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JP3945510B2 - In-cylinder charged air amount estimation device for internal combustion engine - Google Patents

In-cylinder charged air amount estimation device for internal combustion engine Download PDF

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JP3945510B2 JP2005027487A JP2005027487A JP3945510B2 JP 3945510 B2 JP3945510 B2 JP 3945510B2 JP 2005027487 A JP2005027487 A JP 2005027487A JP 2005027487 A JP2005027487 A JP 2005027487A JP 3945510 B2 JP3945510 B2 JP 3945510B2
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  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

本発明は、内燃機関の筒内充填空気量推定装置に関する。   The present invention relates to an in-cylinder charged air amount estimation device for an internal combustion engine.

内燃機関の燃焼室において燃焼される混合気の空燃比を最適な値とするためには、吸気弁が閉じたときに燃焼室内に充填されている空気の量(以下、「筒内充填空気量」と称す)を正確に推定する必要がある。このため、質量保存則や気体の状態方程式等から得られる数値計算モデルを用いて、吸気管内の圧力等から筒内充填空気量を推定する筒内充填空気量推定装置が知られている。   In order to optimize the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber of the internal combustion engine, the amount of air filled in the combustion chamber when the intake valve is closed (hereinafter referred to as “cylinder charged air amount”). It is necessary to estimate accurately. For this reason, an in-cylinder charged air amount estimation device that estimates the in-cylinder charged air amount from the pressure in the intake pipe or the like using a numerical calculation model obtained from a law of conservation of mass, a state equation of gas, or the like is known.

特許文献1に記載の筒内充填空気量推定装置では、スロットル弁から吸気弁までの吸気管についての質量保存則と吸気管内の空気についての状態方程式とに基づいて、スロットル弁を介して吸気管内に流入するスロットル弁通過空気流量と吸気弁開弁によって上記吸気管からそれぞれの吸気弁を介して各気筒に流入する筒内充填空気流量との間に成立する数式を用いて筒内充填空気量を推定するようにしており、これにより比較的精度良く筒内充填空気量を推定することができる。   In the in-cylinder charged air amount estimation device described in Patent Literature 1, the intake pipe interior is determined via the throttle valve based on the law of conservation of mass for the intake pipe from the throttle valve to the intake valve and the state equation for the air in the intake pipe. The amount of air charged in the cylinder using a mathematical formula established between the flow rate of air passing through the throttle valve flowing into the cylinder and the flow rate of air charged in the cylinder from the intake pipe to each cylinder through the intake valve by opening the intake valve Thus, the cylinder air charge amount can be estimated with relatively high accuracy.

特開2002−70633号公報JP 2002-70633 A 特開2001−234798号公報JP 2001-234798 A

数式を用いて筒内充填空気量を推定する場合、質量保存則や状態方程式に基づいて得られる数式をそのまま用いると数式が複雑になり、計算負荷が大きなものとなることから、通常、斯かる数式は簡略化して利用される。   When estimating the cylinder air filling amount using a mathematical formula, if the mathematical formula obtained based on the law of conservation of mass or the equation of state is used as it is, the mathematical formula becomes complicated and the calculation load becomes large. The mathematical formula is used in a simplified manner.

ところで、吸気弁開閉弁時期が遅角側に設定されると、吸気弁は吸気下死点以降にも開弁していることとなる。この場合、ピストンが上昇を開始しても吸気弁が開弁状態に保持されているので、気筒内に吸入された空気が吸気管内に逆流する虞がある。しかしながら、上述したように筒内充填空気量を推定するにあたって数式を簡略化して利用していると、斯かる空気の逆流が考慮に入れられておらず、よって算出された筒内充填空気量には誤差が生じてしまう。   By the way, if the intake valve opening / closing valve timing is set to the retard side, the intake valve is opened even after the intake bottom dead center. In this case, since the intake valve is kept open even when the piston starts to rise, there is a possibility that the air taken into the cylinder will flow back into the intake pipe. However, if the mathematical expression is simplified and used in estimating the cylinder air charge amount as described above, the back flow of such air is not taken into consideration, and thus the calculated cylinder air charge amount is calculated. Will cause an error.

そこで、本発明の目的は、気筒内から吸気管内への空気の逆流を考慮して筒内充填空気量を推定することができる筒内充填空気量推定装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an in-cylinder charged air amount estimation device that can estimate the in-cylinder charged air amount in consideration of the backflow of air from the cylinder into the intake pipe.

上記課題を解決するために、第1の発明では、複数の気筒と複数の吸気弁とを有する内燃機関の筒内充填空気量推定装置であって、各気筒への筒内充填空気量を、基本空気量と、吸気弁が開弁することによりスロットル弁通過空気流量を超えて吸気通路部分から気筒内に流入する超過空気量とに二分割し、吸気通路部分にスロットル弁を介して流入するスロットル弁通過空気流量と各吸気弁の開弁時間とに基づいて基本空気量を算出する基本空気量算出手段と、上記吸気弁の開弁による吸気圧の低下量に基づいて超過空気量を算出する超過空気量算出手段と、上記基本空気量と超過空気量とを合計して各気筒への筒内充填空気量を算出する筒内充填空気量算出手段とを具備する筒内充填空気量推定装置において、上記基本空気量算出手段は、全気筒への平均空気流量がスロットル通過空気流量と等しくなるような仮想的な吸気弁開弁時間を算出し、該仮想的な吸気弁開弁時間を上記吸気弁の開弁時間として用いる。
第1の発明によれば、仮想的な吸気弁開弁時間は全気筒への平均空気流量がスロットル通過空気流量と等しくなるような値となっている。このため、気筒内から吸気管内への空気の逆流があると仮想的な吸気弁開弁時間は実際の吸気弁開弁時間よりも短いものとなり、この仮想的な吸気弁開弁時間を用いて基本空気量算出手段により基本空気量を算出すると基本空気量を正確に算出することができる。
In order to solve the above-described problem, in the first invention, an in-cylinder charged air amount estimation device for an internal combustion engine having a plurality of cylinders and a plurality of intake valves, the in-cylinder charged air amount to each cylinder, Divided into a basic air amount and an excess air amount that flows into the cylinder from the intake passage portion exceeding the throttle valve passing air flow rate by opening the intake valve, and flows into the intake passage portion via the throttle valve Basic air amount calculation means for calculating the basic air amount based on the flow rate of air passing through the throttle valve and the opening time of each intake valve, and the excess air amount is calculated based on the amount of decrease in intake pressure due to the opening of the intake valve. In-cylinder charged air amount estimation comprising: an excess air amount calculating means for calculating the amount of in-cylinder charged air for each cylinder by adding the basic air amount and the excess air amount. In the apparatus, the basic air amount calculating means includes The average air flow rate to the cylinder to calculate a virtual intake valve opening time such as to be equal to the throttle-passing air flow rate, using the virtual intake valve opening time as the valve opening time of the intake valve.
According to the first invention, the virtual intake valve opening time is such that the average air flow rate to all cylinders is equal to the throttle passage air flow rate. For this reason, if there is a backflow of air from the cylinder to the intake pipe, the virtual intake valve opening time is shorter than the actual intake valve opening time, and this virtual intake valve opening time is used. If the basic air amount is calculated by the basic air amount calculating means, the basic air amount can be accurately calculated.

