JP2005069019A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】エアクリーナの大気開口部の断面積を可変とした場合において、エアクリーナの下流側に配置されたエアフローメータの出力に基づき推定される吸入空気量が不正確となることを防止する内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】大気開口部の断面積を可変とするエアクリーナ１１と、エアクリーナの下流側に配置されたエアフローメータ７とを具備する内燃機関の制御装置であって、エアフローメータの出力を吸気脈動及び吸気偏流の少なくとも一方の影響に基づき補正するための補正係数を有し、現在のエアクリーナにおける大気開口部の断面積に適合させて補正係数を変更する。
【選択図】 図１
【解決手段】大気開口部の断面積を可変とするエアクリーナ１１と、エアクリーナの下流側に配置されたエアフローメータ７とを具備する内燃機関の制御装置であって、エアフローメータの出力を吸気脈動及び吸気偏流の少なくとも一方の影響に基づき補正するための補正係数を有し、現在のエアクリーナにおける大気開口部の断面積に適合させて補正係数を変更する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関吸気系に配置されたエアクリーナは、大気開口部の断面積を大きくして吸気抵抗を低減することが好ましい。しかしながら、吸気騒音が大気開口部を介して外部へ洩れるために、大気開口部の断面積を大きくすると、吸気騒音はあまり減少されることなく、そのまま外部へ洩れることとなる。この吸気騒音は、特に、排気音やエンジン音、あるいは、ロードノイズが低くなる車両の低速走行時において問題となる。
【０００３】
この問題を解決するために、エアクリーナの大気開口部の断面積を可変とすることにより、車両低速走行時には大気開口部の面積を小さくし、外部へ洩れる吸気騒音を低減することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−９３７８５号公報
【特許文献２】
特開平１１−９３７８５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
機関吸気系のエアクリーナ下流側には、一般的に、エアフローメータが配置されて吸入空気量の推定に使用される。しかしながら、前述のように、エアクリーナの大気開口部の断面積を変化させると、そのままではエアフローメータの出力の信頼性が低下して吸入空気量の推定が不正確となる。
【０００６】
従って、本発明の目的は、エアクリーナの大気開口部の断面積を可変とした場合において、エアクリーナの下流側に配置されたエアフローメータの出力に基づき推定される吸入空気量が不正確となることを防止する内燃機関の制御装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の制御装置は、大気開口部の断面積を可変とするエアクリーナと、前記エアクリーナの下流側に配置されたエアフローメータとを具備する内燃機関の制御装置であって、前記エアフローメータの出力を吸気脈動及び吸気偏流の少なくとも一方の影響に基づき補正するための補正係数を有し、現在の前記エアクリーナにおける前記大気開口部の断面積に適合させて前記補正係数を変更することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の制御装置は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記補正係数を使用して補正された前記エアフローメータの出力に基づき前記エアクリーナの圧力損失を算出することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の制御装置は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記補正係数を使用して補正された前記エアフローメータの出力に基づきスロットル弁より下流側の下流側吸気圧におけるスロットル弁全開時の定常値を算出することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による請求項４に記載の内燃機関の制御装置は、請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、さらに、前記補正係数を使用して補正された前記エアフローメータの出力に基づきスロットル弁より下流側の下流側吸気圧における各スロットル弁開度の定常値を算出することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明による請求項５に記載の内燃機関の制御装置は、大気開口部の断面積を可変とするエアクリーナと、前記エアクリーナの下流側に配置されたエアフローメータとを具備し、前記エアフローメータの出力に基づき前記エアクリーナの圧力損失又はスロットル弁より上流側の上流側吸気圧を算出する内燃機関の制御装置であって、算出された前記圧力損失又は上流側吸気圧は現在の前記エアクリーナにおける前記大気開口部の断面積に応じて補正されることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による制御装置が取り付けられる内燃機関を示す概略図である。同図において、１は機関本体であり、２は各気筒共通のサージタンクである。３はサージタンク２と各気筒とを連通する吸気枝管であり、４はサージタンク２の上流側の吸気通路である。各吸気枝管３には燃料噴射弁５が配置され、吸気通路４におけるサージタンク２の直上流側にはスロットル弁６が配置されている。スロットル弁６は、アクセルペダルに連動するものでも良いが、ここではステップモータ等の駆動装置によって自由に開度設定可能なものとしている。７は吸気通路４のスロットル弁６より上流側に配置されたエアフローメータである。吸気通路４の最上流部にはエアクリーナ１１が配置されている。本実施形態では、特に、エアフローメータ７はエアクリーナ１１の直下流側に位置している。機関本体１において、８は吸気弁であり、９は排気弁であり、１０はピストンである。
【００１３】
本実施形態におけるエアクリーナ１１は、第一大気開口部１１ａと第二大気開口部１１ｂとを有し、第二大気開口部１１ｂには閉鎖弁１１ｃが配置されている。閉鎖弁１１ｃを開弁すれば、吸気は第一大気開口部１１ａ及び第二大気開口部１１ｂの両方からエアクリーナ１１に取り入れられ、エアクリーナ１１の大気開口部全体の断面積を大きくすることができる。それにより、エアクリーナ１１の吸気抵抗は小さくなる。
【００１４】
しかしながら、吸気騒音は、エアクリーナ１１の大気開口部を介して外部へ洩れるために、特に、排気音等が小さくなる車両低速走行時において、この吸気騒音は耳障りとなる。本実施形態では、車両低速走行時に閉鎖弁１１ｃを閉弁し、吸気を第一大気開口部１１ａだけから取り入れるようにしている。それにより、エアクリーナ１１の大気開口部全体の断面積は小さくなり、外部へ洩れる吸気騒音を低減することができる。この時において、エアクリーナ１１の吸気抵抗は増大することとなるが、車両低速走行時には、一般的に多量の吸気を必要としないために、それほど問題とはならない。
【００１５】
ところで、吸気通路４内ではスロットル弁開度に応じた吸気脈動が発生しており、この吸気脈動がエアフローメータ７の出力に影響を与えることがある。スロットル弁開度が小さい時には、吸気脈動は非常に小さいために、これがエアフローメータ７の出力に影響を与えることはない。しかしながら、スロットル弁開度が大きくなると、吸気脈動が徐々に大きくなり、この当初は、エアフローメータ７の出力を実際より低下させる。さらにスロットル弁開度が大きくなって吸気脈動が大きくなると吸気の逆流が発生する。エアフローメータ７は、この逆流する吸気の流量も測定してしまうために、エアフローメータ７の出力は実際より増大してしまう。
