとすれば、筒内
の空気量Ｍを算出することができる。その際、筒内に既
燃ガス成分も含まれるが、排気弁４の閉じるタイミング
を一定とした場合、既燃ガス量もほぼ一定と考えること
ができる。このため、筒内の吸入空気量（新気分）ｍｃ
は、次の式（３）により、吸気圧Ｐｍの一次式として直
線で近似することができる。

【００４３】ｍｃ＝Ａ・Ｐｍ−Ｂ ‥‥（３）このとき、Ａは、Ｖ／（Ｒ・Ｔ）に基づいて設定され、
Ｂは既燃ガス量に基づいて設定される。なお、Ｒはガス
定数、Ｔは温度である。

【００４４】ところが、バルブオーバーラップがある場
合には、シリンダの排気側から吸気側への逆流が生ずる
ため、バルブオーバーラップの状態の応じて吸気管圧力
に対し筒内に残留する既燃ガス量が異なってくる。従っ
て、式（３）のような近似式では、吸入空気量が正確に
算出することができない。

【００４５】吸気弁３が開いたときの筒内から吸気管へ
の逆流量は、筒内圧力と吸気管圧力との差によって決定
される。

【００４６】図４に吸気弁４の上下流における圧力比と
逆流量との関係を示す。本図に示すように、バルブ上下
流圧力比（上流側の吸気管圧力／下流側の筒内圧力）が
小さくなると逆流量も多くなる。このため、吸気管圧力
の変化に応じて吸入空気量に変化を生ずることとなる。

【００４７】また、バルブ上下流の圧力比が一定の圧力
比より小さくなると逆流量がほぼ一定となり、バルブ上
下流の圧力比と逆流量との関係が変化する。これは、圧
力比が変化しても筒内の容積が吸気管などと比べて小さ
く圧力変化が早いため、吸気弁３の通過空気量を積分処
理すると殆ど変化しないことに基づくものと考えられ
る。従って、吸気管圧力が一定の圧力以下か否かにより
吸入空気量が変化することから、吸入空気量を正確に算
出するためには吸気管圧力が一定の圧力以下か否かによ
り異なる算出式を用いることが必要となる。

【００４８】また、バルブオーバーラップがある場合に
は、バルブタイミングに応じてシリンダ容積が変化す
る。これにより、吸入空気量が変化するため、式（３）
のような近似式では、吸入空気量が正確に算出すること
ができない。この場合、上述した式（１）、（２）にお
けるパラメータａｌ、ｂｌ、ａｈ、ｂｈをエンジン回転
数やバルブタイミングに応じて適宜設定することによ
り、正確な吸入空気量の算出が可能となる。

【００４９】以上のように、本実施形態に係る内燃機関
制御装置によれば、吸入空気量Ｍｃを吸気管の吸気圧Ｐ
ｍに応じ二つの関係式（１）、（２）に基づいて算出す
ることにより、吸入空気量と吸気管の吸気圧の関係を実
際の状態に近似させることができ、吸入空気量を正確に
算出することができる。特に、可変バルブタイミング機
構５の動弁特性に応じて所定の吸気圧Ｐｃを設定し、設
定された吸気圧Ｐｃの高圧側と低圧側の各領域で異なる
関係式に基づいて吸入空気量を算出することにより、可
変動弁機構の動弁特性に応じた正確な吸入空気量の算出
が行える。

【００５０】また、吸入空気量を関係式に基づいて算出
するため、マップ処理などと比較して吸入空気量の算出
が簡易なものとなる。例えば、本実施形態に係る内燃機
関制御装置では、あるエンジン回転数、バルブタイミン
グにおいて第一関係式のパラメータａｌ、ｂｌ、第二関
係式のパラメータａｈ、ｂｈ及び設定吸気圧Ｐｃを設定
しておけば、吸入空気量を算出することができる。この
ため、吸気管圧力と吸入空気量に関するマップを用いた
マップ処理と比べ、格納すべきデータ量が大幅に低減で
きる。また、吸入空気量算出のための算出式が一次式で
あるため、演算も容易なものとなり、演算負荷の低減も
図れる。