第2の発明では、第1の発明において、上記基本空気量算出手段は、吸気弁開弁時期付近又は吸気弁閉弁時期付近において上記吸気通路部分への空気の逆流が生ずるときに、上記仮想的な吸気弁開弁時間を上記吸気弁の開弁時間として用いる。   According to a second aspect, in the first aspect, the basic air amount calculation means is configured so that the virtual air amount is calculated when a backflow of air to the intake passage portion occurs near the intake valve opening timing or the intake valve closing timing. A typical intake valve opening time is used as the intake valve opening time.

本発明によれば、気筒内から吸気管内への空気の逆流があっても基本空気量を正確に算出することができ、よって筒内充填空気量算出手段により筒内充填空気量を正確に算出することができる。   According to the present invention, the basic air amount can be accurately calculated even if there is a backflow of air from the cylinder into the intake pipe. Therefore, the cylinder charge air amount can be accurately calculated by the cylinder charge air amount calculation means. can do.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図1は、本発明を筒内噴射型火花点火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は別の火花点火式内燃機関や圧縮自着火式内燃機関に適用することも可能である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a direct injection spark ignition type internal combustion engine. The present invention can also be applied to other spark ignition internal combustion engines and compression self-ignition internal combustion engines.

図1に示したように、本実施形態では、例えば8つの気筒を備えた機関本体1は、シリンダブロック2と、シリンダブロック2内で往復動するピストン3と、シリンダブロック2上に固定されたシリンダヘッド4とを具備する。ピストン3とシリンダヘッド4との間には燃焼室5が形成される。シリンダヘッド4には各気筒毎に吸気弁6と、吸気ポート7と、排気弁8と、排気ポート9とが配置される。さらに、図1に示したようにシリンダヘッド4の内壁面の中央部には点火プラグ10が配置され、シリンダヘッド4内壁面周辺部には燃料噴射弁11が配置される。また、ピストン3の頂面には燃料噴射弁11の下方から点火プラグ10の下方まで延びるキャビティ12が形成されている。   As shown in FIG. 1, in this embodiment, for example, an engine body 1 having eight cylinders is fixed on a cylinder block 2, a piston 3 that reciprocates in the cylinder block 2, and the cylinder block 2. And a cylinder head 4. A combustion chamber 5 is formed between the piston 3 and the cylinder head 4. In the cylinder head 4, an intake valve 6, an intake port 7, an exhaust valve 8, and an exhaust port 9 are arranged for each cylinder. Further, as shown in FIG. 1, a spark plug 10 is disposed at the center of the inner wall surface of the cylinder head 4, and a fuel injection valve 11 is disposed around the inner wall surface of the cylinder head 4. Further, a cavity 12 extending from the lower side of the fuel injection valve 11 to the lower side of the spark plug 10 is formed on the top surface of the piston 3.

各気筒の吸気ポート7は吸気枝管13を介してサージタンク14に連結され、サージタンク14は吸気管15を介してエアクリーナ16に連結される。吸気管15内にはステップモータ17によって駆動されるスロットル弁18が配置される。なお、本明細書では、スロットル弁18下流の吸気管15、サージタンク14、吸気枝管12、及び吸気ポート7から成る吸気通路の部分、すなわちスロットル弁18から吸気弁6までの吸気通路の部分を「吸気管部分IM」と称する。一方、各気筒の排気ポート9は排気枝管及び排気管19を介して排気浄化装置20を内蔵した触媒コンバータ21に連結され、この触媒コンバータ21はマフラ(図示せず)を介して大気に連通される。   The intake port 7 of each cylinder is connected to a surge tank 14 via an intake branch pipe 13, and the surge tank 14 is connected to an air cleaner 16 via an intake pipe 15. A throttle valve 18 driven by a step motor 17 is disposed in the intake pipe 15. In this specification, the portion of the intake passage composed of the intake pipe 15 downstream of the throttle valve 18, the surge tank 14, the intake branch pipe 12, and the intake port 7, that is, the portion of the intake passage from the throttle valve 18 to the intake valve 6. Is referred to as an “intake pipe portion IM”. On the other hand, the exhaust port 9 of each cylinder is connected to a catalytic converter 21 containing an exhaust purification device 20 via an exhaust branch pipe and an exhaust pipe 19, and this catalytic converter 21 communicates with the atmosphere via a muffler (not shown). Is done.

各気筒の吸気弁6は吸気弁駆動装置22により開閉駆動される。この吸気弁駆動装置22は、カムシャフトと、クランク角に対するカムシャフトの回転角を進角側と遅角側にとの間で選択的に切り換えるための切換機構とを具備する。カムシャフトの回転角が進角されると図2にADで示されるように吸気弁6の開弁時期VO及び閉弁時期VCが進角され、従って開閉弁時期が進角される。一方、カムシャフトの回転角が遅角されると図2にRTで示されるように吸気弁6の開弁時期VO及び閉弁時期VCが遅角され、従って開閉弁時期が遅角される。この場合、吸気弁6のリフト量及び作用角(開弁期間)が保持されつつ位相角(開弁時期)が変更される。図1に示される内燃機関では、カムシャフトの回転角は機関運転状態に応じて進角側又は遅角側に切り換えられる。なお、吸気弁6の開弁時期が連続的に変更される場合や、リフト量又は作用角が変更される場合にも本発明を適用することができる。   The intake valve 6 of each cylinder is driven to open and close by an intake valve drive device 22. The intake valve driving device 22 includes a camshaft and a switching mechanism for selectively switching the rotation angle of the camshaft with respect to the crank angle between the advance side and the retard side. When the rotation angle of the camshaft is advanced, as shown by AD in FIG. 2, the valve opening timing VO and the valve closing timing VC of the intake valve 6 are advanced, and accordingly the opening / closing valve timing is advanced. On the other hand, when the rotation angle of the camshaft is retarded, the valve opening timing VO and the valve closing timing VC of the intake valve 6 are retarded as shown by RT in FIG. In this case, the phase angle (valve opening timing) is changed while the lift amount and the operating angle (valve opening period) of the intake valve 6 are maintained. In the internal combustion engine shown in FIG. 1, the rotation angle of the camshaft is switched to the advance side or the retard side according to the engine operating state. Note that the present invention can also be applied when the valve opening timing of the intake valve 6 is continuously changed, or when the lift amount or the operating angle is changed.