【００１６】
このような吸気脈動の影響を考慮して、一般的には、図２に実線で示すようにマップ化した脈動補正係数Ｋ１を使用してエアフローメータ７の出力を補正している。しかしながら、本実施形態のように、エアクリーナ１１の大気開口部の断面積を小さく変化させると、特に、スロットル弁開度が比較的大きな領域において吸気脈動が大きくなる傾向があり、同じ脈動補正係数Ｋ１を使用してエアフローメータ７の出力を補正しても、出力の信頼性を高めることができない。それにより、本実施形態において、この時には、図２に点線で示すような現在の大気開口部の断面積に適合させてマップ化した脈動補正係数Ｋ１’を使用してエアフローメータ７の出力を補正するようにしている。
【００１７】
また、エアフローメータ７は、その検出部が存在する位置における吸気流量を検出するものであるが、一般的に、吸気は吸気通路断面を一様に通過しておらず、エアフローメータ７の出力を実際の吸気流量とするためには、偏流補正係数Ｋ２を設定して、それによる補正が必要である。エアクリーナ１１の大気開口部の断面積を変化させることによって、吸気通路断面を通過する吸気の偏流の仕方が変化するために、エアクリーナ１１の大気開口部の断面積を小さく変化させた時に、同じ偏流補正係数Ｋ２を使用してエアフローメータ７の出力を補正しても、出力の信頼性を高めることはできない。それにより、本実施形態においては、エアクリーナ１１の大気開口部の各断面積形状に適合させて偏流補正係数Ｋ２’を設定して置き、現在の大気開口部の断面積に適合した偏流補正係数Ｋ２又はＫ２’を使用してエアフローメータ７の出力を補正するようにしている。
【００１８】
このように、エアクリーナ１１の大気開口部の断面積を変化させる時に、それに適合した脈動補正係数及び偏流補正係数を使用してエアフローメータ７の出力を補正することにより、エアフローメータ７の出力の信頼性を高めることができ、機関定常時においては、この出力から気筒内へ流入した正確な吸入空気量を把握することができる。
【００１９】
内燃機関１における燃焼空燃比を、例えば、理論空燃比等の所望空燃比にするためには、機関定常時だけでなく、機関過渡時にも吸入空気量を正確に把握しなければならない。エアフローメータ７は応答遅れを有するために、機関過渡時において、現在の出力を脈動補正係数及び偏流補正係数により補正しても、それをそのまま吸入空気量とすることはできない。それにより、本実施形態では、機関吸気系を以下のようにモデル化して吸入空気量を推定するようにしている。
【００２０】
先ず、スロットル弁６をモデル化することにより、吸気がスロットル弁６を通過する際のエネルギ保存則、運動量保存則、及び、状態方程式を使用して、今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ）（ｇ／ｓｅｃ）が、次式（１）によって表される。以下の式を含めて、スロットル弁通過空気量等の変数の添え字（ｉ）は今回（現在）を示し、（ｉ−１）は前回を示している。
【数１】
【００２１】
ここで、μ（ｉ）は流量係数であり、Ａ（ｉ）はスロットル弁６の開口面積（ｍ２）である。もちろん、機関吸気系にアイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣ弁）が設けられている時には、Ａ（ｉ）には、ＩＳＣ弁の開口面積が加えられる。流量係数及びスロットル弁の開口面積は、それぞれがスロットル弁開度ＴＡ（ｉ）（度）の関数となっており、図２及び３には、それぞれのスロットル弁開度ＴＡに対するマップが図示されている。それにより、流量係数と開口面積との積をスロットル弁開度ＴＡの関数とすることができる。Ｒは気体定数であり、Ｔａはスロットル弁上流側の吸気温度（Ｋ）であり、Ｐａｃ（ｉ）はスロットル弁より上流側の上流側吸気圧（ｋＰａ）であり、Ｐｍ（ｉ）はスロットル弁下流側の吸気管圧力、すなわち、下流側吸気圧（ｋＰａ）である。また、関数Φに関しては後述する。
【００２２】
現在のスロットル弁上流側の吸気温度Ｔａ（ｉ）は、吸気通路４のスロットル弁６の上流側に温度センサ（図示せず）を配置して、この温度センサにより検出することが好ましいが、この吸気温度は、エアクリーナ１１の圧力損失とは無関係に外気温度とほぼ等しいと考えることができ、外気温度センサにより検出された外気温度を吸気温度として使用しても良い。
【００２３】
一方、上流側吸気圧は、刻々変化するために、スロットル弁通過空気量ｍｔを算出する毎に圧力センサ（図示せず）によって現在の上流側吸気圧Ｐａｃ（ｉ）を検出すれば良い。
【００２４】
関数Φ（Ｐｍ（ｉ）／Ｐａｃ（ｉ））は、比熱比κを使用して次式（２）によって表されるものであり、図４にはＰｍ／Ｐａｃに対するマップが図示されている。
【数２】
【００２５】
ところで、式（１）において、上流側吸気圧Ｐａｃ（ｉ）は、圧力センサを使用しないで算出することも可能である。大気圧Ｐａと上流側吸気圧Ｐａｃとの差、すなわち、エアクリーナ１１の圧力損失は、ベルヌーイの定理により、次式（３）のように表すことができる。
【数３】
【００２６】
ここで、ρは大気密度であり、ｖはエアクリーナ１１を通過する空気の流速であり、Ｇａはエアクリーナ１１を通過する空気の流量であり、ｋはｖとＧａとの間の比例係数である。標準大気密度ρ０と、標準大気密度ρ０を現在の大気密度ρへ変換するための圧力補正係数ｅｋｐａ及び温度補正係数ｅｋｔｈａとを使用すれば、式（３）は式（３）’のように置き換えることができる。さらに、式（３）’は、流量Ｇａだけを変数とする関数ｆ（Ｇａ）を使用して式（３）’’のように置き換えることができる。
【００２７】
式（３）’’は、現在の上流側吸気圧Ｐａｃ（ｉ）を表す式（４）のように変形することができる。式（４）において、現在の流量Ｇａ（ｉ）は、エアフローメータ７により検出することができる。また、圧力補正係数ｅｋｐａは、検出される現在の大気圧により設定可能であり、温度補正係数ｅｋｔｈａは、検出される現在の大気温度により設定可能である。ここで、現在の流量Ｇａ（ｉ）として使用するエアフローメータ７の出力は、前述したように、流動補正係数Ｋ１又はＫ１’及び偏流補正係数Ｋ２又はＫ２’により補正されることにより、信頼積を高めることができ、正確な上流側吸気圧Ｐａｃ（ｉ）を算出することが可能となる。
【００２８】
式（３）’において、現在の流量として使用するエアフローメータ７の出力は、全く補正しないようにして、又は、常に、一方の流動補正係数Ｋ１又はＫ１’及び一方の偏流補正係数Ｋ２又はＫ２’により補正するようにし、正確な圧力損失が算出されるように、エアクリーナ１１の大気開口部の断面積に応じて比例係数ｋを変更するようにしても良い。また、式（３）’’において、現在の流量として使用するエアフローメータ７の出力は、全く補正しないようにして、又は、常に、一方の流動補正係数Ｋ１又はＫ１’及び一方の偏流補正係数Ｋ２又はＫ２’により補正するようにし、正確な圧力損失が算出されるように、エアクリーナ１１の大気開口部の断面積に応じて関数ｆを変更するようにしても良い。このように、正確な吸入空気量を算出するために、エアフローメータの出力に基づくエアクリーナ１１の圧力損失を、エアフローメータ１１の大気開口部の断面積に応じて補正するようにしても良い。
【００２９】
また、同様に、式（４）において、現在の流量として使用するエアフローメータ７の出力は、全く補正しないようにして、又は、常に、一方の流動補正係数Ｋ１又はＫ１’及び一方の偏流補正係数Ｋ２又はＫ２’により補正するようにし、正確な上流側吸気圧が算出されるように、エアクリーナ１１の大気開口部の断面積に応じて関数ｆを変更するようにしても良い。このように、正確な吸入空気量を算出するために、エアフローメータの出力に基づく上流側吸気圧Ｐａｃ（ｉ）を、エアフローメータ１１の大気開口部の断面積に応じて補正するようにしても良い。