【００５１】特に、トルクディマンド方式のエンジン制
御を行うエンジンに適用する場合に非常に有用である。（第二実施形態）次に第二実施形態に係る内燃機関制御
装置について説明する。

【００５２】本実施形態に係る内燃機関制御装置は、第
一実施形態に係る内燃機関制御装置とほぼ同様に構成さ
れるものであるが、吸入空気量を算出する第一関係式、
第二関係式として上述の式（１）、（２）以外の関係式
を用いる点で異なっている。

【００５３】図５に本実施形態に係る内燃機関制御装置
の動作についてのフローチャートを示す。なお、本実施
形態に係る内燃機関制御装置は、図１に示す第一実施形
態に係る内燃機関制御装置と同様にハード構成されてい
る。

【００５４】図５のＳ２０に示すように、吸気管の吸気
圧Ｐｍの演算が行われる。この吸気圧Ｐｍの演算は、図
２のＳ１０と同様に行われ、例えば、エアフローメータ
２５により検出される吸入空気量に基づいて行われる。
また、吸気管の吸気圧Ｐｍは、スロットルバルブ２３の
スロットル開度に基づいて演算してもよい。更に、吸気
管に吸気圧を直接検出する圧力センサを設け、その圧力
センサの検出信号を読み込んで吸気圧Ｐｍとしてもよ
い。

【００５５】そして、Ｓ２２に移行し、吸気管の吸気圧
Ｐｍが予めＥＣＵ６に設定される所定の吸気圧Ｐｃ以下
であるか否かが判定される。吸気圧Ｐｃは、可変バルブ
タイミング機構５の動弁特性に基づき、クランクポジシ
ョンセンサ１２により検出されるエンジン回転数、検出
センサ７により検出されるバルブタイミングなどに応じ
て設定されている。例えば、吸気圧Ｐｃは、可変バルブ
タイミング機構５の動弁特性に基づいて、エンジン回転
数が大きい場合には小さく設定され、エンジン回転数が
小さい場合には大きく設定される。

【００５６】Ｓ２２において、吸気管の吸気圧Ｐｍが設
定された吸気圧Ｐｃ以下であると判定されたときには、
Ｓ２４に移行し、吸気管の吸気圧Ｐｍの一次式である次
の第一関係式（４）に基づいて、吸入空気量Ｍｃが算出
される。

【００５７】Ｍｃ＝ａｌ・（Ｐｍ−Ｐｃ）＋Ｑｃ ‥‥（４）一方、Ｓ２２において、吸気管の吸気圧Ｐｍが設定され
た吸気圧Ｐｃ以下でないと判定されたときには、Ｓ２６
に移行し、吸気管の吸気圧Ｐｍの一次式であって第一関
係式と異なる傾きである次の第二関係式（５）に基づい
て、吸入空気量Ｍｃが算出される。

【００５８】Ｍｃ＝ａｈ・（Ｐｍ−Ｐｃ）＋Ｑｃ ‥‥（５）ここで、図６に、Ｓ２４及びＳ２６における吸入空気量
Ｍｃの演算における吸気圧Ｐｍと吸入空気量Ｍｃの関係
を示す。

【００５９】図６に示すように、吸気管の吸気圧Ｐｍが
設定吸気圧Ｐｃ以下の場合には第一関係式（Ｍｃ＝ａｌ
・（Ｐｍ−Ｐｃ）＋Ｑｃ）に基づいて吸気量Ｍｃが算出
され、吸気管の吸気圧Ｐｍが設定吸気圧Ｐｃより大きい
場合には第二関係式（Ｍｃ＝ａｈ・（Ｐｍ−Ｐｃ）＋Ｑ
ｃ）に基づいて吸気量Ｍｃが算出される。

【００６０】第一関係式と第二関係式は、吸気圧Ｐｍと
吸入空気量Ｍｃの座標系にて吸気圧Ｐｃで同一点を通る
ように設定されている。例えば、吸気圧Ｐｍと吸入空気
量Ｍｃの座標系において、第一関係式と第二関係式に係
る各直線が同一の点（Ｐｃ、Ｑｃ）を通るように、第一
関係式及び第二関係式が設定されている。