図1を参照すると、電子制御ユニット(ECU)31はデジタルコンピュータから成り、双方向性バス32を介して相互に接続されたRAM(ランダムアクセスメモリ)33、ROM(リードオンリメモリ)34、CPU(マイクロプロセッサ)35、入力ポート36及び出力ポート37を具備する。スロットル弁18上流の吸気管15には吸気管15を通過する空気(吸気ガス)の流量を検出するためのエアフロメータ40が配置される。また、サージタンク14には、吸気管部分IM内の空気の圧力(以下、「吸気圧」と称す)Pmを検出するための圧力センサ41が配置される。更に、アクセルペダル42にはアクセルペダル42の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ43が接続され、スロットル弁18にはスロットル弁18の開度を検出するためのスロットル開度センサ(図示せず)が設けられる。これらセンサ40、41、43の出力信号はそれぞれ対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。更に、入力ポート36にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ44が接続される。CPU35ではクランク角センサ44の出力パルスに基づいて機関回転数が計算される。一方、出力ポート37は対応する駆動回路39を介して点火プラグ10、燃料噴射弁11、ステップモータ17、及び吸気弁駆動装置22にそれぞれ接続され、これらは電子制御ユニット31からの出力に基づいて制御される。   Referring to FIG. 1, an electronic control unit (ECU) 31 comprises a digital computer, and is connected to each other via a bidirectional bus 32, a RAM (random access memory) 33, a ROM (read only memory) 34, a CPU ( A microprocessor) 35, an input port 36, and an output port 37. An air flow meter 40 for detecting the flow rate of air (intake gas) passing through the intake pipe 15 is disposed in the intake pipe 15 upstream of the throttle valve 18. The surge tank 14 is provided with a pressure sensor 41 for detecting an air pressure (hereinafter referred to as “intake pressure”) Pm in the intake pipe portion IM. Further, a load sensor 43 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 42 is connected to the accelerator pedal 42, and a throttle opening sensor for detecting the opening of the throttle valve 18 (see FIG. Not shown). The output signals of these sensors 40, 41 and 43 are input to the input port 36 via corresponding AD converters 38, respectively. Further, the input port 36 is connected to a crank angle sensor 44 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 °. The CPU 35 calculates the engine speed based on the output pulse of the crank angle sensor 44. On the other hand, the output port 37 is connected to the spark plug 10, the fuel injection valve 11, the step motor 17, and the intake valve drive device 22 through corresponding drive circuits 39, which are based on the output from the electronic control unit 31. Be controlled.

ところで、本実施形態の内燃機関では、i番気筒(i=1,2,…,8)の燃料噴射量(燃料噴射時間)TAUiは例えば次式(1)に基づいて算出される。
TAUi=TAUb・ηi・k …(1)
ここでTAUbは基本燃料噴射量、ηiはi番気筒の空気量バラツキ補正係数、kはその他の補正係数をそれぞれ表している。
Incidentally, in the internal combustion engine of the present embodiment, the fuel injection amount (fuel injection time) TAUi of the i-th cylinder (i = 1, 2,..., 8) is calculated based on, for example, the following equation (1).
TAUi = TAUb · ηi · k (1)
Here, TAUb represents a basic fuel injection amount, ηi represents an air amount variation correction coefficient of the i-th cylinder, and k represents another correction coefficient.

基本燃料噴射量TAUbは空燃比を目標空燃比に一致させるために必要な燃料噴射量である。この基本燃料噴射量TAUbは、機関運転状態に関するパラメータ(例えば、機関負荷及び機関回転数NE等。以下、「運転パラメータ」と称す)の関数として予め求められてマップの形でROM32内に記憶されているか、或いは運転パラメータに基づいた数式により算出される。また、補正係数kは空燃比補正係数、加速増量補正係数等をひとまとめにして表したものであり、補正する必要がないときには1.0とされる。   The basic fuel injection amount TAUb is a fuel injection amount necessary to make the air-fuel ratio coincide with the target air-fuel ratio. This basic fuel injection amount TAUb is obtained in advance as a function of parameters relating to the engine operation state (for example, engine load and engine speed NE, etc., hereinafter referred to as “operation parameters”), and is stored in the ROM 32 in the form of a map. Or calculated by mathematical formulas based on operating parameters. The correction coefficient k is a collective representation of an air-fuel ratio correction coefficient, an acceleration increase correction coefficient, etc., and is set to 1.0 when there is no need for correction.

i番気筒において吸気弁閉弁時に筒内に充填されている空気の量を筒内充填空気量Mci(g)と称すると、空気量バラツキ補正係数ηiは筒内充填空気量Mciの気筒間のバラツキを補償するためのものである。i番気筒の空気量バラツキ補正係数ηiは例えば次式(2)に基づいて算出される。
ηi=Mci/Mcave …(2)
ここで、Mcaveは全気筒の筒内充填空気量Mciの平均値(=ΣMci/8。「8」は気筒数を表す)を表している。
When the amount of air that is filled in the cylinder when the intake valve is closed in the i-th cylinder is referred to as the in-cylinder charged air amount Mci (g), the air amount variation correction coefficient ηi is between the cylinders with the in-cylinder charged air amount Mci. This is to compensate for variations. The air amount variation correction coefficient ηi of the i-th cylinder is calculated based on the following equation (2), for example.
ηi = Mci / Mcave (2)
Here, Mcave represents the average value (= ΣMci / 8, “8” represents the number of cylinders) of the cylinder air charge amount Mci of all cylinders.

ここで、例えば吸気管部分IMの内周面や吸気弁6の外周面上に主として炭素からなるデポジットが形成されると、デポジットの付着量は気筒毎に異なるので、筒内充填空気量Mciに気筒間でバラツキが生じる虞がある。また、燃焼室5の容積等については気筒間で製造誤差が生じている場合があり、この場合にも筒内充填空気量Mciには気筒間でバラツキが生じる虞がある。筒内充填空気量Mciに気筒間でバラツキが生じた場合に全ての気筒について燃料噴射量を等しいままとすると、空燃比や出力トルクに気筒間でバラツキが生ずることになる。そこで本実施形態では、空気量バラツキ補正係数ηiを導入し、筒内充填空気量の気筒間バラツキを補償するようにしている。   Here, for example, if a deposit mainly made of carbon is formed on the inner peripheral surface of the intake pipe portion IM or the outer peripheral surface of the intake valve 6, the deposit adhesion amount varies from cylinder to cylinder. There is a risk of variation between cylinders. In addition, there may be a manufacturing error between the cylinders in the volume of the combustion chamber 5 and the like. In this case as well, there is a possibility that the in-cylinder charged air amount Mci may vary between the cylinders. If the cylinder charge air amount Mci varies among the cylinders and the fuel injection amount is kept equal for all the cylinders, the air-fuel ratio and the output torque will vary among the cylinders. Therefore, in the present embodiment, an air amount variation correction coefficient ηi is introduced to compensate for the variation between cylinders in the in-cylinder charged air amount.

なお、燃料噴射が実際に行われるタイミングが燃料噴射量TAUiの算出タイミングよりも或る時間だけ先であることを考慮し、式(1)における基本燃料噴射量TAUbを式(1)による燃料噴射量TAUiの算出タイミングよりも或る時間だけ先の予測値とすることもできる。   In consideration of the fact that the timing at which the fuel injection is actually performed is a certain time ahead of the calculation timing of the fuel injection amount TAUi, the basic fuel injection amount TAUb in equation (1) is the fuel injection by equation (1). The predicted value may be a certain time ahead of the calculation timing of the amount TAUi.

或いは、i番気筒の燃料噴射量TAUiを次式(3)に基づいて算出することもできる。
TAUi=Mci・k/AFt …(3)
ここで、AFtは目標空燃比である。
Alternatively, the fuel injection amount TAUi of the i-th cylinder can be calculated based on the following equation (3).
TAUi = Mci · k / AFt (3)
Here, AFt is a target air-fuel ratio.