【００３０】
また、エアフローメータ７の出力を試験機等においてスロットル弁開度ＴＡと機関回転数Ｎｅとに基づき予め測定して、エアクリーナ１１の圧力損失の一部を成す関数ｆを予めマップ化することができる。この場合において、スロットル弁開度ＴＡと機関回転数Ｎｅとに基づき測定されるエアフローメータ７の出力は、エアクリーナ１１の大気開口部の断面積を大きくした時と小さくした時とで測定され、それぞれに適した流動補正係数Ｋ１又はＫ１’及び偏流補正係数Ｋ２又はＫ２’により補正されて関数ｆの算出に使用される。こうして、図６に示すように、エアクリーナ１１の大気開口部の断面積を大きくした場合の関数ｆのマップ（Ａ）と、エアクリーナ１１の大気開口部の断面積を小さくした場合の関数ｆ’（断面積を大きくした時の関数ｆと区別するためにダッシュを付している）のマップ（Ｂ）とが設定される。
【００３１】
次いで、吸気弁をモデル化する。気筒内へ供給される吸入空気量ｍｃ（ｉ）（ｇ／ｓｅｃ）は、下流側吸気圧、すなわち、吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）に基づきほぼ線形に変化するものであるために、次式（５）に示す一次関数によって表すことができる。
【数４】
【００３２】
ここで、Ｔｍ（ｉ）はスロットル弁下流側の吸気温度（Ｋ）であり、ａ及びｂは一次関数を特定するためのパラメータである。ｂは気筒内の残留既燃ガス量に相当する値であり、バルブオーバーラップがある場合には、吸気管へ既燃ガスが逆流するために、ｂの値は無視できないほど増加する。また、バルブオーバーラップがある場合において、吸気管圧力Ｐｍが所定圧力以上である時には、吸気管圧力が高いほど既燃ガスの逆流が顕著に減少するために、所定値以下である時に比較して、ａの値は大きくされると共にｂの値は小さくされる。
【００３３】
このように、吸入空気量ｍｃを算出するために使用される一次関数は、内燃機関毎に異なるものであると共に機関運転状態によっても変化するものである。それにより、内燃機関毎及び機関運転状態毎にパラメータａ，ｂをマップ化しておくことが好ましい。
【００３４】
次いで、吸気管をモデル化する。吸気管内に存在する吸気の質量保存則、エネルギ保存則、及び、状態方程式を使用して、吸気管圧力Ｐｍとスロットル弁下流側の吸気温度Ｔｍとの比における時間変化率は次式（６）によって表され、また、吸気管圧力Ｐｍの時間変化率は次式（７）によって表される。ここで、Ｖは吸気管の容積（ｍ３）、すなわち、機関吸気系におけるスロットル弁下流側の容積であり、具体的には、吸気通路４の一部とサージタンク２と吸気枝管３との合計容積である。
【数５】
【００３５】
式（６）及び式（７）は離散化され、それぞれ、次式（８）及び（９）が得られ、式（９）によって今回の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）が得られれば、式（８）によって今回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ（ｉ）を得ることができる。式（８）及び（９）において、離散時間Δｔは、吸入空気量ｍｃ（ｉ）を算出するためのフローチャート（図８）における実行間隔とされ、例えば８ｍｓである。
【数６】
【００３６】
ところで、式（１）において、現在のスロットル弁開度が暫く持続した機関定常時を考えると、次式（１０）が成り立つ。ここで、ｍｔｔａ及びＰｍｔａは、この機関定常時におけるスロットル弁通過空気量及び下流側吸気圧である。機関定常時におけるスロットル弁通過空気量は、吸入空気量ｍｃと等しくなるために、式（５）を使用すると、スロットル弁通過空気量ｍｔｔａは、現在の機関運転状態におけるパラメータａ，ｂに基づいて式（１１）のように表すことができる。
【数７】
【００３７】
式（１１）を変形すると次式（１２）を得ることができ、この式（１２）を使用すると、式（１）を次式（１３）のように変形することができる。式（１）においては、特に、流量係数μを正確に適合させることが困難であるが、各スロットル弁開度ＴＡに対して機関運転状態毎（例えば、機関回転数毎）に定常下流側吸気圧Ｐｍｔａを設定して置けば、式（１３）により流量係数を使用することなく、スロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ）を算出することができる。
【数８】
【００３８】
ところで、各スロットル弁開度ＴＡに対する機関運転状態毎の定常下流側吸気圧Ｐｍｔａは、試験機等において、各スロットル弁開度ＴＡに対して機関回転数毎の定常運転を実現し、この時のエアフローメータ７の出力をスロットル弁通過空気量ｍｔとして、式（１）を使用して逆算することが好ましい。この場合においても、エアフローメータ７の出力は、エアクリーナ１１の大気開口部の断面積が大きくされた時と小さくされた時とで、それぞれに適した流動補正係数及び偏流補正係数とにより補正される。
【００３９】
それにより、図７に示すように、エアクリーナ１１の大気開口部の断面積が大きくされた時の定常下流側吸気圧Ｐｍｔａのマップ（Ａ）と、エアクリーナ１１の大気開口部の断面積が小さくされた時の定常下流側吸気圧Ｐｍｔａ’（断面積が大きくされた時の定常下流側吸気圧Ｐｍｔａと区別するためにダッシュを付している）のマップ（Ｂ）とが設定される。ところで、これらマップに設定された各定常下流側吸気圧は、スロットル弁上流側の吸気温度を標準値Ｔ０とし、また、上流側吸気圧を標準値Ｐａ０とした時の値である。
【００４０】
次に、吸入空気量ｍｃを算出するための図８に示すフローチャートを説明する。本フローチャートは、機関始動完了と同時に実行される。先ず、ステップ１０１において、現在のエアクリーナ１１の大気開口部の断面積に基づき、エアフローメータ７の出力を補正するための脈動補正係数マップ（Ｋ１又はＫ１’）が選択される。次いで、ステップ１０２において、現在のエアクリーナ１１の大気開口部の断面積に基づき、エアフローメータ７の出力を補正するための偏流補正係数マップ（Ｋ２又はＫ２’）が選択される。次いで、ステップ１０３では、現在のエアクリーナ１１の大気開口部の断面積に基づき、エアクリーナ１１の圧力損失を算出するのに必要な関数マップ（ｆ又はｆ’）が選択される。
【００４１】
次いで、ステップ１０４において、現在のエアクリーナ１１の大気開口部の断面積に基づき定常下流側吸気圧のマップ（Ｐｍｔａ又はＰｍｔａ’）が選択される。次いで、ステップ１０５では、ステップ１０３において選択されたマップにから現在の機関回転数Ｎｅ及び現在のスロットル弁開度ＴＡに基づき決定される関数値を使用して、式（４）により今回の上流側吸気圧Ｐａｃ（ｉ）が算出される。
【００４２】
次いで、ステップ１０６では、式（９）を使用して下流側吸気圧（吸気管圧力）Ｐｍ（ｉ）が算出される。式（９）において、前回の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ−１）（初期値は大気圧Ｐａ）と、前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ−１）と、前回のスロットル弁より上流側の吸気温度Ｔａ（ｉ−１）と、前回の吸入空気量ｍｃ（ｉ−１）と、前回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ（ｉ−１）（初期値は上流側の吸気温度）とを使用して、今回の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）を算出する。スロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ−１）の初期値は、他の初期値を使用して式（１）又は（１３）により算出され、吸入空気量ｍｃ（ｉ−１）の初期値は、他の初期値を使用して式（５）により算出される。