【００６１】第一関係式及び第二関係式における係数Ｐ
ｃ、Ｑｃは、同一の値が用いられる。一方、第一関係式
及び第二関係式における傾きの係数ａｌ、ａｈは互いに
異なる値に設定され、例えば、第一関係式の傾きａｌは
第二関係式の傾きａｈより小さく設定される。

【００６２】以上のように、本実施形態に係る内燃機関
制御によれば、所定の吸気圧Ｐｃで同一点（Ｐｃ、Ｑ
ｃ）を通るように第一関係式と第二関係式を設定するこ
とにより、吸気圧Ｐｍと吸入空気量Ｍｃの座標系にて第
一関係式と第二関係式に係る直線が必ず連続となる。こ
のため、第一関係式及び第二関係式の係数ａｌ、ａｈ、
Ｐｃ、Ｑｃを設定変更しても、第一関係式と第二関係式
に係る直線の連続性が保たれる。従って、適正な吸入空
気量を算出でき、適正なエンジン制御が可能となる。

【００６３】例えば、ａｌを０．９、ａｈを２．１、Ｐ
ｃを４９．５、Ｑｃを５０．４として、第一関係式及び
第二関係式を設定すると、第一関係式は次の式（６）の
ように表され、第二関係式は次の（７）のように表され
る。

【００６４】Ｍｃ＝０．９・（Ｐｍ−４９．５）＋５０．４（Ｐｍ≦４９．５）…（６）Ｍｃ＝２．１・（Ｐｍ−４９．５）＋５０．４（Ｐｍ＞４９．５）…（７）そして、式（６）の第一関係式及び式（７）の第二関係
式に係る直線は、図７の実線で示すように、連続したも
のとなる。

【００６５】ここで、式（６）の第一関係式及び式
（７）の第二関係式における係数ａｌ（０．９）、ａｈ
（２．１）、Ｐｃ（４９．５）、Ｑｃ（５０．４）につ
いて、それぞれ小数点以下を四捨五入して設定変更する
と、式（６）の第一関係式は次の式（８）となり、式
（７）の第二関係式は次の式（９）となる。

【００６６】Ｍｃ＝１・（Ｐｍ−５０）＋５０（Ｐｍ≦５０）…（８）Ｍｃ＝２・（Ｐｍ−５０）＋５０（Ｐｍ＞５０）…（９）この式（８）の第一関係式及び式（９）の第二関係式に
係る直線は、図７の破線で示されるように、はやり連続
したものとなり、二本の直線の連続性が保たれている。
従って、適切な吸入空気量が算出でき、良好な空燃比で
エンジン制御が可能となる。

【００６７】一方、式（６）、（７）を変形して、傾き
と切片のみの係数として第一関係式及び第二関係式を設
定すると、第一関係式及び第二関係式は、次の式（１
０）、（１１）のように表される。

【００６８】Ｍｃ＝０．９・Ｐｍ＋５．８５（Ｐｍ≦４９．５）…（１０）Ｍｃ＝２．１・Ｐｍ−５３．５５（Ｐｍ＞４９．５）…（１１）傾き係数及び切片係数について小数点以下を四捨五入す
ると、式（１０）、（１１）は、次の式（１２）、（１
３）となる。

【００６９】Ｍｃ＝１・Ｐｍ＋６（Ｐｍ≦５０）…（１２）Ｍｃ＝２・Ｐｍ−５４（Ｐｍ＞５０）…（１３）そして、この式（１２）の第一関係式及び式（１３）の
第二関係式に係る直線は、図７の一点鎖線で示されるよ
うに、吸入空気量がＰｍ＝５０の境に不連続なものとな
る。この場合、吸入空気量が不連続に変化することによ
り、空燃比を悪化させるだけでなく、ドライバビリティ
の悪化を招くおそれがある。このため、個々の係数の変
更は、係数全体を考慮して行う必要があり、メンテナン
スなどが煩雑となる。