このように、燃料噴射量TAUiを式(1)に基づいて算出する場合も、式(3)に基づいて算出する場合も、全ての気筒について空燃比を目標空燃比と一致させて出力トルクの気筒間でのバラツキをなくすためには、筒内充填空気量Mciを正確に求める必要がある。   As described above, whether the fuel injection amount TAUi is calculated based on the formula (1) or the formula (3), the air-fuel ratio is made to coincide with the target air-fuel ratio for all the cylinders, and the output torque is calculated. In order to eliminate the variation between the cylinders, it is necessary to accurately obtain the in-cylinder charged air amount Mci.

本実施形態では、i番気筒の吸気弁6が開弁することにより生ずる吸気圧Pmの低下量である吸気圧低下量ΔPmdwniに基づいて筒内充填空気量Mciが算出される。次に、図3〜図5を参照しながらまず吸気圧低下量ΔPmdwniについて説明する。   In the present embodiment, the in-cylinder charged air amount Mci is calculated based on the intake pressure decrease amount ΔPmdwni that is the decrease amount of the intake pressure Pm generated by opening the intake valve 6 of the i-th cylinder. Next, the intake pressure decrease amount ΔPmdwni will be described first with reference to FIGS.

図3は、圧力センサ41により例えば一定時間間隔で720°クランク角にわたって検出された吸気圧Pmを示している。図3に示した内燃機関における吸気順序は、#1−#8−#4−#3−#6−#5−#7−#2である。図3において、OPi(i=1,2,…,8)はi番気筒の吸気弁6の開閉弁時期を表しており、0°クランク角は1番気筒#1の吸気上死点を表している。図3からわかるように、或る気筒への吸気が開始されると、上昇していた吸気圧Pmが低下し始め、斯くして吸気圧Pmに上向きのピークが生ずる。吸気圧Pmは更に低下した後に再び上昇し、斯くして吸気圧Pmに下向きのピークが生ずる。このように、吸気圧Pmには上向きのピークと下向きのピークとが交互に生ずることになる。図3には、i番気筒の吸気弁6が開弁することにより吸気圧Pmに生ずる上向きのピークがUPiで、下向きのピークがDNiでそれぞれ示されている。   FIG. 3 shows the intake pressure Pm detected by the pressure sensor 41 over, for example, a 720 ° crank angle at regular time intervals. The intake order in the internal combustion engine shown in FIG. 3 is # 1- # 8- # 4- # 3- # 6- # 5- # 7- # 2. In FIG. 3, OPi (i = 1, 2,..., 8) represents the opening / closing valve timing of the intake valve 6 of the i-th cylinder, and the 0 ° crank angle represents the intake top dead center of the # 1 cylinder # 1. ing. As can be seen from FIG. 3, when intake into a certain cylinder is started, the intake pressure Pm that has increased starts to decrease, and thus an upward peak occurs in the intake pressure Pm. The intake pressure Pm further decreases and then increases again, so that a downward peak occurs in the intake pressure Pm. As described above, an upward peak and a downward peak are alternately generated in the intake pressure Pm. In FIG. 3, the upward peak generated in the intake pressure Pm when the intake valve 6 of the i-th cylinder is opened is indicated by UPi, and the downward peak is indicated by DNi.

図4に示されるように、上向きのピークUPiにおける吸気圧Pmを最大値Pmmaxi、下向きのピークDNiにおける吸気圧Pmを最小値Pmminiと称すると、i番気筒への吸気が行われることにより吸気圧Pmが最大値Pmmaxiから最小値Pmminiまで低下する。従って、この場合の吸気圧低下量ΔPmdwniは次式(4)で表される。
ΔPmdwni=Pmmaxi−Pmmini …(4)
As shown in FIG. 4, when the intake pressure Pm at the upward peak UPi is referred to as a maximum value Pmmaxi, and the intake pressure Pm at the downward peak DNi is referred to as a minimum value Pmmini, the intake pressure to the i-th cylinder is performed. Pm decreases from the maximum value Pmmaxi to the minimum value Pmmini. Therefore, the intake pressure decrease amount ΔPmdwni in this case is expressed by the following equation (4).
ΔPmdwni = Pmmaxi−Pmmini (4)

一方、図4に示されるように、吸気弁6が開弁すると、吸気管IMから流出してi番気筒の筒内CYLに吸入される空気の流量である筒内吸入空気流量mci(g/sec、図5参照)が増大し始める。次いで、筒内吸入空気流量mciが、スロットル弁17を通過して吸気管IM内に流入する空気の流量であるスロットル弁通過空気流量mt(g/sec、図5参照)よりも大きくなると、吸気圧Pmが低下し始める。次いで、筒内吸入空気流量mciが低下してスロットル弁通過空気流量mtよりも小さくなると、吸気圧Pmが増大し始める。   On the other hand, as shown in FIG. 4, when the intake valve 6 is opened, the cylinder intake air flow rate mci (g / g), which is the flow rate of air that flows out of the intake pipe IM and is sucked into the cylinder CYL of the i-th cylinder. sec, see FIG. 5) begins to increase. Next, when the in-cylinder intake air flow rate mci becomes larger than the throttle valve passage air flow rate mt (g / sec, see FIG. 5), which is the flow rate of air passing through the throttle valve 17 and flowing into the intake pipe IM, The atmospheric pressure Pm begins to decrease. Next, when the in-cylinder intake air flow rate mci decreases and becomes smaller than the throttle valve passage air flow rate mt, the intake pressure Pm starts to increase.

即ち、吸気管IM内にスロットル弁17を介して空気がスロットル弁通過空気流量mtだけ流入し、i番気筒への吸気が行われると吸気管IMから各吸気弁6を介し空気が筒内吸入空気流量mciだけ流出することを考えると、流出分である筒内吸入空気流量mciが流入分であるスロットル弁通過空気流量mtを一時的に超過し、このため吸気管IM内の圧力である吸気圧Pmが吸気圧低下量ΔPmdwniだけ低下する。   That is, when air flows into the intake pipe IM through the throttle valve 17 by the throttle valve passage air flow rate mt and intake into the i-th cylinder is performed, air is sucked into the cylinder from the intake pipe IM through the intake valves 6. Considering that the air flow rate mci flows out, the in-cylinder intake air flow rate mci, which is the outflow amount, temporarily exceeds the throttle valve passing air flow rate mt, which is the inflow amount, and therefore, the intake pressure that is the pressure in the intake pipe IM. The atmospheric pressure Pm decreases by the intake pressure decrease amount ΔPmdwni.

さて、筒内充填空気量Mciは筒内吸入空気流量mciを時間積分したものである。従って、筒内充填空気量Mci又は空気量バラツキ補正係数ηiに対する吸気弁開閉弁時期OPi(図3参照)の重複の影響を無視できるとすると、筒内充填空気量Mciは次式(5)のように表すことができる。

Figure 0003945510
ここで、tmaxiはi番気筒への吸気により吸気圧Pmに上向きのピークが発生する時刻である上向きピーク発生時刻を、tminiはi番気筒への吸気により吸気圧Pmに下向きのピークが発生する時刻である下向きピーク発生時刻を、Δtdwniは上向きピーク発生時刻tmaxiから下向きピーク発生時刻tminiまでの時間間隔(sec)を、Δtocは吸気弁開弁時間(sec)を、それぞれ表している(図4参照)。 The in-cylinder charged air amount Mci is obtained by integrating the in-cylinder intake air flow rate mci with time. Accordingly, if the influence of the overlap of the intake valve opening / closing valve timing OPi (see FIG. 3) on the cylinder filling air amount Mci or the air quantity variation correction coefficient ηi can be ignored, the cylinder filling air amount Mci is expressed by the following equation (5). Can be expressed as:
Figure 0003945510
Here, tmaxi is an upward peak generation time, which is a time when an upward peak occurs in the intake pressure Pm due to intake into the i-th cylinder, and tmini is a downward peak generated in the intake pressure Pm due to intake into the i-th cylinder. The downward peak occurrence time, which is the time, Δtdwni represents the time interval (sec) from the upward peak occurrence time tmaxi to the downward peak occurrence time tmini, and Δtoc represents the intake valve opening time (sec) (FIG. 4). reference).