【００４３】
次いで、ステップ１０７において、今回の下流側吸気圧Ｐｍ（ｉ）が今回のガード値Ｐｍｍａｘ（ｉ）より大きくなっているか否かが判断され、この判断が否定される時にはそのままステップ１０９へ進むが、肯定される時にはステップ１０８において、今回の下流側吸気圧Ｐｍ（ｉ）を今回のガード値Ｐｍｍａｘ（ｉ）へ置換した後にステップ１０９へ進む。
【００４４】
下流側吸気圧の今回のガード値Ｐｍｍａｘ（ｉ）は、ステップ１０６において算出された今回の下流側吸気圧Ｐｍ（ｉ）が非現実的な値となった時に置換するためのものであり、次式（１４）により算出される。
Ｐｍｍａｘ（ｉ）＝Ｐｍｔａｍａｘ＊Ｐａｃ（ｉ）／Ｐａ０ ・・・（１４）
ここで、Ｐｍｔａｍａｘは、ステップ１０４において選択した定常下流側吸気圧のマップにおいて、現在の機関回転数と最大スロットル弁開度（スロットル弁全開時）とに基づき決定される値である。Ｐａｃ（ｉ）はステップ１０５において算出された今回の上流側吸気圧であり、その初期値は大気圧とされる。また、Ｐａ０は定常下流側吸気圧を設定する際に使用した上流側吸気圧の基準値である。
【００４５】
次いで、ステップ１０９において、式（８）を使用して今回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ（ｉ）が算出される。次いで、ステップ１１０において、式（１３）を使用して、今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ）が算出される。式（１３）において、定常下流側吸気圧Ｐｍｔａは、ステップ１０４において選択されたマップから現在の機関回転数Ｎｅ及び現在のスロットル弁開度ＴＡに基づき決定された値である。現在のスロットル弁開度ＴＡ（ｉ）は、現在のアクセルペダルの踏み込み量に対してスロットル弁の駆動装置（ステップモータ）の応答遅れ等が考慮されて推定される。
【００４６】
次いで、ステップ１１１では、今回の下流側吸気圧Ｐｍ（ｉ）及び今回の下流側吸気温度Ｔｍ（ｉ）に基づき式（５）を使用して今回の吸入空気量ｍｃ（ｉ）を算出する。次いで、フローチャートには示していないが、今回の下流側吸気圧Ｐｍ（ｉ）、今回の下流側吸気温度Ｔｍ（ｉ）、今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ）、今回の吸入空気量ｍｃ（ｉ）、及び、今回の上流側吸気温度Ｔａ（ｉ）は、それぞれ前回値として記憶され、次回のフローチャートの実施に備えられる。
【００４７】
本実施形態において、制御を簡素化するために、定常下流側吸気圧は、機関回転数毎に設定するようにしたが、厳密には、可変バルブタイミング機構が設けられている場合には、この制御値によっても定常下流側吸気圧は変化する。それにより、可変バルブタイミング機構のような定常下流側吸気圧に影響する機構が設けられている場合には、機関回転数毎に加えて、その制御値毎に定常下流側吸気圧をマップ化するようにしても良い。
【００４８】
ところで、燃焼空燃比を正確に制御するためには、燃料噴射を開始する以前に気筒内への正確な吸入空気量を推定して、燃料噴射量を決定しなければならない。しかしながら、正確な吸入空気量を推定するためには、厳密には、吸気弁閉弁時における吸入空気流量を算出しなければならない。すなわち、燃料噴射量を決定する時において、現在の吸入空気量ｍｃ（ｉ）ではなく、吸気弁閉弁時における吸入空気量ｍｃ（ｉ＋ｎ）を算出しなければならない。これは、図１に示すような吸気枝管３に燃料を噴射する内燃機関だけでなく、吸気行程において筒内へ直接燃料を噴射する内燃機関においても同様である。
【００４９】
そのためには、現在において、現在のスロットル弁開度ＴＡ（ｉ）だけでなく、吸気弁閉弁時までの時間Δｔ毎のスロットル弁開度ＴＡ（ｉ＋１），ＴＡ（ｉ＋２），・・・ＴＡ（ｉ＋ｎ）に基づき、式（１３）において定常下流側吸気圧Ｐｍｔａを変化させ、各時間のスロットル弁通過空気量ｍｔを算出することが必要となる。
【００５０】
各時間のスロットル弁開度ＴＡは、現在の時間に対するアクセルペダルの踏み込み変化量に基づき、この踏み込み変化量が吸気弁閉弁時まで持続するとして、各時間のアクセルペダルの踏み込み量を推定し、それぞれの推定踏み込み量に対して、スロットル弁アクチュエータの応答遅れを考慮して決定することが考えられる。この方法は、スロットル弁がアクセルペダルと機械的に連結されている場合にも適用することができる。
【００５１】
しかしながら、こうして推定される吸気弁閉弁時におけるスロットル弁開度ＴＡ（ｉ＋ｎ）は、あくまでも予測であり、実際と一致している保証はない。吸気弁閉弁時におけるスロットル弁開度ＴＡ（ｉ＋ｎ）を実際と一致させるために、スロットル弁を遅れ制御するようにしても良い。アクセルペダルの踏み込み量が変化した時に、アクチュエータの応答遅れによって、スロットル弁開度は遅れて変化するが、この遅れ制御は、このスロットル弁の応答遅れを意図的に増大させるものである。
【００５２】
例えば、機関過渡時において、燃料噴射量を決定する時における現在のアクセルペダルの踏み込み量に対応するスロットル弁開度が、吸気弁閉弁時に実現されるように、実際の応答遅れ（無駄時間）を考慮してスロットル弁のアクチュエータを制御すれば、現在から吸気弁閉弁時までの時間毎のスロットル弁開度ＴＡ（ｉ），ＴＡ（ｉ＋１），・・・ＴＡ（ｉ＋ｎ）を正確に把握することができる。さらに具体的に言えば、アクセルペダルの踏み込み量が変化する時には、直ぐにアクチュエータへ作動信号を発するのではなく、燃料噴射量を決定する時から吸気弁閉弁時までの時間から無駄時間を差し引いた時間だけ経過した時にアクチュエータへの作動信号を発するようにするのである。もちろん、現在のアクセルペダルの踏み込み量に対応するスロットル弁開度を、吸気弁閉弁時以降に実現するようにスロットル弁の遅れ制御を実施しても良い。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置によれば、エアフローメータの出力を吸気脈動及び吸気偏流の少なくとも一方の影響に基づき補正するための補正係数が、現在のエアクリーナにおける大気開口部の断面積に適合させて変更されるために、エアフローメータの出力の信頼性低下を抑制することができ、エアフローメータの出力に基づき推定される吸入空気量が不正確となることを防止することができる。
【００５４】
また、請求項５に記載の内燃機関の制御装置によれば、エアフローメータの出力に基づきエアクリーナの圧力損失又はスロットル弁より上流側の上流側吸気圧が算出され、算出された圧力損失又は上流側吸気圧は、現在のエアクリーナにおける大気開口部の断面積に応じて正確な値となるように補正されるために、圧力損失又は上流側吸気圧に基づき算出される吸入空気量が不正確となることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による制御装置が取り付けられる内燃機関の概略図である。
【図２】脈動補正係数のマップである。
【図３】スロットル弁開度ＴＡと流量係数μとの関係を示すマップである。
【図４】スロットル弁開度ＴＡとスロットル弁の開口面積Ａとの関係を示すマップである。
【図５】下流側吸気圧Ｐｍと上流側吸気圧Ｐａｃとの比と、関数Φとの関係を示すマップである。
【図６】エアクリーナの圧力損失を算出するための関数のマップである。
【図７】定常下流側吸気圧のマップである。
【図８】吸入空気量を算出するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
２…サージタンク
３…吸気枝管
４…吸気通路
６…スロットル弁
７…エアフローメータ