【００７０】また、本実施形態に係る内燃機関制御によ
れば、第一関係式と第二関係式の逆関数式を用いて、吸
入空気量に基づき吸気圧を逆算することも可能である。
すなわち、吸気圧Ｐｍと吸入空気量Ｍｃを第一関係式及
び第二関係式で関係付けることにより、吸気圧Ｐｍと吸
入空気量Ｍｃが一対一に連続した関係となるため、吸入
空気量に基づき吸気圧を逆算することができる。

【００７１】また、第一関係式及び第二関係式を所定の
傾きとし所定の同一点を通る式として設定すればよいの
で、設定データが少なくて済み、メモリ容量の低減及び
計算負荷の低減が図れる。例えば、本実施形態に係る内
燃機関制御装置では、エンジン回転数、バルブタイミン
グごとに、Ｐｃ、Ｑｃ、ａｌ、ａｈの四つの係数データ
をマップとして設定しておけばよく、データ数が少なく
なるため、メモリ容量の低減及び計算負荷の低減が図れ
る。（第三実施形態）次に第三実施形態に係る内燃機関制御
装置について説明する。

【００７２】本実施形態に係る内燃機関制御装置は、エ
ンジン２の吸気管の吸気圧を算出する装置である。本実
施形態に係る内燃機関制御装置は、図１に示す第一実施
形態に係る内燃機関制御装置と同様にハード構成されて
いる。

【００７３】図８に本実施形態に係る内燃機関制御装置
の動作についてのフローチャートを示す。

【００７４】図８のＳ３０に示すように、エンジン２に
吸入される吸入空気量Ｍｃの演算が行われる。この吸入
空気量Ｍｃの演算は、例えば、アクセル開度に基づき目
標吸気量を設定することにより行われる。また、燃料噴
射量、空燃比に基づいて演算される場合もある。

【００７５】そして、Ｓ３２に移行し、エンジン２に吸
入される吸入空気量Ｍｃが予めＥＣＵ６に設定される所
定の吸入空気量Ｑｃ以下であるか否かが判定される。吸
入空気量Ｑｃは、可変バルブタイミング機構５の動弁特
性に基づき、クランクポジションセンサ１２により検出
されるエンジン回転数、検出センサ７により検出される
バルブタイミングなどに応じて設定される。

【００７６】Ｓ３２において、吸入空気量Ｍｃが設定さ
れた吸入空気量Ｑｃ以下であると判定されたときには、
Ｓ３４に移行し、吸入空気量Ｍｃの一次式である次の第
一関係式（１４）に基づいて、吸気圧Ｐｍが算出され
る。

【００７７】Ｐｍ＝（Ｍｃ−Ｑｃ）／ａｌ＋Ｐｃ ‥‥（１４）一方、Ｓ３２において、吸入空気量Ｍｃが吸入空気量Ｑ
ｃ以下でないと判定されたときには、Ｓ３６に移行し、
吸入空気量Ｍｃの一次式であって第一関係式と異なる傾
きである次の第二関係式（１５）に基づいて、吸気圧Ｐ
ｍが算出される。

【００７８】Ｐｍ＝（Ｍｃ−Ｑｃ）／ａｈ＋Ｐｃ ‥‥（１５）以上のように、本実施形態に係る内燃機関制御によれ
ば、所定の吸入空気量Ｑｃで同一点を通るように第一関
係式と第二関係式が設定されているため、吸気圧Ｐｍと
吸入空気量Ｍｃの座標系にて第一関係式と第二関係式に
係る直線が必ず連続となる。このため、第一関係式及び
第二関係式の係数ａｌ、ａｈ、Ｐｃ、Ｑｃを設定変更し
ても、第一関係式と第二関係式に係る直線の連続性が保
たれる。従って、適正な吸気圧Ｐｍを算出でき、適正な
エンジン制御が可能となる。

【００７９】また、第一関係式及び第二関係式を所定の
傾きとし所定の同一点を通る式として設定すればよいの
で、設定データが少なくて済み、メモリ容量の低減及び
計算負荷の低減が図れる。例えば、本実施形態に係る内
燃機関制御装置では、エンジン回転数、バルブタイミン
グごとに、Ｐｃ、Ｑｃ、ａｌ、ａｈの四つの係数データ
をマップとして設定しておけばよく、データ数が少なく
なるため、メモリ容量の低減及び計算負荷の低減が図れ
る。（第四実施形態）次に第四実施形態に係る内燃機関制御
装置について説明する。