式(5)において、右辺第1項は図4にT1で示される部分(以下、「領域T1」と称す)、即ち筒内吸入空気流量mciとスロットル弁通過空気流量mtとで囲まれた部分の面積を表したものであり、右辺第2項は図4にT2で示される部分(以下、「領域T2」と称す)、即ち筒内吸入空気流量mciとスロットル弁通過空気流量mtと直線mci=0とで囲まれた部分の面積を台形で近似して表したものである。   In Expression (5), the first term on the right side is a portion indicated by T1 in FIG. 4 (hereinafter referred to as “region T1”), that is, a portion surrounded by the cylinder intake air flow rate mci and the throttle valve passing air flow rate mt. The second term on the right side is a portion indicated by T2 in FIG. 4 (hereinafter referred to as “region T2”), that is, the cylinder intake air flow rate mci, the throttle valve passing air flow rate mt, and the straight line mci. The area of the portion surrounded by = 0 is approximated by a trapezoid.

上述したように、吸気が行われることにより筒内吸入空気流量mciがスロットル弁通過空気流量mtを一時的に超過する。従って、この期間においては、筒内吸入空気流量mciを時間積分して得られる筒内充填空気量Mciがスロットル弁通過空気流量mtの時間積分値を超過する。領域T1はこのように、吸気が行われることにより生ずるスロットル弁通過空気流量mtの積分値に対する筒内充填空気量Mciの超過分を表している。   As described above, the intake air flow rate mci in the cylinder temporarily exceeds the throttle valve passing air flow rate mt due to intake. Therefore, during this period, the cylinder charge air amount Mci obtained by time integration of the cylinder intake air flow rate mci exceeds the time integral value of the throttle valve passage air flow rate mt. The region T1 thus represents an excess of the cylinder charge air amount Mci with respect to the integral value of the throttle valve passage air flow rate mt generated by intake.

従って、一般化して言うと、筒内充填空気量を領域T1の面積で表される基本空気量と領域T2の面積で表される超過空気量とに分割し、超過空気量は、吸気が行われることにより生ずるスロットル弁通過空気量に対する筒内充填空気量の超過分であり、各気筒について基本空気量と超過空気量とを合計することにより各気筒の筒内充填空気量を算出しているということになる。   Therefore, in general terms, the in-cylinder charged air amount is divided into a basic air amount represented by the area of the region T1 and an excess air amount represented by the area of the region T2, and the excess air amount is determined by intake air. This is the excess of the in-cylinder charged air amount with respect to the throttle valve passing air amount generated by the engine, and the in-cylinder charged air amount of each cylinder is calculated by summing the basic air amount and the excess air amount for each cylinder. It turns out that.

一方、吸気管IMについての質量保存則は、吸気管IM内の空気についての状態方程式を用いて次式(6)により表される。

Figure 0003945510
ここで、Vmは吸気管IMの容積(m3)を、Raは気体定数を空気の平均分子量で除算した値(以下、単に「気体定数」と称す)を、Tmは吸気管IM内の空気の温度(K)をそれぞれ表している(図5参照)。式(6)は、Vm/RaをパラメータKmとして表すと、次式(7)のように変形される。
Figure 0003945510
On the other hand, the law of conservation of mass for the intake pipe IM is expressed by the following equation (6) using the equation of state for the air in the intake pipe IM.
Figure 0003945510
Here, Vm is the volume (m 3 ) of the intake pipe IM, Ra is a value obtained by dividing the gas constant by the average molecular weight of air (hereinafter simply referred to as “gas constant”), and Tm is the air in the intake pipe IM. The temperature (K) of each is expressed (refer FIG. 5). Expression (6) is transformed into the following expression (7) when Vm / Ra is expressed as a parameter Km.
Figure 0003945510

時刻tmaxiから時刻tminiまでの間には吸気圧Pmが吸気圧低下量ΔPmdwniだけ低下するため、式(5)は式(7)を用いて次式(8)のように書き直すことができる。

Figure 0003945510
Since the intake pressure Pm decreases by the intake pressure decrease amount ΔPmdwni from the time tmaxi to the time tmini, the equation (5) can be rewritten as the following equation (8) using the equation (7).
Figure 0003945510

そうすると、吸気圧Pmを圧力センサ41により検出して吸気圧低下量ΔPmdwniを算出し、上述したパラメータKmを求め、スロットル弁通過空気流量mtをエアフロメータ40により検出してその平均値mtaveを算出し、時刻tmaxi、tminiを吸気圧Pmから検出して時間間隔Δtdwni(=tmini−tmaxi)を算出すれば、式(8)を用いて筒内充填空気量Mciを算出できることになる。なお、吸気弁開弁時間ΔtocはECU31から吸気弁駆動装置22への指示値であり、従って実際に吸気弁6が開弁している時間である。   Then, the intake pressure Pm is detected by the pressure sensor 41, the intake pressure decrease amount ΔPmdwni is calculated, the above-described parameter Km is obtained, the throttle valve passing air flow rate mt is detected by the air flow meter 40, and the average value mtave is calculated. If the time interval Δtdwni (= tmini−tmaxi) is calculated by detecting the times tmaxi and tmini from the intake pressure Pm, the in-cylinder charged air amount Mci can be calculated using the equation (8). Note that the intake valve opening time Δtoc is an instruction value from the ECU 31 to the intake valve driving device 22, and is therefore the time during which the intake valve 6 is actually opened.

しかしながら、冒頭で述べたように、気筒内に吸入された空気の吸気管内への逆流により、又はその他の要因により、上述したように筒内充填空気量を算出すると筒内充填空気量には誤差が生じてしまう。すなわち、式(8)の右辺第2項は図4の領域T2を台形で近似している。ところが、空気の逆流等が生じた場合には、式(8)の右辺第2項によって近似的に算出される値は、領域T2よりも図6の斜線で示された量だけ多いものとなってしまい、結果的に筒内充填空気量が多めに算出されて誤差が生じてしまう。換言すると、吸気弁開弁時間Δtocを実際に吸気弁6が開弁している時間と等しい値とすると、式(8)の右辺第2項によって近似的に算出される値に誤差が生じてしまう。   However, as described above, if the in-cylinder charged air amount is calculated as described above due to the backflow of the air sucked into the cylinder into the intake pipe or other factors, there is an error in the in-cylinder charged air amount. Will occur. That is, the second term on the right side of Equation (8) approximates the region T2 in FIG. 4 with a trapezoid. However, when air backflow or the like occurs, the value approximately calculated by the second term on the right side of Equation (8) is larger than the region T2 by the amount indicated by the oblique lines in FIG. As a result, a large amount of air filled in the cylinder is calculated, and an error occurs. In other words, if the intake valve opening time Δtoc is set to a value equal to the time during which the intake valve 6 is actually opened, an error occurs in the value approximately calculated by the second term on the right side of Equation (8). End up.