１１…エアクリーナ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関吸気系に配置されたエアクリーナは、大気開口部の断面積を大きくして吸気抵抗を低減することが好ましい。しかしながら、吸気騒音が大気開口部を介して外部へ洩れるために、大気開口部の断面積を大きくすると、吸気騒音はあまり減少されることなく、そのまま外部へ洩れることとなる。この吸気騒音は、特に、排気音やエンジン音、あるいは、ロードノイズが低くなる車両の低速走行時において問題となる。
【０００３】
この問題を解決するために、エアクリーナの大気開口部の断面積を可変とすることにより、車両低速走行時には大気開口部の面積を小さくし、外部へ洩れる吸気騒音を低減することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−９３７８５号公報
【特許文献２】
特開平１１−９３７８５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
機関吸気系のエアクリーナ下流側には、一般的に、エアフローメータが配置されて吸入空気量の推定に使用される。しかしながら、前述のように、エアクリーナの大気開口部の断面積を変化させると、そのままではエアフローメータの出力の信頼性が低下して吸入空気量の推定が不正確となる。
【０００６】
従って、本発明の目的は、エアクリーナの大気開口部の断面積を可変とした場合において、エアクリーナの下流側に配置されたエアフローメータの出力に基づき推定される吸入空気量が不正確となることを防止する内燃機関の制御装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の制御装置は、大気開口部の断面積を可変とするエアクリーナと、前記エアクリーナの下流側に配置されたエアフローメータとを具備する内燃機関の制御装置であって、前記エアフローメータの出力を吸気脈動及び吸気偏流の少なくとも一方の影響に基づき補正するための補正係数を有し、現在の前記エアクリーナにおける前記大気開口部の断面積に適合させて前記補正係数を変更することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の制御装置は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記補正係数を使用して補正された前記エアフローメータの出力に基づき前記エアクリーナの圧力損失を算出することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の制御装置は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記補正係数を使用して補正された前記エアフローメータの出力に基づきスロットル弁より下流側の下流側吸気圧におけるスロットル弁全開時の定常値を算出することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による請求項４に記載の内燃機関の制御装置は、請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、さらに、前記補正係数を使用して補正された前記エアフローメータの出力に基づきスロットル弁より下流側の下流側吸気圧における各スロットル弁開度の定常値を算出することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明による請求項５に記載の内燃機関の制御装置は、大気開口部の断面積を可変とするエアクリーナと、前記エアクリーナの下流側に配置されたエアフローメータとを具備し、前記エアフローメータの出力に基づき前記エアクリーナの圧力損失又はスロットル弁より上流側の上流側吸気圧を算出する内燃機関の制御装置であって、算出された前記圧力損失又は上流側吸気圧は現在の前記エアクリーナにおける前記大気開口部の断面積に応じて補正されることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による制御装置が取り付けられる内燃機関を示す概略図である。同図において、１は機関本体であり、２は各気筒共通のサージタンクである。３はサージタンク２と各気筒とを連通する吸気枝管であり、４はサージタンク２の上流側の吸気通路である。各吸気枝管３には燃料噴射弁５が配置され、吸気通路４におけるサージタンク２の直上流側にはスロットル弁６が配置されている。スロットル弁６は、アクセルペダルに連動するものでも良いが、ここではステップモータ等の駆動装置によって自由に開度設定可能なものとしている。７は吸気通路４のスロットル弁６より上流側に配置されたエアフローメータである。吸気通路４の最上流部にはエアクリーナ１１が配置されている。本実施形態では、特に、エアフローメータ７はエアクリーナ１１の直下流側に位置している。機関本体１において、８は吸気弁であり、９は排気弁であり、１０はピストンである。
【００１３】
本実施形態におけるエアクリーナ１１は、第一大気開口部１１ａと第二大気開口部１１ｂとを有し、第二大気開口部１１ｂには閉鎖弁１１ｃが配置されている。閉鎖弁１１ｃを開弁すれば、吸気は第一大気開口部１１ａ及び第二大気開口部１１ｂの両方からエアクリーナ１１に取り入れられ、エアクリーナ１１の大気開口部全体の断面積を大きくすることができる。それにより、エアクリーナ１１の吸気抵抗は小さくなる。
【００１４】
しかしながら、吸気騒音は、エアクリーナ１１の大気開口部を介して外部へ洩れるために、特に、排気音等が小さくなる車両低速走行時において、この吸気騒音は耳障りとなる。本実施形態では、車両低速走行時に閉鎖弁１１ｃを閉弁し、吸気を第一大気開口部１１ａだけから取り入れるようにしている。それにより、エアクリーナ１１の大気開口部全体の断面積は小さくなり、外部へ洩れる吸気騒音を低減することができる。この時において、エアクリーナ１１の吸気抵抗は増大することとなるが、車両低速走行時には、一般的に多量の吸気を必要としないために、それほど問題とはならない。
【００１５】
ところで、吸気通路４内ではスロットル弁開度に応じた吸気脈動が発生しており、この吸気脈動がエアフローメータ７の出力に影響を与えることがある。スロットル弁開度が小さい時には、吸気脈動は非常に小さいために、これがエアフローメータ７の出力に影響を与えることはない。しかしながら、スロットル弁開度が大きくなると、吸気脈動が徐々に大きくなり、この当初は、エアフローメータ７の出力を実際より低下させる。さらにスロットル弁開度が大きくなって吸気脈動が大きくなると吸気の逆流が発生する。エアフローメータ７は、この逆流する吸気の流量も測定してしまうために、エアフローメータ７の出力は実際より増大してしまう。
【００１６】
このような吸気脈動の影響を考慮して、一般的には、図２に実線で示すようにマップ化した脈動補正係数Ｋ１を使用してエアフローメータ７の出力を補正している。しかしながら、本実施形態のように、エアクリーナ１１の大気開口部の断面積を小さく変化させると、特に、スロットル弁開度が比較的大きな領域において吸気脈動が大きくなる傾向があり、同じ脈動補正係数Ｋ１を使用してエアフローメータ７の出力を補正しても、出力の信頼性を高めることができない。それにより、本実施形態において、この時には、図２に点線で示すような現在の大気開口部の断面積に適合させてマップ化した脈動補正係数Ｋ１’を使用してエアフローメータ７の出力を補正するようにしている。
【００１７】
また、エアフローメータ７は、その検出部が存在する位置における吸気流量を検出するものであるが、一般的に、吸気は吸気通路断面を一様に通過しておらず、エアフローメータ７の出力を実際の吸気流量とするためには、偏流補正係数Ｋ２を設定して、それによる補正が必要である。エアクリーナ１１の大気開口部の断面積を変化させることによって、吸気通路断面を通過する吸気の偏流の仕方が変化するために、エアクリーナ１１の大気開口部の断面積を小さく変化させた時に、同じ偏流補正係数Ｋ２を使用してエアフローメータ７の出力を補正しても、出力の信頼性を高めることはできない。それにより、本実施形態においては、エアクリーナ１１の大気開口部の各断面積形状に適合させて偏流補正係数Ｋ２’を設定して置き、現在の大気開口部の断面積に適合した偏流補正係数Ｋ２又はＫ２’を使用してエアフローメータ７の出力を補正するようにしている。