【００８０】第一実施形態及び第二実施形態に係る内燃
機関制御装置では二つの一次式を用いて吸入空気量を算
出する場合について説明したが、本発明に係る内燃機関
制御装置はそのようなものに限られるものではない。

【００８１】本実施形態に係る内燃機関制御装置は、吸
気管圧力の全域において二以上の吸気圧を設定し、それ
らの設定吸気圧の間の吸気圧領域を三つ以上の別個の一
次式を用いて吸入空気量を算出するものである。

【００８２】このような内燃機関制御装置によれば、第
一実施形態に係る内燃機関制御装置に対し、より正確に
吸入空気量を算出することが可能となる。（第五実施形態）次に第五実施形態に係る内燃機関制御
装置について説明する。

【００８３】第三実施形態に係る内燃機関制御装置では
二つの一次式を用いて吸気圧を算出する場合について説
明したが、本発明に係る内燃機関制御装置はそのような
ものに限られるものではない。

【００８４】本実施形態に係る内燃機関制御装置は、吸
入空気量の全域において二以上の吸入空気量を設定し、
それらの設定吸入空気量の間の領域を三つ以上の別個の
一次式を用いて吸気圧を算出するものである。

【００８５】このような内燃機関制御装置によれば、第
三実施形態に係る内燃機関制御装置に対し、より正確に
吸気圧を算出することが可能となる。（第六実施形態）次に第六実施形態に係る内燃機関制御
装置について説明する。

【００８６】第一実施形態から第五実施形態までに係る
内燃機関制御装置では一次式を用いて吸入空気量又は吸
気圧を算出する場合について説明したが、本発明に係る
内燃機関制御装置はそのようなものに限られるものでは
ない。

【００８７】本実施形態に係る内燃機関制御装置は、一
次式及び二次式などの曲線を用いて吸入空気量又は吸気
圧を算出するものである。例えば、一定の吸気圧Ｐｃを
設定し、吸気管の吸気圧Ｐｍが設定された吸気圧Ｐｃ以
下であると判定されたときには、上述の第一関係式
（１）に基づいて吸入空気量Ｍｃを算出する。一方、吸
気管の吸気圧Ｐｍが設定された吸気圧Ｐｃ以下でないと
判定されたときには、次の二次式（１６）に基づいて吸
入空気量Ｍｃを算出する。

【００８８】Ｍｃ＝ａ・（Ｐｍ）²＋ｂ・Ｐｍ＋ｃ ‥‥（１６）また、吸気圧Ｐｃより高圧側の領域では、吸気管の吸気
圧Ｐｍの二次式でなく、他の曲線により近似してもよ
い。

【００８９】このような内燃機関制御装置によれば、第
一実施形態から第五実施形態までに係る内燃機関制御装
置に対し、より正確に吸入空気量を算出することが可能
となる。

【００９０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、吸
気管の吸気圧又は吸入空気量に応じ少なくとも二つの関
係式に基づいて吸入空気量又は吸気圧を算出することに
より、吸入空気量と吸気管の吸気圧の関係を実際の状態
に近似することができ、吸入空気量又は吸気圧を正確に
算出することができる。また、吸入空気量又は吸気圧を
関係式に基づいて算出するため、マップ処理などと比較
して吸入空気量又は吸気圧の算出が簡易なものとなる。

【００９１】また、第一関係式及び第二関係式が同一点
を通るように設定することにより、第一関係式及び第二
関係式を特定する係数などを設定変更しても、第一関係
式と第二関係式に係る直線の連続性が保たれ、内燃機関
を適正に制御できる。このため、設定変更などのメンテ
ナンスが容易に行える。また、第一関係式と第二関係式
の逆関数式を用いて吸入空気量に基づいて吸気圧を逆算
し、吸気圧に基づいて吸入空気量を逆算することが可能
である。

【００９２】また、第一関係式及び第二関係式を所定の
傾きとし所定の同一点を通る式として設定すればよいの
で、設定データが少なくて済み、メモリ容量の低減及び
計算負荷の低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施形態に係る内燃機関制御装置
の説明図である。