そこで本発明では、吸気弁開弁時間Δtocを実際に吸気弁6が開弁している時間とせずに適切な値に調整することにより、空気の逆流等が生じた場合であっても領域T2を高精度に算出することができるようにしている。以下、図7及び図8を参照しながら本発明における筒内充填空気量の算出方法について説明する。   Therefore, in the present invention, even if air backflow or the like occurs by adjusting the intake valve opening time Δtoc to an appropriate value instead of the actual opening time of the intake valve 6, the region T2 Can be calculated with high accuracy. Hereinafter, a method for calculating the cylinder air charge amount in the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8.

図7は、1番気筒の吸気上死点から次の1番気筒の吸気上死点までのクランク角720°の間における全ての気筒についての筒内充填空気流量mci及びスロットル弁通過空気流量平均値mtaveを示している。   FIG. 7 shows an in-cylinder charge air flow rate mci and an average air flow rate through the throttle valve for all cylinders between a crank angle of 720 ° from the intake top dead center of the first cylinder to the intake top dead center of the next cylinder. The value mave is shown.

このクランク角720°の間において吸気管IM内に流入した空気の総量は図7(A)にハッチングで示される部分の面積であって、このクランク角720°の間におけるスロットル弁通過空気流量平均値mtaveと、クランクシャフトがクランク角720°だけ回転するのに要した所要時間t720との積で表される(mtave・t720)。一方、このクランク角720°の間において吸気管IMから流出して気筒内に充填された空気の総量は図7(B)にハッチングで示される部分の面積であって、筒内充填空気量Mciの合計ΣMciで表される。 The total amount of air flowing into the intake pipe IM during this crank angle 720 ° is the area of the portion indicated by hatching in FIG. 7A, and the average air flow rate through the throttle valve during this crank angle 720 ° value mtave, crankshaft is represented by a product of the required time t 720 taken to rotate by the crank angle 720 ° (mtave · t 720) . On the other hand, the total amount of air that flows out of the intake pipe IM and is filled in the cylinder during the crank angle 720 ° is the area of the portion indicated by hatching in FIG. 7B, and is the in-cylinder charged air amount Mci. It is represented by ΣMci.

クランク角720°の始点と終点とで吸気圧Pmがほとんど変化していなければ、このクランク角720°の間に吸気管IM内に流入した空気の総量と、吸気管IMから流出して各気筒内に充填された空気の総量とは、互いにほぼ等しいはずである。従って、この場合には次式(9)が成立する。

Figure 0003945510
If the intake pressure Pm hardly changes between the start point and the end point of the crank angle 720 °, the total amount of air flowing into the intake pipe IM during the crank angle 720 ° and the cylinders flowing out of the intake pipe IM The total amount of air filled inside should be approximately equal to each other. Therefore, in this case, the following equation (9) is established.
Figure 0003945510

そして、式(9)の右辺に式(8)を代入して整理すると、次式(10)のように表すことができる。

Figure 0003945510
ここで、Tmaveは、クランク角720°の間における吸気管IM内の空気温度平均値を表している。 Then, when Expression (8) is substituted into the right side of Expression (9) and rearranged, it can be expressed as the following Expression (10).
Figure 0003945510
Here, Tmave represents an air temperature average value in the intake pipe IM during a crank angle of 720 °.

ところが、式(10)は実際には成立しない可能性がある。これは上述したように、吸気弁開弁時間Δtocを実際に吸気弁6が開弁している時間と等しい値とすることで式(8)の右辺第2項によって近似的に算出される値に誤差が生じてしまうためである。   However, equation (10) may not actually hold. As described above, this is a value approximately calculated by the second term on the right side of Expression (8) by setting the intake valve opening time Δtoc to a value equal to the time during which the intake valve 6 is actually opened. This is because an error occurs.

そこで、本発明では、上記式(10)について、吸気弁開弁時間Δtocの代わりに変数xを用いる。この場合、上記式(10)は次式(11)のように表される。

Figure 0003945510
Therefore, in the present invention, the variable x is used for the above equation (10) instead of the intake valve opening time Δtoc. In this case, the above formula (10) is expressed as the following formula (11).
Figure 0003945510

そして、式(11)を変数xについて整理すると、次式(12)のように表すことができる。

Figure 0003945510
Then, when formula (11) is arranged for variable x, it can be expressed as the following formula (12).
Figure 0003945510

このようにして算出される変数xは、吸気弁開弁時間Δtocに対応する値であって、クランク角720°の間に吸気管IM内に流入した空気の総量と、吸気管IMから流出して各気筒内に充填された空気の総量とが等しいと仮定した場合に定まる値である(以下、「仮想的な吸気弁開弁時間」と称す)。すなわち、仮想的な吸気弁開弁時間xは、図8において点線で囲まれた部分(すなわち、上底をΔtdwni、下底を仮想的な吸気弁開弁時間x、高さをmtaveとする台形部分)の面積が、筒内吸入空気流量mciとスロットル弁通過空気流量mtaveと直線mci=0とで囲まれた部分(領域T2)の面積と等しくなるように定められる値である。ただし、図8は1気筒について示しているが、実際には仮想的な吸気弁開弁時間xは、上記点線で囲まれた部分の面積の全気筒分の合計値が領域T2の面積の全気筒分の合計値と等しくなるように定められている。   The variable x calculated in this way is a value corresponding to the intake valve opening time Δtoc, and the total amount of air that has flowed into the intake pipe IM during the crank angle of 720 ° and the outflow from the intake pipe IM. This value is determined when it is assumed that the total amount of air charged in each cylinder is equal (hereinafter referred to as “virtual intake valve opening time”). In other words, the virtual intake valve opening time x is a trapezoid with a portion surrounded by a dotted line in FIG. 8 (that is, a trapezoid in which the upper base is Δtdwni, the lower base is the virtual intake valve opening time x, and the height is mtave. The area of the portion is determined to be equal to the area of the portion (region T2) surrounded by the in-cylinder intake air flow rate mci, the throttle valve passage air flow rate mave, and the straight line mci = 0. However, although FIG. 8 shows one cylinder, the virtual intake valve opening time x is actually the total value of all cylinders in the area surrounded by the dotted line is the total area of the region T2. It is determined to be equal to the total value of the cylinders.

一方、式(8)は、Δtocの代わりに変数xを用いて表すと、次式(13)のようになる。

Figure 0003945510
On the other hand, when Expression (8) is expressed using a variable x instead of Δtoc, Expression (13) is obtained.
Figure 0003945510

そして、式(13)に、式(12)によって算出された変数xの値を代入することにより、各気筒への筒内充填空気量が正確に算出されるようになる。   Then, by substituting the value of the variable x calculated by Expression (12) into Expression (13), the in-cylinder charged air amount to each cylinder is accurately calculated.