【００１８】
このように、エアクリーナ１１の大気開口部の断面積を変化させる時に、それに適合した脈動補正係数及び偏流補正係数を使用してエアフローメータ７の出力を補正することにより、エアフローメータ７の出力の信頼性を高めることができ、機関定常時においては、この出力から気筒内へ流入した正確な吸入空気量を把握することができる。
【００１９】
内燃機関１における燃焼空燃比を、例えば、理論空燃比等の所望空燃比にするためには、機関定常時だけでなく、機関過渡時にも吸入空気量を正確に把握しなければならない。エアフローメータ７は応答遅れを有するために、機関過渡時において、現在の出力を脈動補正係数及び偏流補正係数により補正しても、それをそのまま吸入空気量とすることはできない。それにより、本実施形態では、機関吸気系を以下のようにモデル化して吸入空気量を推定するようにしている。
【００２０】
先ず、スロットル弁６をモデル化することにより、吸気がスロットル弁６を通過する際のエネルギ保存則、運動量保存則、及び、状態方程式を使用して、今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ）（ｇ／ｓｅｃ）が、次式（１）によって表される。以下の式を含めて、スロットル弁通過空気量等の変数の添え字（ｉ）は今回（現在）を示し、（ｉ−１）は前回を示している。
【数１】
ここで、μ（ｉ）は流量係数であり、Ａ（ｉ）はスロットル弁６の開口面積（ｍ２）である。もちろん、機関吸気系にアイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣ弁）が設けられている時には、Ａ（ｉ）には、ＩＳＣ弁の開口面積が加えられる。流量係数及びスロットル弁の開口面積は、それぞれがスロットル弁開度ＴＡ（ｉ）（度）の関数となっており、図２及び３には、それぞれのスロットル弁開度ＴＡに対するマップが図示されている。それにより、流量係数と開口面積との積をスロットル弁開度ＴＡの関数とすることができる。Ｒは気体定数であり、Ｔａはスロットル弁上流側の吸気温度（Ｋ）であり、Ｐａｃ（ｉ）はスロットル弁より上流側の上流側吸気圧（ｋＰａ）であり、Ｐｍ（ｉ）はスロットル弁下流側の吸気管圧力、すなわち、下流側吸気圧（ｋＰａ）である。また、関数Φに関しては後述する。
【００２２】
現在のスロットル弁上流側の吸気温度Ｔａ（ｉ）は、吸気通路４のスロットル弁６の上流側に温度センサ（図示せず）を配置して、この温度センサにより検出することが好ましいが、この吸気温度は、エアクリーナ１１の圧力損失とは無関係に外気温度とほぼ等しいと考えることができ、外気温度センサにより検出された外気温度を吸気温度として使用しても良い。
【００２３】
一方、上流側吸気圧は、刻々変化するために、スロットル弁通過空気量ｍｔを算出する毎に圧力センサ（図示せず）によって現在の上流側吸気圧Ｐａｃ（ｉ）を検出すれば良い。
【００２４】
関数Φ（Ｐｍ（ｉ）／Ｐａｃ（ｉ））は、比熱比κを使用して次式（２）によって表されるものであり、図４にはＰｍ／Ｐａｃに対するマップが図示されている。
【数２】
ところで、式（１）において、上流側吸気圧Ｐａｃ（ｉ）は、圧力センサを使用しないで算出することも可能である。大気圧Ｐａと上流側吸気圧Ｐａｃとの差、すなわち、エアクリーナ１１の圧力損失は、ベルヌーイの定理により、次式（３）のように表すことができる。
【数３】
ここで、ρは大気密度であり、ｖはエアクリーナ１１を通過する空気の流速であり、Ｇａはエアクリーナ１１を通過する空気の流量であり、ｋはｖとＧａとの間の比例係数である。標準大気密度ρ０と、標準大気密度ρ０を現在の大気密度ρへ変換するための圧力補正係数ｅｋｐａ及び温度補正係数ｅｋｔｈａとを使用すれば、式（３）は式（３）’のように置き換えることができる。さらに、式（３）’は、流量Ｇａだけを変数とする関数ｆ（Ｇａ）を使用して式（３）’’のように置き換えることができる。
【００２７】
式（３）’’は、現在の上流側吸気圧Ｐａｃ（ｉ）を表す式（４）のように変形することができる。式（４）において、現在の流量Ｇａ（ｉ）は、エアフローメータ７により検出することができる。また、圧力補正係数ｅｋｐａは、検出される現在の大気圧により設定可能であり、温度補正係数ｅｋｔｈａは、検出される現在の大気温度により設定可能である。ここで、現在の流量Ｇａ（ｉ）として使用するエアフローメータ７の出力は、前述したように、流動補正係数Ｋ１又はＫ１’及び偏流補正係数Ｋ２又はＫ２’により補正されることにより、信頼積を高めることができ、正確な上流側吸気圧Ｐａｃ（ｉ）を算出することが可能となる。
【００２８】
式（３）’において、現在の流量として使用するエアフローメータ７の出力は、全く補正しないようにして、又は、常に、一方の流動補正係数Ｋ１又はＫ１’及び一方の偏流補正係数Ｋ２又はＫ２’により補正するようにし、正確な圧力損失が算出されるように、エアクリーナ１１の大気開口部の断面積に応じて比例係数ｋを変更するようにしても良い。また、式（３）’’において、現在の流量として使用するエアフローメータ７の出力は、全く補正しないようにして、又は、常に、一方の流動補正係数Ｋ１又はＫ１’及び一方の偏流補正係数Ｋ２又はＫ２’により補正するようにし、正確な圧力損失が算出されるように、エアクリーナ１１の大気開口部の断面積に応じて関数ｆを変更するようにしても良い。このように、正確な吸入空気量を算出するために、エアフローメータの出力に基づくエアクリーナ１１の圧力損失を、エアフローメータ１１の大気開口部の断面積に応じて補正するようにしても良い。
【００２９】
また、同様に、式（４）において、現在の流量として使用するエアフローメータ７の出力は、全く補正しないようにして、又は、常に、一方の流動補正係数Ｋ１又はＫ１’及び一方の偏流補正係数Ｋ２又はＫ２’により補正するようにし、正確な上流側吸気圧が算出されるように、エアクリーナ１１の大気開口部の断面積に応じて関数ｆを変更するようにしても良い。このように、正確な吸入空気量を算出するために、エアフローメータの出力に基づく上流側吸気圧Ｐａｃ（ｉ）を、エアフローメータ１１の大気開口部の断面積に応じて補正するようにしても良い。
【００３０】
また、エアフローメータ７の出力を試験機等においてスロットル弁開度ＴＡと機関回転数Ｎｅとに基づき予め測定して、エアクリーナ１１の圧力損失の一部を成す関数ｆを予めマップ化することができる。この場合において、スロットル弁開度ＴＡと機関回転数Ｎｅとに基づき測定されるエアフローメータ７の出力は、エアクリーナ１１の大気開口部の断面積を大きくした時と小さくした時とで測定され、それぞれに適した流動補正係数Ｋ１又はＫ１’及び偏流補正係数Ｋ２又はＫ２’により補正されて関数ｆの算出に使用される。こうして、図６に示すように、エアクリーナ１１の大気開口部の断面積を大きくした場合の関数ｆのマップ（Ａ）と、エアクリーナ１１の大気開口部の断面積を小さくした場合の関数ｆ’（断面積を大きくした時の関数ｆと区別するためにダッシュを付している）のマップ（Ｂ）とが設定される。
【００３１】
次いで、吸気弁をモデル化する。気筒内へ供給される吸入空気量ｍｃ（ｉ）（ｇ／ｓｅｃ）は、下流側吸気圧、すなわち、吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）に基づきほぼ線形に変化するものであるために、次式（５）に示す一次関数によって表すことができる。
【数４】