【図２】図１の内燃機関制御装置の動作を示すフローチ
ャートである。

【図３】図１の内燃機関制御装置の吸入空気量算出にお
ける吸気圧Ｐｍと吸入空気量Ｍｃの関係を示す図であ
る。

【図４】バルブオーバーラップがある場合におけるバル
ブ上下流の圧力比と逆流量との関係を示す図である。

【図５】第二実施形態に係る内燃機関制御装置の動作を
示すフローチャートである。

【図６】第二実施形態に係る内燃機関制御装置の吸入空
気量算出における吸気圧Ｐｍと吸入空気量Ｍｃの関係を
示す図である。

【図７】第二実施形態に係る内燃機関制御装置における
第一関係式と第二関係式の連続性の説明図である。

【図８】第三実施形態に係る内燃機関制御装置の動作を
示すフローチャートである。

【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（可変動弁機構）、６…ＥＣＵ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者武藤晴文愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G084 BA04 BA23 DA04 DA13 EA07 EA11 EB02 EC04 FA07 FA10 FA11 FA38 FA39 3G092 AA01 AA11 AB02 BA01 BA02 DA03 EA08 EA11 EA23 EB10 EC06 FA06 HA01Z HA05Z HA06Z HA13X HA13Z HE01Z HE03Z HE04Z 3G301 HA01 HA19 JA00 JA20 LA01 LA07 MA01 MA12 MA13 NA09 NB18 ND05 ND45 NE18 NE20 PA01Z PA07Z PA11Z PE03Z PE04Z PE10A

Claims

【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
する内燃機関制御装置において、前記内燃機関に接続される吸気管の吸気圧が所定の吸気
圧以下であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により前記吸気管の吸気圧が所定の吸気圧
以下であると判定されたときに前記吸気管の吸気圧の一
次式である第一関係式に基づいて前記吸入空気量を算出
し、前記判定手段により前記吸気管の吸気圧が所定の吸
気圧以下でないと判定されたときに前記吸気管の吸気圧
の一次式であって前記第一関係式と異なる傾きである第
二関係式に基づいて前記吸入空気量を算出する演算手段
と、を備えたことを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項２】前記第一関係式及び前記第二関係式は、
前記吸気圧と前記吸入空気量の座標系にて前記所定の吸
気圧で同一点を通るように設定されていることを特徴と
する請求項１に記載の内燃機関制御装置。
【請求項３】内燃機関に吸入される吸入空気量を算出
する内燃機関制御装置において、前記内燃機関に接続される吸気管の吸気圧が所定の吸気
圧以下であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により前記吸気管の吸気圧が所定の吸気圧
以下であると判定されたときに前記吸気管の吸気圧の一
次式に基づいて前記吸入空気量を算出し、前記判定手段
により前記吸気管の吸気圧が所定の吸気圧以下でないと
判定されたときに前記吸気管の吸気圧の二次以上の式に
基づいて前記吸入空気量を算出する演算手段と、を備え
たことを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項４】内燃機関に接続される吸気管の吸気圧を
算出する内燃機関制御装置において、前記内燃機関に吸入される吸入空気量が所定の吸入空気
量以下であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により前記内燃機関に吸入される吸入空気
量が所定の吸入空気量以下であると判定されたときに前
記内燃機関に吸入される吸入空気量の一次式である第一
関係式に基づいて前記吸気圧を算出し、前記判定手段に
より前記内燃機関に吸入される吸入空気量が所定の吸入
空気量以下でないと判定されたときに前記内燃機関に吸
入される吸入空気量の一次式であって前記第一関係式と
異なる傾きである第二関係式に基づいて前記吸気圧を算
出する演算手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関
制御装置。
【請求項５】前記第一関係式及び前記第二関係式は、
前記吸気圧と前記吸入空気量の座標系にて前記所定の吸
入空気量で同一点を通るように設定されていること、を
特徴する請求項４に記載の内燃機関制御装置。
【請求項６】前記内燃機関が可変動弁機構を備えたも
のであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記
載の内燃機関制御装置。