すなわち、本発明によれば、全気筒への平均空気流量がスロットル通過空気流量と等しくなるような仮想的な吸気弁開弁時間が算出され、斯かる仮想的な吸気弁開弁時間を吸気弁の開弁時間として利用して領域T2を算出することで、各気筒への筒内充填空気量を正確に算出することができる。   That is, according to the present invention, a virtual intake valve opening time is calculated such that the average air flow rate to all cylinders is equal to the throttle passage air flow rate, and the virtual intake valve opening time is calculated as the intake valve opening time. By calculating the region T2 using the valve opening time, it is possible to accurately calculate the in-cylinder charged air amount for each cylinder.

図9は、本発明の実施形態によるi番気筒の燃料噴射量TAUiの算出ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定クランク角ごとの割り込みによって実行される。   FIG. 9 shows a routine for calculating the fuel injection amount TAUi of the i-th cylinder according to the embodiment of the present invention. This routine is executed by interruption every predetermined crank angle.

図9を参照すると、ステップ101では負荷センサ43及びクランク角センサ44等によって検出された機関負荷、機関回転数等に基づいて基本燃料噴射量TAUbが算出される。次いで、ステップ102では、図10に示した筒内充填空気量Mciの算出ルーチンが実行され、これにより各気筒への筒内充填空気量Mciが算出される。次いで、ステップ103では、ステップ102で算出された各気筒への筒内充填空気量Mci及びこの筒内充填空気量の全気筒の平均値Mcaveに基づいて式(2)を用いてi番気筒空気量バラツキ補正係数ηiが算出される(i=1,2,…,8)。次いで、ステップ104では補正係数kが算出される。ステップ105では、ステップ101、103、104で算出された基本燃料噴射量TAUb、空気量バラツキ補正係数ηi及び補正係数kに基づいて式(1)を用いて燃料噴射量TAUiが算出される。i番気筒の燃料噴射弁11では燃料噴射量TAUiだけ燃料が噴射される。   Referring to FIG. 9, in step 101, the basic fuel injection amount TAUb is calculated based on the engine load, engine speed, etc. detected by the load sensor 43, the crank angle sensor 44, and the like. Next, at step 102, a routine for calculating the cylinder charge air amount Mci shown in FIG. 10 is executed, whereby the cylinder charge air amount Mci for each cylinder is calculated. Next, in step 103, the i-th cylinder air is calculated using equation (2) based on the in-cylinder charged air amount Mci calculated in step 102 and the average value Mcave of all the cylinders in the in-cylinder charged air amount. A quantity variation correction coefficient ηi is calculated (i = 1, 2,..., 8). Next, at step 104, a correction coefficient k is calculated. In step 105, the fuel injection amount TAUi is calculated using equation (1) based on the basic fuel injection amount TAUb, the air amount variation correction coefficient ηi, and the correction coefficient k calculated in steps 101, 103, and 104. The fuel injection valve 11 of the i-th cylinder injects fuel by the fuel injection amount TAUi.

図10は、本発明の実施形態によるi番気筒の筒内充填空気量Mciの算出ルーチンを示している。   FIG. 10 shows a routine for calculating the in-cylinder charged air amount Mci of the i-th cylinder according to the embodiment of the present invention.

図10を参照すると、ステップ121ではエアフロメータ40の出力等からスロットル弁通過空気流量mtが検出される。次いで、ステップ122では圧力センサ41の出力からi番気筒の吸気弁6が開弁することによる吸気圧の上向きピーク発生時刻tmaxi及び下向きピーク発生時刻tminiが検出される(i=1,2,…,8)。次いで、ステップ123ではステップ122で検出されたピーク発生時刻tmaxi、tminiに基づいてi番気筒の時間間隔Δtdwniが算出される(Δtdwni=tmini−tmaxi)。次いで、ステップ124では、図11に示した仮想的な吸気弁開弁時間xの算出ルーチンにより算出された変数xが取得される。   Referring to FIG. 10, in step 121, the throttle valve passing air flow rate mt is detected from the output of the air flow meter 40 or the like. Next, at step 122, the upward peak occurrence time tmaxi and the downward peak occurrence time tmini due to the opening of the intake valve 6 of the i-th cylinder are detected from the output of the pressure sensor 41 (i = 1, 2,...). , 8). Next, at step 123, the time interval Δtdwni of the i-th cylinder is calculated based on the peak occurrence times tmaxi and tmini detected at step 122 (Δtdwni = tmini−tmaxi). Next, at step 124, the variable x calculated by the virtual intake valve opening time x calculation routine shown in FIG. 11 is acquired.

ステップ125では、圧力センサ41の出力からi番気筒の吸気弁6が開弁することによる吸気圧の最大値Pmmaxi及び最小値Pmminiが検出される。次いでステップ126では、ステップ125で検出された最大値Pmmaxi及び最小値Pmminiに基づいて式(4)を用いてi番気筒の吸気圧低下量ΔPmdwniが算出される。ステップ127では温度センサ(図示せず)等の出力に基づいて吸気管部分IM内の温度Tmが検出される。そして、ステップ128では、ステップ121、123、124、126及び127で算出されたmt、Δtdwni、x、ΔPmdwni及びTmに基づいて式(13)を用いて各気筒への筒内充填空気量Mciが算出される。算出された各気筒への筒内充填空気量Mciは図9に示した各気筒への燃料噴射量TAUiの算出に用いられる。   In step 125, the maximum value Pmmaxi and the minimum value Pmmini of the intake pressure due to the opening of the intake valve 6 of the i-th cylinder are detected from the output of the pressure sensor 41. Next, at step 126, the intake pressure decrease amount ΔPmdwni of the i-th cylinder is calculated using equation (4) based on the maximum value Pmmaxi and the minimum value Pmmini detected at step 125. In step 127, the temperature Tm in the intake pipe portion IM is detected based on the output of a temperature sensor (not shown) or the like. In step 128, the in-cylinder charged air amount Mci for each cylinder is calculated using equation (13) based on mt, Δtdwni, x, ΔPmdwni, and Tm calculated in steps 121, 123, 124, 126, and 127. Calculated. The calculated in-cylinder charged air amount Mci for each cylinder is used to calculate the fuel injection amount TAUi for each cylinder shown in FIG.

図11は本発明の実施形態による変数xの算出ルーチンを示している。この算出ルーチンはクランクシャフトが720°回転する毎に行われる。   FIG. 11 shows a variable x calculation routine according to an embodiment of the present invention. This calculation routine is performed every time the crankshaft rotates 720 °.