ここで、Ｔｍ（ｉ）はスロットル弁下流側の吸気温度（Ｋ）であり、ａ及びｂは一次関数を特定するためのパラメータである。ｂは気筒内の残留既燃ガス量に相当する値であり、バルブオーバーラップがある場合には、吸気管へ既燃ガスが逆流するために、ｂの値は無視できないほど増加する。また、バルブオーバーラップがある場合において、吸気管圧力Ｐｍが所定圧力以上である時には、吸気管圧力が高いほど既燃ガスの逆流が顕著に減少するために、所定値以下である時に比較して、ａの値は大きくされると共にｂの値は小さくされる。
【００３３】
このように、吸入空気量ｍｃを算出するために使用される一次関数は、内燃機関毎に異なるものであると共に機関運転状態によっても変化するものである。それにより、内燃機関毎及び機関運転状態毎にパラメータａ，ｂをマップ化しておくことが好ましい。
【００３４】
次いで、吸気管をモデル化する。吸気管内に存在する吸気の質量保存則、エネルギ保存則、及び、状態方程式を使用して、吸気管圧力Ｐｍとスロットル弁下流側の吸気温度Ｔｍとの比における時間変化率は次式（６）によって表され、また、吸気管圧力Ｐｍの時間変化率は次式（７）によって表される。ここで、Ｖは吸気管の容積（ｍ３）、すなわち、機関吸気系におけるスロットル弁下流側の容積であり、具体的には、吸気通路４の一部とサージタンク２と吸気枝管３との合計容積である。
【数５】
式（６）及び式（７）は離散化され、それぞれ、次式（８）及び（９）が得られ、式（９）によって今回の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）が得られれば、式（８）によって今回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ（ｉ）を得ることができる。式（８）及び（９）において、離散時間Δｔは、吸入空気量ｍｃ（ｉ）を算出するためのフローチャート（図８）における実行間隔とされ、例えば８ｍｓである。
【数６】
ところで、式（１）において、現在のスロットル弁開度が暫く持続した機関定常時を考えると、次式（１０）が成り立つ。ここで、ｍｔｔａ及びＰｍｔａは、この機関定常時におけるスロットル弁通過空気量及び下流側吸気圧である。機関定常時におけるスロットル弁通過空気量は、吸入空気量ｍｃと等しくなるために、式（５）を使用すると、スロットル弁通過空気量ｍｔｔａは、現在の機関運転状態におけるパラメータａ，ｂに基づいて式（１１）のように表すことができる。
【数７】
式（１１）を変形すると次式（１２）を得ることができ、この式（１２）を使用すると、式（１）を次式（１３）のように変形することができる。式（１）においては、特に、流量係数μを正確に適合させることが困難であるが、各スロットル弁開度ＴＡに対して機関運転状態毎（例えば、機関回転数毎）に定常下流側吸気圧Ｐｍｔａを設定して置けば、式（１３）により流量係数を使用することなく、スロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ）を算出することができる。
【数８】
ところで、各スロットル弁開度ＴＡに対する機関運転状態毎の定常下流側吸気圧Ｐｍｔａは、試験機等において、各スロットル弁開度ＴＡに対して機関回転数毎の定常運転を実現し、この時のエアフローメータ７の出力をスロットル弁通過空気量ｍｔとして、式（１）を使用して逆算することが好ましい。この場合においても、エアフローメータ７の出力は、エアクリーナ１１の大気開口部の断面積が大きくされた時と小さくされた時とで、それぞれに適した流動補正係数及び偏流補正係数とにより補正される。
【００３９】
それにより、図７に示すように、エアクリーナ１１の大気開口部の断面積が大きくされた時の定常下流側吸気圧Ｐｍｔａのマップ（Ａ）と、エアクリーナ１１の大気開口部の断面積が小さくされた時の定常下流側吸気圧Ｐｍｔａ’（断面積が大きくされた時の定常下流側吸気圧Ｐｍｔａと区別するためにダッシュを付している）のマップ（Ｂ）とが設定される。ところで、これらマップに設定された各定常下流側吸気圧は、スロットル弁上流側の吸気温度を標準値Ｔ０とし、また、上流側吸気圧を標準値Ｐａ０とした時の値である。
【００４０】
次に、吸入空気量ｍｃを算出するための図８に示すフローチャートを説明する。本フローチャートは、機関始動完了と同時に実行される。先ず、ステップ１０１において、現在のエアクリーナ１１の大気開口部の断面積に基づき、エアフローメータ７の出力を補正するための脈動補正係数マップ（Ｋ１又はＫ１’）が選択される。次いで、ステップ１０２において、現在のエアクリーナ１１の大気開口部の断面積に基づき、エアフローメータ７の出力を補正するための偏流補正係数マップ（Ｋ２又はＫ２’）が選択される。次いで、ステップ１０３では、現在のエアクリーナ１１の大気開口部の断面積に基づき、エアクリーナ１１の圧力損失を算出するのに必要な関数マップ（ｆ又はｆ’）が選択される。
【００４１】
次いで、ステップ１０４において、現在のエアクリーナ１１の大気開口部の断面積に基づき定常下流側吸気圧のマップ（Ｐｍｔａ又はＰｍｔａ’）が選択される。次いで、ステップ１０５では、ステップ１０３において選択されたマップにから現在の機関回転数Ｎｅ及び現在のスロットル弁開度ＴＡに基づき決定される関数値を使用して、式（４）により今回の上流側吸気圧Ｐａｃ（ｉ）が算出される。
【００４２】
次いで、ステップ１０６では、式（９）を使用して下流側吸気圧（吸気管圧力）Ｐｍ（ｉ）が算出される。式（９）において、前回の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ−１）（初期値は大気圧Ｐａ）と、前回のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ−１）と、前回のスロットル弁より上流側の吸気温度Ｔａ（ｉ−１）と、前回の吸入空気量ｍｃ（ｉ−１）と、前回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ（ｉ−１）（初期値は上流側の吸気温度）とを使用して、今回の吸気管圧力Ｐｍ（ｉ）を算出する。スロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ−１）の初期値は、他の初期値を使用して式（１）又は（１３）により算出され、吸入空気量ｍｃ（ｉ−１）の初期値は、他の初期値を使用して式（５）により算出される。
【００４３】
次いで、ステップ１０７において、今回の下流側吸気圧Ｐｍ（ｉ）が今回のガード値Ｐｍｍａｘ（ｉ）より大きくなっているか否かが判断され、この判断が否定される時にはそのままステップ１０９へ進むが、肯定される時にはステップ１０８において、今回の下流側吸気圧Ｐｍ（ｉ）を今回のガード値Ｐｍｍａｘ（ｉ）へ置換した後にステップ１０９へ進む。
【００４４】
下流側吸気圧の今回のガード値Ｐｍｍａｘ（ｉ）は、ステップ１０６において算出された今回の下流側吸気圧Ｐｍ（ｉ）が非現実的な値となった時に置換するためのものであり、次式（１４）により算出される。
Ｐｍｍａｘ（ｉ）＝Ｐｍｔａｍａｘ＊Ｐａｃ（ｉ）／Ｐａ０ ・・・（１４）
ここで、Ｐｍｔａｍａｘは、ステップ１０４において選択した定常下流側吸気圧のマップにおいて、現在の機関回転数と最大スロットル弁開度（スロットル弁全開時）とに基づき決定される値である。Ｐａｃ（ｉ）はステップ１０５において算出された今回の上流側吸気圧であり、その初期値は大気圧とされる。また、Ｐａ０は定常下流側吸気圧を設定する際に使用した上流側吸気圧の基準値である。
【００４５】
次いで、ステップ１０９において、式（８）を使用して今回の吸気管内の吸気温度Ｔｍ（ｉ）が算出される。次いで、ステップ１１０において、式（１３）を使用して、今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ）が算出される。式（１３）において、定常下流側吸気圧Ｐｍｔａは、ステップ１０４において選択されたマップから現在の機関回転数Ｎｅ及び現在のスロットル弁開度ＴＡに基づき決定された値である。現在のスロットル弁開度ＴＡ（ｉ）は、現在のアクセルペダルの踏み込み量に対してスロットル弁の駆動装置（ステップモータ）の応答遅れ等が考慮されて推定される。
【００４６】
次いで、ステップ１１１では、今回の下流側吸気圧Ｐｍ（ｉ）及び今回の下流側吸気温度Ｔｍ（ｉ）に基づき式（５）を使用して今回の吸入空気量ｍｃ（ｉ）を算出する。次いで、フローチャートには示していないが、今回の下流側吸気圧Ｐｍ（ｉ）、今回の下流側吸気温度Ｔｍ（ｉ）、今回のスロットル弁通過空気量ｍｔ（ｉ）、今回の吸入空気量ｍｃ（ｉ）、及び、今回の上流側吸気温度Ｔａ（ｉ）は、それぞれ前回値として記憶され、次回のフローチャートの実施に備えられる。
【００４７】
本実施形態において、制御を簡素化するために、定常下流側吸気圧は、機関回転数毎に設定するようにしたが、厳密には、可変バルブタイミング機構が設けられている場合には、この制御値によっても定常下流側吸気圧は変化する。それにより、可変バルブタイミング機構のような定常下流側吸気圧に影響する機構が設けられている場合には、機関回転数毎に加えて、その制御値毎に定常下流側吸気圧をマップ化するようにしても良い。
【００４８】
ところで、燃焼空燃比を正確に制御するためには、燃料噴射を開始する以前に気筒内への正確な吸入空気量を推定して、燃料噴射量を決定しなければならない。しかしながら、正確な吸入空気量を推定するためには、厳密には、吸気弁閉弁時における吸入空気流量を算出しなければならない。すなわち、燃料噴射量を決定する時において、現在の吸入空気量ｍｃ（ｉ）ではなく、吸気弁閉弁時における吸入空気量ｍｃ（ｉ＋ｎ）を算出しなければならない。これは、図１に示すような吸気枝管３に燃料を噴射する内燃機関だけでなく、吸気行程において筒内へ直接燃料を噴射する内燃機関においても同様である。
【００４９】
そのためには、現在において、現在のスロットル弁開度ＴＡ（ｉ）だけでなく、吸気弁閉弁時までの時間Δｔ毎のスロットル弁開度ＴＡ（ｉ＋１），ＴＡ（ｉ＋２），・・・ＴＡ（ｉ＋ｎ）に基づき、式（１３）において定常下流側吸気圧Ｐｍｔａを変化させ、各時間のスロットル弁通過空気量ｍｔを算出することが必要となる。
【００５０】
各時間のスロットル弁開度ＴＡは、現在の時間に対するアクセルペダルの踏み込み変化量に基づき、この踏み込み変化量が吸気弁閉弁時まで持続するとして、各時間のアクセルペダルの踏み込み量を推定し、それぞれの推定踏み込み量に対して、スロットル弁アクチュエータの応答遅れを考慮して決定することが考えられる。この方法は、スロットル弁がアクセルペダルと機械的に連結されている場合にも適用することができる。
【００５１】
しかしながら、こうして推定される吸気弁閉弁時におけるスロットル弁開度ＴＡ（ｉ＋ｎ）は、あくまでも予測であり、実際と一致している保証はない。吸気弁閉弁時におけるスロットル弁開度ＴＡ（ｉ＋ｎ）を実際と一致させるために、スロットル弁を遅れ制御するようにしても良い。アクセルペダルの踏み込み量が変化した時に、アクチュエータの応答遅れによって、スロットル弁開度は遅れて変化するが、この遅れ制御は、このスロットル弁の応答遅れを意図的に増大させるものである。
【００５２】
例えば、機関過渡時において、燃料噴射量を決定する時における現在のアクセルペダルの踏み込み量に対応するスロットル弁開度が、吸気弁閉弁時に実現されるように、実際の応答遅れ（無駄時間）を考慮してスロットル弁のアクチュエータを制御すれば、現在から吸気弁閉弁時までの時間毎のスロットル弁開度ＴＡ（ｉ），ＴＡ（ｉ＋１），・・・ＴＡ（ｉ＋ｎ）を正確に把握することができる。さらに具体的に言えば、アクセルペダルの踏み込み量が変化する時には、直ぐにアクチュエータへ作動信号を発するのではなく、燃料噴射量を決定する時から吸気弁閉弁時までの時間から無駄時間を差し引いた時間だけ経過した時にアクチュエータへの作動信号を発するようにするのである。もちろん、現在のアクセルペダルの踏み込み量に対応するスロットル弁開度を、吸気弁閉弁時以降に実現するようにスロットル弁の遅れ制御を実施しても良い。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置によれば、エアフローメータの出力を吸気脈動及び吸気偏流の少なくとも一方の影響に基づき補正するための補正係数が、現在のエアクリーナにおける大気開口部の断面積に適合させて変更されるために、エアフローメータの出力の信頼性低下を抑制することができ、エアフローメータの出力に基づき推定される吸入空気量が不正確となることを防止することができる。
【００５４】
また、請求項５に記載の内燃機関の制御装置によれば、エアフローメータの出力に基づきエアクリーナの圧力損失又はスロットル弁より上流側の上流側吸気圧が算出され、算出された圧力損失又は上流側吸気圧は、現在のエアクリーナにおける大気開口部の断面積に応じて正確な値となるように補正されるために、圧力損失又は上流側吸気圧に基づき算出される吸入空気量が不正確となることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による制御装置が取り付けられる内燃機関の概略図である。
【図２】脈動補正係数のマップである。
【図３】スロットル弁開度ＴＡと流量係数μとの関係を示すマップである。
【図４】スロットル弁開度ＴＡとスロットル弁の開口面積Ａとの関係を示すマップである。
【図５】下流側吸気圧Ｐｍと上流側吸気圧Ｐａｃとの比と、関数Φとの関係を示すマップである。
【図６】エアクリーナの圧力損失を算出するための関数のマップである。
【図７】定常下流側吸気圧のマップである。
【図８】吸入空気量を算出するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
２…サージタンク
３…吸気枝管
４…吸気通路
６…スロットル弁
７…エアフローメータ
１１…エアクリーナ
Claims (5)
- 大気開口部の断面積を可変とするエアクリーナと、前記エアクリーナの下流側に配置されたエアフローメータとを具備する内燃機関の制御装置であって、前記エアフローメータの出力を吸気脈動及び吸気偏流の少なくとも一方の影響に基づき補正するための補正係数を有し、現在の前記エアクリーナにおける前記大気開口部の断面積に適合させて前記補正係数を変更することを特徴とする内燃機関の制御装置。
- 前記補正係数を使用して補正された前記エアフローメータの出力に基づき前記エアクリーナの圧力損失を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記補正係数を使用して補正された前記エアフローメータの出力に基づきスロットル弁より下流側の下流側吸気圧におけるスロットル弁全開時の定常値を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
- さらに、前記補正係数を使用して補正された前記エアフローメータの出力に基づきスロットル弁より下流側の下流側吸気圧における各スロットル弁開度の定常値を算出することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
- 大気開口部の断面積を可変とするエアクリーナと、前記エアクリーナの下流側に配置されたエアフローメータとを具備し、前記エアフローメータの出力に基づき前記エアクリーナの圧力損失又はスロットル弁より上流側の上流側吸気圧を算出する内燃機関の制御装置であって、算出された前記圧力損失又は上流側吸気圧は現在の前記エアクリーナにおける前記大気開口部の断面積に応じて補正されることを特徴とする内燃機関の制御装置。
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