図11を参照すると、ステップ141ではクランク角センサ44の出力等に基づいてクランクシャフトが720°回転するのに要した時間t720が検出される。次いで、ステップ142ではエアフロメータ40の出力等から、クランクシャフトが720°回転している間のスロットル通過空気流量の平均値mtaveが算出される。次いで、ステップ143では図10のステップ123で算出された時間間隔Δtdwniを全ての気筒について合計することで、ΣΔtdwniが算出される。ステップ144では、図10のステップ125で算出された吸気圧低下量ΔPmdwniを全ての気筒について合計することで、ΣΔPmdwniが算出される。次いで、ステップ145では、温度センサの出力に基づいて吸気管部分IM内の温度の平均値Tmaveが算出される。次いで、ステップ146では、ステップ141、142、143、144及び145で算出されたt720、mtave、ΣΔtdwni、ΣΔPmdwni及びTmaveに基づいて式(12)を用いて変数xの値が算出される。 Referring to FIG. 11, in step 141, a time t 720 required for the crankshaft to rotate 720 ° is detected based on the output of the crank angle sensor 44 and the like. Next, at step 142, an average value mave of the throttle passage air flow rate while the crankshaft rotates 720 ° is calculated from the output of the air flow meter 40 and the like. Next, in step 143, ΣΔtdwni is calculated by adding the time intervals Δtdwni calculated in step 123 of FIG. 10 for all the cylinders. In step 144, ΣΔPmdwni is calculated by adding the intake pressure decrease amount ΔPmdwni calculated in step 125 of FIG. 10 for all the cylinders. Next, at step 145, the average value Tmave of the temperature in the intake pipe portion IM is calculated based on the output of the temperature sensor. Next, in step 146, the value of the variable x is calculated using equation (12) based on t 720 , mtave, ΣΔtdwni, ΣΔPmdwni and Tmave calculated in steps 141, 142, 143, 144 and 145.

なお、上述したように、式(12)はクランク角720°の始点と終点とで吸気圧Pmがほとんど変化していことを条件として成立するため、定常運転時にのみ筒内充填空気量Mciを算出し、クランク角720°の始点と終点とで吸気圧Pmが変動し易い過渡運転時には筒内充填空気量Mciの算出を中止するのが好ましい。ここで、定常運転時とは例えば機関負荷や機関回転数がほぼ一定の運転時を意味し、過渡運転時とは例えば機関負荷や機関回転数が変動する運転時を意味する。   As described above, equation (12) is established on the condition that the intake pressure Pm is almost changed between the start point and the end point of the crank angle of 720 °. Therefore, the cylinder charge air amount Mci is calculated only during the steady operation. In the transient operation in which the intake pressure Pm is likely to fluctuate between the start point and the end point of the crank angle of 720 °, it is preferable to stop calculating the in-cylinder charged air amount Mci. Here, the steady operation means, for example, an operation in which the engine load and the engine speed are substantially constant, and the transient operation means, for example, an operation in which the engine load and the engine speed fluctuate.

また、上記説明では、吸気弁開閉弁時期が遅角側に設定されて吸気弁が吸気下死点以降にも開弁し、それにより気筒内に吸入された空気が吸気管内へ逆流する場合について本発明が適用されている。しかしながら、本発明は上記場合のみならず、例えば吸気弁開閉弁時期が進角側に設定されて吸気弁が吸気上死点以前から開弁し、それにより吸気弁が開弁されながらも空気が吸気管内へ流入しないような場合にも適用することができる。   In the above description, the intake valve opening / closing valve timing is set to the retard side, and the intake valve opens even after the intake bottom dead center, so that the air sucked into the cylinder flows back into the intake pipe The present invention is applied. However, the present invention is not limited to the above case. For example, the intake valve opening / closing valve timing is set to the advance side, and the intake valve opens before the intake top dead center. The present invention can also be applied to a case where the air does not flow into the intake pipe.

本発明が適用される内燃機関の全体図である。1 is an overall view of an internal combustion engine to which the present invention is applied. 吸気弁開弁時期を示す図である。It is a figure which shows the intake valve opening timing. 吸気圧Pmの検出結果を示す図である。It is a figure which shows the detection result of the intake pressure Pm. 吸気圧低下量ΔPmdwniを説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating intake pressure fall amount (DELTA) Pmdwni. 筒内充填空気量Mciの算出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of the cylinder filling air amount Mci. 近似における誤差を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating the error in approximation. 仮想的な吸気弁開弁時間xの算出方法を説明するためのタイムチャートである。6 is a time chart for explaining a method of calculating a virtual intake valve opening time x. 仮想的な吸気弁開弁時間xの算出方法を説明するためのタイムチャートである。6 is a time chart for explaining a method of calculating a virtual intake valve opening time x. 燃料噴射量TAUiの算出ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation routine of the fuel injection amount TAUi. 筒内充填空気量Mciの算出ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation routine of the cylinder filling air amount Mci. 変数xの値の算出ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation routine of the value of the variable x.

符号の説明Explanation of symbols

1 機関本体
6 吸気弁
10 燃料噴射弁
18 スロットル弁
31 ECU
22 吸気弁駆動装置
40 エアフロメータ
41 圧力センサ
IM 吸気管
1 Engine Body 6 Intake Valve 10 Fuel Injection Valve 18 Throttle Valve 31 ECU
22 Intake valve drive device 40 Air flow meter 41 Pressure sensor IM Intake pipe

Claims (2)

複数の気筒と複数の吸気弁とを有する内燃機関の筒内充填空気量推定装置であって、
各気筒への筒内充填空気量を、基本空気量と、吸気弁が開弁することによりスロットル弁通過空気流量を超えて吸気通路部分から気筒内に流入する超過空気量とに二分割し、
吸気通路部分にスロットル弁を介して流入するスロットル弁通過空気流量と各吸気弁の開弁時間とに基づいて基本空気量を算出する基本空気量算出手段と、
上記吸気弁の開弁による吸気圧の低下量に基づいて超過空気量を算出する超過空気量算出手段と、
上記基本空気量と超過空気量とを合計して各気筒への筒内充填空気量を算出する筒内充填空気量算出手段とを具備する筒内充填空気量推定装置において、
上記基本空気量算出手段は、全気筒への平均空気流量がスロットル通過空気流量と等しくなるような仮想的な吸気弁開弁時間を算出し、該仮想的な吸気弁開弁時間を上記吸気弁の開弁時間として用いる筒内充填空気量推定装置。
An in-cylinder charged air amount estimation device for an internal combustion engine having a plurality of cylinders and a plurality of intake valves,
The in-cylinder charged air amount to each cylinder is divided into two parts: a basic air amount and an excess air amount that flows into the cylinder from the intake passage portion exceeding the throttle valve passage air flow rate when the intake valve opens,
A basic air amount calculating means for calculating a basic air amount based on a throttle valve passing air flow rate flowing into the intake passage portion via the throttle valve and a valve opening time of each intake valve;
Excess air amount calculating means for calculating an excess air amount based on the amount of decrease in intake pressure due to the opening of the intake valve;
In-cylinder charged air amount estimation device comprising: cylinder-filled air amount calculating means for calculating the cylinder-filled air amount for each cylinder by adding the basic air amount and the excess air amount,
The basic air amount calculating means calculates a virtual intake valve opening time such that an average air flow rate to all cylinders is equal to a throttle passing air flow rate, and the virtual intake valve opening time is calculated as the intake valve opening time. The in-cylinder charged air amount estimation device used as the valve opening time.
上記基本空気量算出手段は、吸気弁開弁時期付近又は吸気弁閉弁時期付近において上記吸気通路部分への空気の逆流が生ずるときに、上記仮想的な吸気弁開弁時間を上記吸気弁の開弁時間として用いる請求項1に記載の筒内充填空気量推定装置。   The basic air amount calculating means calculates the virtual intake valve opening time of the intake valve when a backflow of air to the intake passage portion occurs near the intake valve opening timing or the intake valve closing timing. The in-cylinder charged air amount estimation device according to claim 1, which is used as a valve opening time.
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